JP4007977B2 - Light switch - Google Patents
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Description
この発明は、長距離大容量光ファイバ通信等に利用される、制御光によって被制御光をスイッチする光スイッチに関する。 The present invention relates to an optical switch used for long-distance large-capacity optical fiber communication or the like that switches controlled light with control light.
限られた通信線路資源を有効に利用して、大容量光ファイバ通信を実現するには、送受信可能なチャンネル数を増やし、かつ通信速度を高速化する手段が必要である。 In order to effectively use limited communication line resources and realize large-capacity optical fiber communication, means for increasing the number of channels that can be transmitted and received and increasing the communication speed are required.
チャンネル数を増やす手段として、時分割多重通信(TDM: Time Division Multiplexing)等の多重通信方法が検討されている。TDMは、複数チャンネルを時間多重して時分割多重信号として送信し、受信側でクロック信号から生成されるゲート信号によって時分割多重信号から個々のチャンネルを分離することにより、個々のチャンネルの情報を個別に取り出して受信する方法を採用した通信である。 As means for increasing the number of channels, a multiplex communication method such as time division multiplexing (TDM) has been studied. TDM time-multiplexes multiple channels and transmits them as time-division multiplexed signals, and separates the individual channel information from the time-division multiplexed signals by the gate signal generated from the clock signal on the receiving side. This communication employs a method of individually retrieving and receiving.
上述したTDMの通信速度を高速化するためには、多重分離手段を全て光学的な手段で実現するのが望ましい。すなわち、光パルス信号を構成する光パルスを遮断/透過させるスイッチング動作を、電気的な手段を介することなく光制御信号のみで実行できる光スイッチを実現するのが望ましい。 In order to increase the communication speed of the TDM described above, it is desirable to realize all the demultiplexing means by optical means. In other words, it is desirable to realize an optical switch that can execute a switching operation for blocking / transmitting an optical pulse constituting an optical pulse signal by using only an optical control signal without using an electrical means.
光ファイバにおいて発現する光カー効果は、光ファイバを強い強度の光が伝播することにより光ファイバの屈折率が変化する現象である。光カー効果の応答速度は数フェムト秒(fs)である。すなわち、光カー効果を利用して光スイッチを構成すれば、数百Gbit/s以上の光パルス信号のスイッチングが可能な光スイッチを実現できる可能性がある。因みに、光パルス信号を一旦電気信号である電気パルス信号に変換し、その電気パルス信号を電子デバイスでスイッチングした後に再び光パルス信号に戻すという、従来のスイッチでは、40 Gbit/s程度のビットレートの光パルス信号をスイッチングすることが限界であった。 The optical Kerr effect developed in an optical fiber is a phenomenon in which the refractive index of the optical fiber changes due to the propagation of strong light through the optical fiber. The response speed of the optical Kerr effect is several femtoseconds (fs). That is, if an optical switch is configured using the optical Kerr effect, an optical switch capable of switching an optical pulse signal of several hundred Gbit / s or more may be realized. By the way, with a conventional switch that converts an optical pulse signal into an electrical pulse signal, which is an electrical signal, and switches the electrical pulse signal back to an optical pulse signal after switching with an electronic device, the bit rate is about 40 Gbit / s. It was the limit to switch the optical pulse signal.
光カー効果を利用した光スイッチとして、非線形光ループミラー(NOLM:Nonlinear Optical Loop Mirror)が研究されてきた(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照)。非特許文献1及び特許文献1に開示されているNOLMの基本構成は、光分波合成器、光カプラ及び光ファイバループを具えている。これらNOLMの基本動作を要約すると次のようになる。
As an optical switch using the optical Kerr effect, a non-linear optical loop mirror (NOLM) has been studied (for example, see Non-Patent
スイッチングの対象である、時分割多重光パルス信号は、光分波合成器によってその光強度を均等に二分割される。二分割された時分割多重光パルス信号は、それぞれが光ファイバループ内を時計回り及び反時計回りに伝播し、再び光分波合成器に入力されて両者が結合される。このとき、光カプラから制御光が入力されなければ、光ファイバループ内を時計回りに伝播する時分割多重光パルスと反時計回りに伝播する時分割多重光パルスとは、光分波合成器において同位相で合波される。その結果、NOLMに入力された時分割多重光パルス信号は、光分波合成器へ入力された入出力端と同一の入出力端に出力される。この入出力端に出力される時分割多重光パルス信号(光)は、ループ反射光と呼ばれることもある。 The time-division multiplexed optical pulse signal to be switched is equally divided into two by the optical demultiplexer / synthesizer. Each of the time-division multiplexed optical pulse signals divided into two propagates clockwise and counterclockwise in the optical fiber loop, and is input again to the optical demultiplexer / synthesizer to be coupled. At this time, if no control light is input from the optical coupler, the time division multiplexed optical pulse propagating clockwise in the optical fiber loop and the time division multiplexed optical pulse propagating counterclockwise are Combined with the same phase. As a result, the time division multiplexed optical pulse signal input to the NOLM is output to the same input / output terminal as the input / output terminal input to the optical demultiplexer / synthesizer. The time-division multiplexed optical pulse signal (light) output to the input / output terminal is sometimes called loop reflected light.
一方、光カプラから制御光が入力されると光ファイバループ内で光カー効果が発現し屈折率が変化する。そのため、二分割された時分割多重光パルス信号は、それぞれが光ファイバループ内を時計回り及び反時計回りに伝播し、再び光分波合成器に入力されて両者が結合されたときには両者の位相がずれている。この位相ずれ量がπとなるように、光ファイバループの長さや制御光の強度を調整すれば、NOLMに入力された時分割多重光パルス信号は、光分波合成器へ入力された入出力端と対になるもう一方の入出力端に出力される。このもう一方の入出力端に出力される時分割多重光パルス信号(光)は、ループ透過光と呼ばれることもある。 On the other hand, when control light is input from the optical coupler, an optical Kerr effect appears in the optical fiber loop and the refractive index changes. Therefore, each of the time-division multiplexed optical pulse signals divided into two propagates clockwise and counterclockwise in the optical fiber loop, and when they are input again to the optical demultiplexer and combined, Is off. If the length of the optical fiber loop and the intensity of the control light are adjusted so that this phase shift amount is π, the time-division multiplexed optical pulse signal input to the NOLM can be input / output to the optical demultiplexer / synthesizer. It is output to the other input / output terminal paired with the terminal. The time-division multiplexed optical pulse signal (light) output to the other input / output terminal is sometimes called loop transmitted light.
以上説明したように、制御光によって、時分割多重光パルス信号が光分波合成器へ入力された入出力端と同一の入出力端に出力されたり、光分波合成器へ入力された入出力端と対になるもう一方の入出力端に出力されたりといった、スイッチング動作が実現する。 As described above, the time-division multiplexed optical pulse signal is output to the same input / output terminal as the input / output terminal input to the optical demultiplexer / synthesizer by the control light, or is input to the optical demultiplexer / synthesizer. A switching operation such as output to the other input / output terminal paired with the output terminal is realized.
また、NOLMにおいては、光ファイバループを時計回りに伝播する光パルス信号と反時計回りに伝播する光パルス信号とを、光分波合成器で合波させて干渉させるためには、これら両者の光パルス信号の偏光方向を合致させる必要がある。そのための方法として上述の光ファイバループを偏波面保存光ファイバで構成する方法が研究されている(例えば非特許文献2参照)。
光カー効果により光ファイバにおいて発現する屈折率の変化の大きさはその光ファイバ長さ等の寸法的要件と、素材と、伝播する光の強度とによって決まる。すなわち、光スイッチの光ファイバループを構成する光ファイバの種類が選択されれば、スイッチングに必要とされる上述の位相ずれ量を得るために必要とされる、光ファイバループの長さ及び制御光の強度が決まる。光ファイバループを構成する光ファイバは、その光スイッチの用途によってその種類等が決められる。すなわち光通信の光搬送波の波長等によって決定される事項である。 The magnitude of the change in the refractive index that occurs in the optical fiber due to the optical Kerr effect is determined by the dimensional requirements such as the length of the optical fiber, the material, and the intensity of the propagating light. That is, if the type of optical fiber constituting the optical fiber loop of the optical switch is selected, the length of the optical fiber loop and the control light required to obtain the above-described phase shift amount required for switching are selected. The strength of is determined. The type of optical fiber constituting the optical fiber loop is determined depending on the use of the optical switch. That is, it is a matter determined by the wavelength of the optical carrier wave of optical communication.
上述のスイッチングに必要とされる位相ずれ量φは次式(1)で与えられる。
φ=2γPL (1)
ここで、P(W)は制御光のパワー、L(km)は光ファイバループを構成している光ファイバの長さである。γ(W-1km-1)は光カー効果に基づく非線形光学定数であり、光ファイバの有効断面積などで規格化された値が使われる。
The amount of phase shift φ required for the above switching is given by the following equation (1).
φ = 2γPL (1)
Here, P (W) is the power of the control light, and L (km) is the length of the optical fiber constituting the optical fiber loop. γ (W −1 km −1 ) is a nonlinear optical constant based on the optical Kerr effect, and a value normalized by the effective cross-sectional area of the optical fiber is used.
γ(W-1km-1)は通常の光ファイバに対しては、1〜2 W-1km-1程度の値であるが、数十〜数百 W-1km-1程度の値をとる有効断面積を小さくした高非線形光ファイバと呼ばれる特殊な光ファイバも開発されている。 γ (W -1 km -1 ) is a value of about 1 to 2 W -1 km -1 for a normal optical fiber, but a value of about several tens to several hundreds W -1 km -1. A special optical fiber called a highly nonlinear optical fiber with a reduced effective area has also been developed.
そこで、この発明の目的は、光ファイバループに利用する光ファイバの種類及び制御光の強度が設計パラメータとして確定しているという条件下で、制御光のパワーを低減でき、かつ光ファイバループを構成する光ファイバの長さを短くすることができる、コンパクトな光スイッチを提供することにある。一般に光スイッチを時間多重光通信において採用する場合、光搬送波の波長やその強度等の諸条件によって、利用できる光ファイバの素材あるいは制御光の強度は設計の前提条件としてあらかじめ確定している場合が多い。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the power of the control light and configure the optical fiber loop under the condition that the type of optical fiber used for the optical fiber loop and the intensity of the control light are determined as design parameters. It is an object of the present invention to provide a compact optical switch that can shorten the length of an optical fiber. In general, when an optical switch is used in time-multiplexed optical communication, the optical fiber material that can be used or the intensity of control light may be determined in advance as a design precondition depending on various conditions such as the wavelength of the optical carrier wave and its intensity. Many.
参考例の光スイッチは、光分波合成器と、第1光ファイバと、第2光ファイバと、光非線形制御部とを具えている。光分波合成器は、被制御光である信号光を入力する第1ポート、第1光ファイバを接続する第2ポート、第2光ファイバを接続する第3ポート及びスイッチングされた信号光を出力する第4ポートを具え、光強度の分岐比が1対1となるように調整されている。第1光ファイバは、光分波合成器の第2ポートに一端が接続され、制御光を入力する光カプラを具えている。第2光ファイバは、光分波合成器の第3ポートに一端が接続されている。 The optical switch of the reference example includes an optical demultiplexer, a first optical fiber, a second optical fiber, and an optical nonlinear controller. The optical demultiplexer combines the first port to input the signal light that is controlled light, the second port to connect the first optical fiber, the third port to connect the second optical fiber, and the switched signal light 4th port, and the light intensity branching ratio is adjusted to 1: 1. The first optical fiber has an optical coupler that is connected at one end to the second port of the optical demultiplexer and that receives control light. One end of the second optical fiber is connected to the third port of the optical demultiplexer.
また、光非線形制御部は、偏波分離合成モジュールと、第3光ファイバと、第4光ファイバと、偏波面回転部とを具えている。偏波分離合成モジュールは、第1乃至第4入出力端を具えている。第3光ファイバは、偏波分離合成モジュールの第1光ファイバの他端が結合されている第1入出力端と対向する側の第3入出力端に一端が結合されている。第4光ファイバは、偏波分離合成モジュールの第2光ファイバの他端が結合されている第4入出力端と対向する側の第2入出力端に一端が結合されている。偏波面回転部は、第3光ファイバの他端と第4光ファイバの他端とを接続している。 The optical nonlinear controller includes a polarization separation / combination module, a third optical fiber, a fourth optical fiber, and a polarization plane rotating unit. The polarization beam splitting / combining module includes first to fourth input / output terminals. One end of the third optical fiber is coupled to the third input / output end opposite to the first input / output end to which the other end of the first optical fiber of the polarization splitting / combining module is coupled. The fourth optical fiber has one end coupled to the second input / output end facing the fourth input / output end to which the other end of the second optical fiber of the polarization splitting / combining module is coupled. The polarization plane rotation unit connects the other end of the third optical fiber and the other end of the fourth optical fiber.
好ましくは、光分波合成器の第4ポートに第5光ファイバの一端を接続し、この第5光ファイバの他端に光バンドパスフィルタを接続して、スイッチングされた信号光を取り出す構造とするのがよい。また、好ましくは第1乃至第4光ファイバを偏波面保存光ファイバとするのがよい。 Preferably, one end of the fifth optical fiber is connected to the fourth port of the optical demultiplexer / synthesizer, and an optical bandpass filter is connected to the other end of the fifth optical fiber to extract the switched signal light. It is good to do. Preferably, the first to fourth optical fibers are polarization plane preserving optical fibers.
上述の目的を達成するため、この発明の光スイッチは、光分波合成器と、第1光ファイバと、第2光ファイバと、光非線形制御部とを具えている。光分波合成器は、信号光を入力する第1ポート、第1光ファイバを接続する第2ポート、第2光ファイバを接続する第3ポート及びスイッチングされた信号光を出力する第4ポートを具え、光強度の分岐比が1対1に調整されている。第1光ファイバは、光分波合成器の第2ポートにその一端が接続され、制御光を入力する光カプラを具えている。第2光ファイバは、光分波合成器の第3ポートにその一端が接続され、偏波面を90°回転させる第1偏波面回転部を具えている。 In order to achieve the above object, an optical switch of the present invention includes an optical demultiplexer / synthesizer, a first optical fiber, a second optical fiber, and an optical nonlinear controller. The optical demultiplexer includes a first port for inputting signal light, a second port for connecting the first optical fiber, a third port for connecting the second optical fiber, and a fourth port for outputting the switched signal light. In particular, the light intensity branching ratio is adjusted to 1: 1. One end of the first optical fiber is connected to the second port of the optical demultiplexer / synthesizer and includes an optical coupler for inputting control light. One end of the second optical fiber is connected to the third port of the optical demultiplexer / synthesizer, and includes a first polarization plane rotating unit that rotates the plane of polarization by 90 °.
光非線形制御部は、第1光ファイバと第2光ファイバとが結合されており、第1乃至第3入出力端を具える第1偏波分離合成モジュールと、第1乃至第3入出力端を具える第2偏波分離合成モジュールと、第3光ファイバと、第4光ファイバとを具えている。第3光ファイバは、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に対向する側の第2入出力端にその一端が結合され、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に対向する側の第1入出力端にその他端が結合されている。第4光ファイバは、偏波面を90°回転させる第2偏波面回転部を具え、第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端にその一端が結合され、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端に対向する側の第3入出力端にその他端が結合されている。 The optical nonlinear controller includes a first polarization separation / combination module including a first optical fiber and a second optical fiber, and first to third input / output terminals, and first to third input / output terminals. A second polarization separation / combination module, a third optical fiber, and a fourth optical fiber. The third optical fiber has one end coupled to the second input / output end facing the first input / output end of the first polarization separation / combination module, and is connected to the third input / output end of the second polarization separation / combination module. The other end is coupled to the first input / output end on the opposite side. The fourth optical fiber includes a second polarization plane rotating unit that rotates the polarization plane by 90 °, and one end of the fourth optical fiber is coupled to the third input / output end of the first polarization separation / combination module. its other end to the third input and output ends of the side facing the first input and output terminals are coupled.
そして、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端には第1光ファイバの他端が結合されており、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端には第2光ファイバの他端が結合されている。 The other end of the first optical fiber is coupled to the first input / output end of the first polarization separation / combination module, and the second input / output end of the second polarization separation / combination module is connected to the second optical fiber. The other end is connected.
好ましくは、光分波合成器の第4ポートに第5光ファイバの一端を接続し、この第5光ファイバの他端に光バンドパスフィルタを接続して、スイッチングされた信号光を取り出す構造とするのがよい。また、好ましくは第1乃至第4光ファイバを偏波面保存光ファイバとするのがよい。 Preferably, one end of the fifth optical fiber is connected to the fourth port of the optical demultiplexer / synthesizer, and an optical bandpass filter is connected to the other end of the fifth optical fiber to extract the switched signal light. It is good to do. Preferably, the first to fourth optical fibers are polarization plane preserving optical fibers.
参考例の光スイッチによれば、被制御光である信号光が第1ポートから光分波合成器に入力されて第1信号光と第2信号光とに分岐され、第1信号光は第2ポートから出力されて第1光ファイバに入力され、第2信号光は第3ポートから出力されて第2光ファイバに入力される。 According to the optical switch of the reference example , the signal light, which is the controlled light, is input from the first port to the optical demultiplexer / synthesizer and branched into the first signal light and the second signal light. The second signal light is output from the second port and input to the first optical fiber, and the second signal light is output from the third port and input to the second optical fiber.
第1信号光は、第1光ファイバを伝播した後、光非線形制御部に入力される。すなわち、偏波分離合成モジュールの第1入出力端から入力されて第1入出力端と対向する側の第3入出力端から出力され、第3光ファイバに入力されて第3光ファイバを伝播し、偏波面回転部で偏波面が90°回転されて、第4光ファイバを伝播して偏波分離合成モジュールの第2入出力端に入力される。そして、偏波分離合成モジュールの第3入出力端から出力されて再び第3光ファイバを伝播し、偏波面回転部で再び偏波面が90°回転されて、第4光ファイバを伝播して偏波分離合成モジュールの第2入出力端に入力される。そして、第2入出力端に対向する側の第4入出力端から出力されて、第2光ファイバを伝播して、光分波合成器の第3ポートに戻る。 The first signal light propagates through the first optical fiber and is then input to the optical nonlinear controller. That is, it is input from the first input / output end of the polarization splitting / combining module, output from the third input / output end opposite to the first input / output end, and input to the third optical fiber to propagate through the third optical fiber. Then, the polarization plane is rotated by 90 ° at the polarization plane rotation unit, propagates through the fourth optical fiber, and is input to the second input / output end of the polarization separation / combination module. Then, it is output from the third input / output terminal of the polarization separation / combination module and propagates again through the third optical fiber, and the polarization plane is rotated again by 90 ° at the polarization plane rotating section, and propagates through the fourth optical fiber and polarized. It is input to the second input / output terminal of the wave separation / synthesis module. Then, the signal is output from the fourth input / output end facing the second input / output end, propagates through the second optical fiber, and returns to the third port of the optical demultiplexer / synthesizer.
一方、第2信号光は、第2光ファイバを伝播した後、光非線形制御部に入力される。すなわち、偏波分離合成モジュールの第4入出力端に入力されて第4入出力端に対向する側の第2入出力端から出力され、第4光ファイバに入力されて第4光ファイバを伝播し、偏波面回転部で偏波面が90°回転されて、第3光ファイバを伝播して偏波分離合成モジュールの第3入出力端に入力される。そして、偏波分離合成モジュールの第2入出力端から出力されて再び第4光ファイバを伝播し、偏波面回転部で再び偏波面が90°回転されて第3光ファイバを伝播して、偏波分離合成モジュールの第3入出力端から入力されて第3入出力端に対向する側の第1入出力端から出力されて、第1光ファイバに入力されて第1光ファイバを伝播して光分波合成器の第2ポートに戻る。
On the other hand, the second signal light propagates through the second optical fiber and is then input to the optical nonlinear controller. In other words, it is input to the fourth input / output end of the polarization separation / combination module, output from the second input / output end opposite to the fourth input / output end, and input to the fourth optical fiber to propagate through the fourth optical fiber. Then, the polarization plane is rotated by 90 ° at the polarization plane rotation unit, propagates through the third optical fiber, and is input to the third input / output end of the polarization separation / combination module. Then, it is output from the second input / output end of the polarization separation / combination module and propagates again through the fourth optical fiber, and the polarization plane is rotated again by 90 ° at the polarization plane rotating section and propagates through the third optical fiber. Input from the third input / output end of the wave separation / combination module, output from the first input / output end opposite to the third input / output end, input to the first optical fiber, and propagate through the first optical fiber. Return to
制御光は、第1光ファイバの途中に設置された光カプラを介して第1光ファイバに入力される。また、光分波合成器の第4ポートから出力光が外部に出力される。第1光ファイバに入力される制御光によって、第1乃至第4光ファイバにおいて光カー効果が発現し、第1乃至第4光ファイバを伝播する信号光に対する屈折率が変化する。第3及び第4光ファイバの長さが第1及び第2光ファイバの長さに比べてはるかに長いので、信号光の位相変化への寄与は、主に第3及び第4光ファイバによってもたらされる。すなわち、信号光の位相変化は第3及び第4光ファイバの長さが長いほど、顕著となる。 The control light is input to the first optical fiber via an optical coupler installed in the middle of the first optical fiber. In addition, output light is output from the fourth port of the optical demultiplexer / synthesizer. The control light input to the first optical fiber causes the optical Kerr effect in the first to fourth optical fibers, and the refractive index for the signal light propagating through the first to fourth optical fibers changes. Since the length of the third and fourth optical fibers is much longer than the length of the first and second optical fibers, the contribution to the phase change of the signal light is mainly brought about by the third and fourth optical fibers. It is. That is, the phase change of the signal light becomes more remarkable as the lengths of the third and fourth optical fibers are longer.
上述の信号光の位相変化量がπとなるように、制御光の強度に応じて第3及び第4光ファイバの長さを調整すれば、参考例の光スイッチに入力された信号光は、制御光が、第1光ファイバが具える光カプラから入力されたときに限り、光分波合成器へ入力された第1ポートと対になる第4ポートにループ透過光として出力される。一方、制御光が入力されないとき、信号光は、ループ反射光として第1ポートに反射される。 If the lengths of the third and fourth optical fibers are adjusted according to the intensity of the control light so that the phase change amount of the signal light is π, the signal light input to the optical switch of the reference example is Only when the control light is input from the optical coupler included in the first optical fiber, the control light is output as the loop transmitted light to the fourth port paired with the first port input to the optical demultiplexer / synthesizer. On the other hand, when no control light is input, the signal light is reflected to the first port as loop reflected light.
上述したように、第1及び第2信号光は、第3及び第4光ファイバをそれぞれ2回伝播することになる。詳細は後述するが、このようなことが実現するのは、偏波面回転部で偏波面が90°回転されることと、偏波分離合成モジュールの偏波面選択性に起因する。 As described above, the first and second signal lights propagate through the third and fourth optical fibers twice, respectively. Although details will be described later, this is realized by the fact that the polarization plane is rotated by 90 ° in the polarization plane rotation section and the polarization plane selectivity of the polarization separation / combination module.
第1及び第2信号光が、第3及び第4光ファイバをそれぞれ2回伝播することになると、実質的に第3及び第4光ファイバの長さを2倍に設定したのと同一の効果がある。すなわち、第3及び第4光ファイバとして利用する光ファイバ材料及び制御光の強度が設計パラメータとして確定しているという条件下であれば、光スイッチ動作を実現するために必要とされる信号光の位相変化を得るための第2及び第3光ファイバの長さを短くすることができることにつながる。 When the first and second signal lights propagate twice through the third and fourth optical fibers, respectively, the effect is substantially the same as setting the lengths of the third and fourth optical fibers to double. There is. That is, if the optical fiber material used as the third and fourth optical fibers and the intensity of the control light are determined as design parameters, the signal light required to realize the optical switch operation This leads to a reduction in the lengths of the second and third optical fibers for obtaining the phase change.
すなわち、光スイッチを構成する第3及び第4光ファイバの長さを短くできることは、光スイッチのコンパクト化に有効である。また、第3及び第4光ファイバの長さを短くできることにより、周囲温度等の影響を受けにくくなるため、光スイッチの動作状態の安定化にも有効である。 That is, shortening the lengths of the third and fourth optical fibers constituting the optical switch is effective for making the optical switch compact. In addition, since the lengths of the third and fourth optical fibers can be shortened, they are less susceptible to the influence of the ambient temperature and the like, which is effective for stabilizing the operating state of the optical switch.
また、この発明の光スイッチによれば、信号光が第1ポートから光分波合成器に入力されて第1信号光と第2信号光とに分岐され、第1信号光は第2ポートから出力されて第1光ファイバに入力され、第2信号光は第3ポートから出力されて第2光ファイバに入力される。 Further, according to the optical switch of the present invention, the signal light is input from the first port to the optical demultiplexing synthesizer and branched into the first signal light and the second signal light, and the first signal light is transmitted from the second port. It is output and input to the first optical fiber, and the second signal light is output from the third port and input to the second optical fiber.
第1信号光は、第1光ファイバを伝播した後、光非線形制御部に入力される。すなわち、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端から入力されて第1入出力端と対向する側の第2入出力端から出力されて第3光ファイバに入力されてその第3光ファイバを伝播し、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端から入力されて第1入出力端と対向する側の第3入出力端から出力されて第4光ファイバに入力される。そして、第4光ファイバを伝播して第4光ファイバの途中位置に設けられている第2偏波面回転部で偏波面が90°回転されて、第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端に入力される。そして、第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から出力されて再び第3光ファイバを伝播し、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端に入力されて、第2入出力端から出力されて第2光ファイバを伝播して第2光ファイバの途中の位置に設けられている第1偏波面回転部で偏波面が90°回転されて、光分波合成器の第3ポートに戻る。 The first signal light propagates through the first optical fiber and is then input to the optical nonlinear controller. That is, the third light is input from the first input / output end of the first polarization splitting / combining module, output from the second input / output end opposite to the first input / output end, and input to the third optical fiber. It propagates through the fiber, is input from the first input / output end of the second polarization separation / combination module, is output from the third input / output end opposite to the first input / output end, and is input to the fourth optical fiber. Then, the polarization plane is rotated by 90 ° in the second polarization plane rotation unit provided in the middle of the fourth optical fiber after propagating through the fourth optical fiber, and the third input / output of the first polarization separation / combination module Input at the end. Then, it is output from the second input / output end of the first polarization separation / combination module, propagates again through the third optical fiber, is input to the first input / output end of the second polarization separation / combination module, and is input to the second input / output end. The polarization plane is rotated by 90 ° at the first polarization plane rotation unit that is output from the end, propagates through the second optical fiber, and is provided in the middle of the second optical fiber. Return to the port.
一方、第2信号光は、第2光ファイバを伝播して第2光ファイバの途中の位置に設けられている第1偏波面回転部で偏波面が90°回転された後、光非線形制御部に入力される。すなわち、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端から入力されて第1入出力端から出力され第3光ファイバに入力されて第3光ファイバを伝播して第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から入力されて第3入出力端から出力されて第4光ファイバに入力される。そして、第4光ファイバを伝播して第4光ファイバの途中位置に設けられている第2偏波面回転部で偏波面が90°回転されて、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に入力される。そして、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に対向する側の第1入出力端から出力されて再び第3光ファイバを伝播し、第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端に入力されて、第2入出力端に対向する側の第1入出力端から出力されて第1光ファイバを伝播して光分波合成器の第2ポートに戻る。 On the other hand, the second signal light propagates through the second optical fiber, and after the polarization plane is rotated by 90 ° by the first polarization plane rotation unit provided at a position in the middle of the second optical fiber, the optical nonlinear control unit Is input. That is, the first polarization separation / combination module is input from the second input / output end of the second polarization separation / combination module, output from the first input / output end, input to the third optical fiber, and propagates through the third optical fiber. Are input from the second input / output terminal, output from the third input / output terminal, and input to the fourth optical fiber. Then, the polarization plane is rotated by 90 ° at the second polarization plane rotating section that is propagated through the fourth optical fiber and is provided in the middle of the fourth optical fiber, and the third input / output of the second polarization separation / combination module Input at the end. Then, it is output from the first input / output end on the side opposite to the third input / output end of the second polarization separation / combination module and propagates again through the third optical fiber, and the second input / output of the first polarization separation / combination module Is input to the end, output from the first input / output end opposite to the second input / output end, propagates through the first optical fiber, and returns to the second port of the optical demultiplexer / synthesizer.
制御光が第1光ファイバの途中に設置された光カプラを介して第1光ファイバに入力されると、光分波合成器の第4ポートからループ透過光として出力光が外部に出力される点は参考例の光スイッチと共通する。そして、この発明の光スイッチにおいては、第1及び第2信号光が第3光ファイバをそれぞれ2回伝播する構成となっている。ここでも、実質的に第3光ファイバの長さを2倍に設定したのと同一の効果があり、コンパクトな光スイッチを提供することができる点は、参考例の光スイッチと共通する。また、第3光ファイバの長さを短くできることにより、周囲温度等の影響を受けにくくなるため、光スイッチの動作状態の安定化にも有効である点も、参考例の光スイッチと共通する。 When the control light is input to the first optical fiber through the optical coupler installed in the middle of the first optical fiber, the output light is output to the outside as loop transmitted light from the fourth port of the optical demultiplexer / combiner The point is common to the optical switch of the reference example . In the optical switch of the present invention, the first and second signal lights are propagated twice through the third optical fiber. In this case as well, the third embodiment has the same effect as that of setting the length of the third optical fiber to be doubled, and can provide a compact optical switch in common with the optical switch of the reference example . In addition, since the third optical fiber can be shortened to be less susceptible to the influence of the ambient temperature or the like, it is also effective for stabilizing the operation state of the optical switch, and is common to the optical switch of the reference example .
この発明の光スイッチが参考例の光スイッチと相違するのは、次の点である。すなわち、偏波分離合成モジュールを、第1及び第2偏波分離合成モジュールとして2箇所に設定する構成であるので、スイッチングされる信号光の偏波面の選択性が2倍高まる。すなわち、信号光の伝送経路である第1乃至第4光ファイバにおいて、偏波クロストークが発生した場合、偏波分離合成モジュールを一箇所のみに設定して構成されている参考例の光スイッチに比べ、偏波クロストーク成分の除去がより効果的に行なわれる。また、偏波分離合成モジュールの偏波面選択性が不完全である場合でも、偏波分離合成モジュールを2箇所に設定することによって、実質的に偏波分離合成モジュールによる偏波面選択性が向上するという効果もある。これによって、より一層効果的に光スイッチング動作が実現できる。 The optical switch of the present invention is different from the optical switch of the reference example is the following. That is, since the polarization separation / combination module is configured in two places as the first and second polarization separation / combination modules, the selectivity of the polarization plane of the switched signal light is doubled. That is, in the first to fourth optical fibers that are signal light transmission paths, when polarization crosstalk occurs, the optical switch of the reference example configured by setting the polarization demultiplexing / combining module at only one place In comparison, the polarization crosstalk component can be removed more effectively. In addition, even when the polarization plane selection of the polarization separation / combination module is incomplete, setting the polarization separation / combination module at two locations substantially improves the polarization plane selectivity of the polarization separation / combination module. There is also an effect. Thereby, an optical switching operation can be realized more effectively.
参考例及びこの発明の光スイッチにおいて、第1及び第2信号光を光分波合成器において合波させて干渉させることによってスイッチングが行なわれるので、光分波合成器において第1及び第2信号光の偏波面が揃っている必要がある。コア及びクラッドの構造の中心対称性が完全に保証されている光ファイバによれば、この光ファイバを伝播する光の偏波面は保存される。しかし、一般にコア及びクラッドの構造の中心対称性が完全に保証されることは稀である。そこで、第1乃至第4光ファイバとして偏波面保存光ファイバを利用すれば、光分波合成器において第1及び第2信号光の偏波面を確実にそろえることができる。 In the reference switch and the optical switch of the present invention, the first and second signal lights are combined by the optical demultiplexer / synthesizer to cause interference, so that the first and second signals in the optical demultiplexer / synthesizer are switched. The polarization plane of light must be aligned. According to the optical fiber in which the central symmetry of the core and clad structure is completely guaranteed, the polarization plane of the light propagating through the optical fiber is preserved. In general, however, the central symmetry of the core and cladding structures is rarely guaranteed. Therefore, if polarization plane preserving optical fibers are used as the first to fourth optical fibers, the polarization planes of the first and second signal lights can be reliably aligned in the optical demultiplexer / synthesizer.
また、スイッチングされた信号光が出力される光分波合成器の第4ポートからは、制御光も出力される。そこで、制御光が一緒に出力されては不都合である用途に光スイッチを利用する場合には、光分波合成器の第4ポートに第5光ファイバの一端を接続し、この第5光ファイバの他端に光バンドパスフィルタを接続すれば、制御光を除去して、スイッチングされた信号光のみを取り出すことができる。 Also, control light is output from the fourth port of the optical demultiplexer that outputs the switched signal light. Therefore, when using an optical switch for applications where it is inconvenient if the control light is output together, one end of the fifth optical fiber is connected to the fourth port of the optical demultiplexer / synthesizer. If an optical band-pass filter is connected to the other end, the control light can be removed and only the switched signal light can be extracted.
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、その重複する説明を省略することもある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure shows one configuration example according to the present invention, and only schematically shows the arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. It is not limited to. In the following description, specific equipment and conditions may be used. However, these materials and conditions are only one of preferred examples, and are not limited to these. In addition, overlapping description of the same components in each drawing may be omitted.
<参考例>
図1を参照して参考例の光スイッチの構造と動作について説明する。
< Reference example >
The structure and operation of the optical switch of the reference example will be described with reference to FIG.
(構造)
この光スイッチは、光分波合成器10と、第1光ファイバ16と、第2光ファイバ18と、光非線形制御部20とを具えている。
(Construction)
The optical switch includes an optical demultiplexer /
既に説明したとおり、参考例の光スイッチにおける上述の第1光ファイバ16や第2光ファイバ18等は、制御光及び被制御光である信号光の偏光面がこれらの光ファイバを伝播中に不規則に変動することがないように、偏波面保存光ファイバを利用するのが望ましい。偏波面保存光ファイバとしては、図2に示すパンダ(PANDA:Polarization-maintaining AND Absorption-reducing)型光ファイバが代表的である。この光ファイバは、コアの近傍に応力付与部を形成し,コアに強い応力を加えることにより偏波保持性を得ている。
As described above, the first
図2は、偏波面保存光ファイバである、PANDA型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直に切断した断面の概略的構造を示す図である。光が導波されるコア42を取り囲むクラッド40に、コア42を挟む形で応力付与部44が形成されている。例えば、クラッド40はSiO2、コア42はGeO2がドープされたSiO2で形成され、応力付与部はB2O3がドープされたSiO2から形成される。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a cross section cut perpendicular to the light propagation direction of a PANDA type optical fiber, which is a polarization-maintaining optical fiber. A
このように形成することによって、図2中で、PANDA型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直な面内に設定されたスロー(slow)軸との方向と、slow軸と直交するファスト(fast)軸の方向では、コア42を導波される光に対する等価屈折率が異なる。すなわち、コア42の近くにクラッド40の屈折率より高い屈折率を有する応力付与部がおかれているために、光の電場ベクトルの振動方向がslow軸の方向に平行な光に対する等価屈折率が、光の電場ベクトルの振動方向がfast軸の方向に平行な光に対する等価屈折率よりも高くなる。このような等価屈折率の非対称性があるために、PANDA型光ファイバに入力される光の偏光面は保存されて伝播されるようになる。
By forming in this way, in FIG. 2, the direction of the slow axis set in the plane perpendicular to the light propagation direction of the PANDA type optical fiber and the fast ( In the direction of the fast axis, the equivalent refractive index for light guided through the
すなわち、PANDA型光ファイバでは、直線偏波の光の偏波面を、図2に示すslow軸(もしくはfast軸)に合わせて入力すると、偏波状態が保たれたままPANDA型光ファイバ中を伝搬し、出射端においても、偏波面が、slow軸(もしくはfast軸)に一致した直線偏波の光のみを得ることが可能である。 In other words, in the PANDA type optical fiber, if the polarization plane of linearly polarized light is input in accordance with the slow axis (or fast axis) shown in Fig. 2, it propagates through the PANDA type optical fiber while maintaining the polarization state. Even at the output end, it is possible to obtain only linearly polarized light whose polarization plane coincides with the slow axis (or fast axis).
光分波合成器10は、方向性光結合器等を利用することができる。特に参考例の光スイッチを構成するには、光の偏波面が一定の方向に確定されたまま光経路を切り替えることができる方向性光結合器を利用するのが望ましい。このような偏波面が保存される方向性光結合器として、図3に示す偏波面保存光カプラが開発されている。図3は、代表的な偏波面保存光カプラの概略的構成図である。この偏波面保存光カプラは、2本のPANDA型光ファイバのslow軸(もしくはfast軸)同士を精密にあわせて平行に整列させた上で、融着延伸して作製される。所望の方向性光結合器としての特性(光強度の分岐比が1対1となる等)が得られることが確認できた時点で、延伸を終了して補強のための基板に固定されて完成される。
As the optical demultiplexer /
図3において、融着延伸部58は、2本のPANDA型光ファイバのslow軸(もしくはfast軸)同士を精密にあわせて融着延伸して作製された部分である。図3に示す偏波面保存光カプラは、参考例の光スイッチの光分波合成器10として利用することが可能である。すなわち、波長λsの信号光を入力する第1ポート10-1として入出力端面50を利用できるように光ファイバと偏波面保存光カプラとを結合する機構を構成すればよい。第2ポート、第3ポート及び第4ポートとして同様に入出力端面52、54及び56を利用できるように光ファイバと偏波面保存光カプラとを結合する機構を構成すればよい。
In FIG. 3, a
また、偏波面保存光カプラとして、光強度の分岐比が1対1となるように設計された製品を利用すれば、光分波合成器10に求められる光強度の分岐比が1対1であるという条件を満足させることができる。
If a product designed to have a light intensity branching ratio of 1: 1 as a polarization-maintaining optical coupler, the light intensity branching ratio required for the optical demultiplexer /
以下の説明では、便宜のために、図1に示す光スイッチの概略的構成図において、光ファイバ等の光伝送路や光分波合成器等の光素子を伝播する光の偏光方向を次のように規定しておく。光の電場ベクトルの振動方向が紙面に対して垂直な偏光をTE (Transverse-Electric Modes)偏波と呼び、紙面に垂直な方向をTE方向という。また、光の電場ベクトルの振動方向が紙面に対して平行な偏光をTM (Transverse-Magnetic Modes)偏波と呼び、紙面に平行な方向をTM方向という。もちろん、参考例の光スイッチの利用の可能性は上記の場合に限定されるものではない。 In the following description, for the sake of convenience, in the schematic configuration diagram of the optical switch shown in FIG. 1, the polarization direction of light propagating through an optical transmission line such as an optical fiber or an optical element such as an optical demultiplexer is shown as follows. It is prescribed as follows. Polarization in which the vibration direction of the electric field vector of light is perpendicular to the paper surface is called TE (Transverse-Electric Modes) polarization, and the direction perpendicular to the paper surface is called the TE direction. Also, polarized light in which the vibration direction of the electric field vector of light is parallel to the paper surface is called TM (Transverse-Magnetic Modes) polarized light, and the direction parallel to the paper surface is called TM direction. Of course, the possibility of using the optical switch of the reference example is not limited to the above case.
第1光ファイバ16は、光分波合成器10の第2ポート10-2に一端が接続され、波長λpの制御光を入力する光カプラ12を具えている。第2光ファイバ18は、光分波合成器10の第3ポート10-3に一端が接続されている。光カプラ12は、偏波面が保存されるタイプの光カプラを利用するのが望ましい。例えば、図3を参照して後述する偏波面保存光カプラの入出力端のうちの3箇所の入出力端を利用する形で設定すればよい。
The first
光非線形制御部20は、偏波分離合成モジュール14と、第3光ファイバ22と、第4光ファイバ24と、偏波面回転部26とを具えている。偏波分離合成モジュール14は、第1入出力端14−1、第2入出力端14−2、第3入出力端14−3及び第4入出力端14−4を具えている。第3光ファイバ22は、偏波分離合成モジュール14の第1光ファイバ16の他端が結合されている第1入出力端14-1と対向する側の第3入出力端14-3に一端が結合されている。第4光ファイバ24は、偏波分離合成モジュール14の第2光ファイバ18の他端が結合されている第4入出力端14-4と対向する側の第2入出力端14-2に一端が結合されている。偏波面回転部26は、第3光ファイバ22の他端と第4光ファイバ24の他端とを接続している。
The optical
偏波分離合成モジュール14には、例えば市販されている偏光ビームスプリッタの中から好適なものを選んで利用することができる。第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24は、偏光面保存光ファイバを用いるのが望ましいが、偏光面保存という性質のほかに、非線形光学効果が大きいことも望ましい。非線形光学効果を大きくするため、光ファイバのコア(図2に示すコア42に相当)にGeO2を高濃度ドープして光カー効果に基づく非線形光学定数γ(W-1km-1)を増大させたり、あるいは、光ファイバの導波モード断面積であるモードフィールド径(MFD:Mode Field Diameter)を小さくして、光ファイバ内での光エネルギー密度を高くする工夫がなされている。例えば、MFDが8μmの通常の光ファイバはγ=2 km-1W-1程度であるのに対して、MFDを3.6μmとしてγ=20 km-1W-1と一桁大きくした光ファイバも市販されている。また、ホーリーファイバ(Holey fiber)と呼ばれるクラッドに空洞を形成したファイバや、フォトニックバンドギャップファイバといった、光非線形性の高い光ファイバも開発されている。将来、偏波面保存光ファイバにも上述の工夫が取り入れられ、偏波面保存という性質を備えつつ高い光非線形性を有する光ファイバが開発されることが当然に予想される。
For the polarization separation /
偏波分離合成モジュール14においては、第1入出力端14−1から入力されたTM偏波成分は、第3入出力端14−3に出力され、第1入出力端14−1から入力されたTE偏波成分は、第4入出力端14−4に出力される。同様に第3入出力端14−3、第2入出力端14−2、第4入出力端14−4、から入力されたTM偏波成分は、それぞれ第1入出力端14−1、第4入出力端14−4、第2入出力端14−2に出力され、TE偏波成分は、それぞれ第2入出力端14−2、第3入出力端14−3、第1入出力端14−1に出力される。
In the polarization separation /
光分波合成器10の第2ポート10−2から偏波分離合成モジュール14の第1入出力端14−1に至る経路の長さ、すなわち第1光ファイバ16の長さをl1(経路L1ということもある。)、光分波合成器10の第3ポート10−3から偏波分離合成モジュール14の第4入出力端14−4に至る経路の長さ、すなわち第2光ファイバ18の長さをl2(経路L2ということもある。)、偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14−3から偏波面回転部26に至る経路、すなわち第3光ファイバ22の長さをl3(経路L3ということもある。)、偏波分離合成モジュール14の第2入出力端14−2から偏波面回転部26に至る経路、すなわち第4光ファイバ24の長さをl4(経路L4ということもある。)とする。
The length of the path from the second port 10-2 of the optical demultiplexer /
偏波面回転部26は、いわゆる1/2波長板を用いて構成することもできるし、また、図4を参照して説明する構造でも実現できる。図4は、偏波面回転部の構造の説明に供する図であり、光ファイバ70及び光ファイバ72はPANDA型光ファイバである。図4において、断面74及び76は光の伝播方向に対して垂直に切断したPANDA型光ファイバ70及び72の断面の概略的構造を示している。この断面構造は、先に図2を参照して説明したPANDA型光ファイバと同一である。
The polarization
PANDA型光ファイバ70及び72のそれぞれの切断面は、図4の上部に示すように、それらのslow軸が直交する関係に配置されている。偏波面回転部26はPANDA型光ファイバを一端、光の伝播方向に対して垂直に切断した後、それぞれのslow軸(fast軸)が直交するように対向させコアが合致するように密着させて融着することで形成されている。
As shown in the upper part of FIG. 4, the cut surfaces of the PANDA type
(動作)
図1を参照して、参考例の光スイッチの動作原理を説明する。以下の説明において、信号光はTM偏波であるものとして説明する。もちろん信号光をTE偏波として光スイッチを構成することも可能であるが、この場合も偏波分離合成モジュール14において、第1乃至4入出力端からの入力に対する出力光の得られる入出力端の関係をTM偏波の場合とTE偏波の場合とを逆にするだけで、同様の説明となるので、その説明を省略する。
(Operation)
The operation principle of the optical switch of the reference example will be described with reference to FIG. In the following description, the signal light is described as being TM polarized. Of course, it is also possible to configure an optical switch using the signal light as TE polarized light, but in this case also in the polarization splitting / combining
参考例の光スイッチによれば、信号光が光分波合成器10の第1ポート10−1から入力されて第1信号光と第2信号光とに分岐される。第1信号光は光分波合成器10の第2ポート10−2からから出力されて第1光ファイバ16に入力され、第2信号光は光分波合成器10の第3ポート10−3からから出力されて第2光ファイバ18に入力される。すなわち、第1信号光は第1光ファイバ16を時計回り(CW方向ということもある。)に伝播し、第2信号光は第2光ファイバ18を反時計回り(CCW方向ということもある。)を伝播する。
According to the optical switch of the reference example , the signal light is input from the first port 10-1 of the optical demultiplexer /
第1信号光は、第1光ファイバ16を伝播した後、光非線形制御部20に入力される。すなわち、偏波分離合成モジュール14の第1入出力端14-1から入力されて第1入出力端14-1と対向する側の第3入出力端14-3から出力され、第3光ファイバ22に入力されて第3光ファイバ22を伝播し、偏波面回転部26で偏波面が90°回転されて、第4光ファイバ24を伝播して偏波分離合成モジュール14の第2入出力端14-2に入力される。そして、偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14-3から出力されて再び第3光ファイバ22を伝播し、偏波面回転部26で再び偏波面が90°回転されて、第4光ファイバ24を伝播して偏波分離合成モジュール14の第2入出力端14-2に入力される。そして、第2入出力端14-2に対向する側の第4入出力端14-4から出力されて、第2光ファイバを18伝播して、光分波合成器10の第3ポート10-3に戻る。
The first signal light propagates through the first
一方、第2信号光は、第2光ファイバ18を伝播した後、光非線形制御部20に入力される。すなわち、偏波分離合成モジュール14の第4入出力端14-4に入力されて第4入出力端14-4に対向する側の第2入出力端14-2から出力され、第4光ファイバ24に入力されて第4光ファイバ24を伝播し、偏波面回転部26で偏波面が90°回転されて、第3光ファイバ22を伝播して偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14-3に入力される。そして、偏波分離合成モジュールの14第2入出力端14-2から出力されて再び第4光ファイバ24を伝播し、偏波面回転部26で再び偏波面が90°回転されて第3光ファイバ22を伝播して、偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14-3から入力されて第3入出力端14-3に対向する側の第1入出力端14-1から出力されて、第1光ファイバ16に入力されて第1光ファイバ16を伝播して光分波合成器10の第2ポート10-2に戻る。
On the other hand, the second signal light propagates through the second
制御光は、第1光ファイバ16の途中に設置された光カプラ12を介して第1光ファイバ16に入力される。また、光分波合成器10の第4ポート10-4から出力光が外部に出力される。第1光ファイバ16に入力される制御光によって、第1光ファイバ16、第2光ファイバ18、第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24において光カー効果が発現し、これらの光ファイバを伝播する信号光に対する屈折率が変化する。第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24の長さが第1光ファイバ16及び第2光ファイバ18の長さに比べてはるかに長いので、信号光の位相変化への寄与は、主に第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24によってもたらされる。すなわち、信号光の位相変化は第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24の長さが長いほど、顕著となる。
The control light is input to the first
上述の信号光の位相変化量がπとなるように、制御光の強度に応じて第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24の長さを調整すれば、参考例の光スイッチに入力された信号光は、制御光が、第1光ファイバ16が具える光カプラ12から入力されたときに限り、光分波合成器10の第1ポート10-1と対になる第4ポート10-4にループ透過光として出力される。一方、制御光が入力されないとき、信号光は、ループ反射光として光分波合成器10の第1ポート10-1に反射される。
If the lengths of the third
上述したように、第1及び第2信号光は、第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24をそれぞれ2回伝播することになる。このようなことが実現するのは、偏波面回転部26で偏波面が90°回転されることと、偏波分離合成モジュールの偏波面選択性に起因する。この理由は次のとおりである。
As described above, the first and second signal lights propagate through the third
信号光をTM偏波(光の電場ベクトルの振動方向が紙面に対して平行な偏光)として偏波面保存光ファイバに入力させて光分波合成器10の第1ポート10-1に入力させる。光分波合成器10の第1ポート10-1に接続されている第6光ファイバである光ファイバ34をはじめ、光スイッチを構成する光分波合成器10等の構成要素は全て偏波面保存を担保されて動作する素子である。すなわち、第1光ファイバ16等の光ファイバは、全てPANDA型光ファイバを利用し、光分波合成器10は、図3に示す偏波面保存光カプラが用いられる。
The signal light is input to the polarization-preserving optical fiber as TM polarization (polarization in which the vibration direction of the electric field vector of the light is parallel to the paper surface) and input to the first port 10-1 of the optical demultiplexer /
CW方向に伝播する第1信号光を考える。第1信号光は、第1光ファイバ16によって構成される経路L1をTM偏波として伝播して偏波分離合成モジュール14の第1入出力端14-1に入力され、第3入出力端14-3から出力される。これは、既に説明したように、TM偏波として偏波分離合成モジュール14の第1入出力端14-1に入力されたので、偏波分離合成モジュール14の内部を直進し第1入出力端14-1と対向する側の第3入出力端14-3に出力されることとなる。
Consider the first signal light propagating in the CW direction. The first signal light is input to the path L 1 constituted by a first
既に説明したように、TM偏波として偏波分離合成モジュール14に入力された場合には、偏波分離合成モジュール14の内部を直進し入力側とは対向する側の入出力端に出力される。一方、TE偏波として偏波分離合成モジュール14に入力された場合には、偏波分離合成モジュール14の内部に存在する偏波面選択性を有する反射面14Rで反射され、反射光の向かう側の側面の入出力端から出力される。偏波面選択性を有する反射面14Rは、偏光ビームスプリッタ等において、誘電体多層膜等によって形成されており、偏波面選択性を持つ反射特性を発現させている。
As already explained, when TM polarization is input to the polarization separation /
第1信号光は、偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14-3に出力され、第3光ファイバ22によって構成される経路L3をTM偏波で伝播する。その後、偏波面回転部26でTE偏波に変換される。このようなことが起こるのは、既に図4を参照して説明したように偏波面回転部26が、PANDA型光ファイバのslow軸(fast軸)が直交するように対向させコアが合致するように密着させて融着されて形成されていることに起因する。例えば、光の電場ベクトルの振動方向がslow軸に平行になる直線偏波として導波されてきた場合、偏波面回転部26において、slow軸が90°回転された方向に変化するので、光の電場ベクトルの振動方向もこれに追随して90°回転される。すなわち、偏波面回転部26をTM偏波が通過すればTE偏波に変換され、TE偏波が通過すればTM偏波に変換されるように設定することができることを意味している。
The first signal light is output to the third output terminal 14-3 of the polarization splitting-combining
偏波面回転部26を通過することでTM偏波からTE偏波に変換された第1信号光は、第4光ファイバで構成される経路L4を伝播して、偏波分離合成モジュール14の第2入出力端14-2にTE偏波として入力されるので、第3入出力端14-3から出力される。その後、経路L3をTE偏波として伝播し偏波面回転部26を通過することでTE偏波からTM偏波に変換されて、経路L4を伝播して偏波分離合成モジュール14の第2入出力端14-2にTM偏波として入力されるので、第4入出力端14-4から出力される。第4入出力端14-4からTM偏波として出力された第1信号光は、第2光ファイバ18で構成される経路L2を伝播して、光分波合成器10の第3ポート10-3に入力されて第2信号光と合波される。
First signal light converted into the TE polarization from TM polarization by passing through the polarization
第1乃至第4の光ファイバであるPANDA型光ファイバのslow軸の実効屈折率をns、fast軸の実効屈折率をnfとし、slow軸の方向がTE偏波の偏波面と合致するとしたとき、第1信号光が、光分波合成器10で分波されて光分波合成器10の第2ポート10-2を出て再び光分波合成器10の第3ポート10-3に戻り、光分波合成器10で合波されるまでの光路長は、第1信号光が伝播する経路順に加算して、次式(2)で与えられる。
nfl1+nfl3+nsl4+nsl3+nfl4+nfl2 (2)
ここで、l1、l2、l3、l4はそれぞれ経路L1、L2、L3、L4の長さである。
When the effective refractive index of the slow axis of the PANDA type optical fiber, which is the first to fourth optical fibers, is n s , the effective refractive index of the fast axis is n f, and the direction of the slow axis matches the polarization plane of the TE polarization Then, the first signal light is demultiplexed by the optical demultiplexer /
n f l 1 + n f l 3 + n s l 4 + n s l 3 + n f l 4 + n f l 2 (2)
Here, l 1 , l 2 , l 3 , and l 4 are the lengths of the paths L 1 , L 2 , L 3 , and L 4 , respectively.
すなわち、第1光ファイバで形成される経路L1はTM偏波として伝播するので光路長は、nfl1であり、第2光ファイバで形成される経路L2もTM偏波として伝播するので光路長は、nfl2である。また、第1信号光が、偏波分離合成モジュール14の第3入出力端14-3から出力され、経路L3をTM偏波として伝播(光路長=nfl3)し、経路L4をTE偏波として伝播(光路長=nsl4)し、経路L3をTE偏波として伝播(光路長=nsl3)し、経路L4をTM偏波として伝播(光路長=nfl4)する合計の光路長は、nfl3+nsl4+nsl3+nfl4で与えられる。このことから、経路L3(第3光ファイバ)と経路L4(第4光ファイバ)をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計2回伝播していることが分かる。
That is, since the path L 1 formed by the first optical fiber propagates as TM polarization, the optical path length is n f l 1 , and the path L 2 formed by the second optical fiber also propagates as TM polarization. Therefore, the optical path length is n f l 2 . The first signal light is output from the third output terminal 14-3 of the polarization splitting-combining
CCW方向に伝播する第2信号光についても、CW方向に伝播する第1信号光と同様に考えることができ、第2信号光が、光分波合成器10で分波されて光分波合成器10の第3ポート10-3を出て再び光分波合成器10の第2ポート10-2に戻り、光分波合成器10で合波されるまでの光路長も同様に、第2信号光の伝播する経路順に加算して、次式(3)で与えられる。
nfl2+nfl4+nsl3+nsl4+nfl3+nfl1 (3)
なお、制御光は、第1信号光と同一の経路であるCW方向に伝播する経路をたどる。
The second signal light propagating in the CCW direction can also be considered in the same way as the first signal light propagating in the CW direction, and the second signal light is demultiplexed by the
n f l 2 + n f l 4 + n s l 3 + n s l 4 + n f l 3 + n f l 1 (3)
The control light follows a path that propagates in the CW direction, which is the same path as the first signal light.
上式(2)と(3)とを比較すると、式(2)の第1項、2項、3項、4項、5項、6項と式(3)の第6項、5項、4項、3項、2項、1項とは、それぞれ等しいことが分かる。すなわち、第1信号光と第2信号光とは同一の光路長を伝播していることが分かる。 Comparing the above formulas (2) and (3), the first term, the second term, the third term, the fourth term, the fifth term, the sixth term in the formula (2) and the sixth term, the fifth term in the formula (3), It can be seen that the fourth term, the third term, the second term, and the first term are equal to each other. That is, it can be seen that the first signal light and the second signal light propagate through the same optical path length.
すなわち、制御光が入力されない場合には、第1信号光と第2信号光とは、光分波合成器10において同位相で合波される。その結果、光分波合成器10の第1ポート10-1に入力された信号光は、光分波合成器10の第1ポート10-1にループ反射光として出力される。一方、光カプラ12から制御光が入力されると光ファイバループ内で光カー効果が発現し屈折率が変化する。そのため、第1信号光と第2信号光とは、それぞれが経路L1乃至L4から構成される光ファイバループ内をそれぞれ時計回り及び反時計回りに伝播し、再び光分波合成器10に入力されて両者が結合されたときには両者の位相がずれている。
That is, when the control light is not input, the first signal light and the second signal light are combined in the same phase in the optical demultiplexer /
この位相ずれ量φがπに等しくなるように、制御光の強度を調整するか、あるいは第1乃至第4光ファイバ(特に第3及び第4光ファイバ)の長さを調整すれば、光分波合成器10の第1ポート10-1に入力された信号光は、光分波合成器10の第4ポート10-4にループ透過光として出力される。位相ずれ量φは上述の式(1)で与えられるように、経路L1乃至L4から構成される光ファイバループの合計の長さに比例する。すなわち、参考例の光スイッチは、経路L3(第3光ファイバ)と経路L4(第4光ファイバ)をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計2回伝播する構成とされているので、実質的に経路L3(第3光ファイバ)と経路L4(第4光ファイバ)の長さ分だけ、光カー効果が発現する経路を長く取られていることに等しい。
If the intensity of the control light is adjusted or the lengths of the first to fourth optical fibers (particularly the third and fourth optical fibers) are adjusted so that the phase shift amount φ is equal to π, The signal light input to the first port 10-1 of the
第3及び第4光ファイバの長さは第1及び第2光ファイバに比べてはるかに長く設定されているので、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与しているのは第3及び第4光ファイバである。式(1)によれば、位相ずれ量φは、光ファイバループを構成している光ファイバの長さと制御光の強度との積に比例するので、参考例の光スイッチによれば、従来の光スイッチに比べて、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与する第3及び第4光ファイバに相当する光ファイバの長さは半分で済むことになる。 The lengths of the third and fourth optical fibers are set to be much longer than those of the first and second optical fibers, so the main contribution to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect is Third and fourth optical fibers. According to Equation (1), the phase shift amount φ is proportional to the product of the length of the optical fiber constituting the optical fiber loop and the intensity of the control light. Therefore, according to the optical switch of the reference example , Compared with the optical switch, the lengths of the optical fibers corresponding to the third and fourth optical fibers that mainly contribute to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect are half.
すなわち、光スイッチを構成する第3及び第4光ファイバの長さを短くできることは、光スイッチのコンパクト化に有効である。また、第3及び第4光ファイバの長さを短くできることにより、周囲温度等の影響を受けにくくなるため、光スイッチの動作状態の安定化にも有効である。 That is, shortening the lengths of the third and fourth optical fibers constituting the optical switch is effective for making the optical switch compact. In addition, since the lengths of the third and fourth optical fibers can be shortened, they are less susceptible to the influence of the ambient temperature and the like, which is effective for stabilizing the operating state of the optical switch.
参考例の光スイッチの動作を、時分割多重光パルス信号をスイッチングする場合を例にとり、図1を参照して具体的に説明する。図1において、光パルス信号である信号光、制御光及び光パルス信号がスイッチングされた結果としての透過光及び反射光の概略的時間波形を、横軸を時間軸として示してある。光パルスの存在及び不存在に対応させて「0」あるいは「1」を対応させる2値デジタル信号を想定する。規則正しく波長λsの光パルスが並ぶ信号光を、[1 1 0 1]を表現する波長λpの光パルス列からなる制御光で制御(スイッチング)する場合を考える。 The operation of the optical switch of the reference example will be specifically described with reference to FIG. 1, taking as an example the case of switching a time division multiplexed optical pulse signal. In FIG. 1, a schematic time waveform of transmitted light and reflected light as a result of switching of signal light, which is an optical pulse signal, control light, and optical pulse signal, is shown with the horizontal axis as the time axis. Assume a binary digital signal corresponding to “0” or “1” corresponding to the presence or absence of an optical pulse. Consider a case in which signal light in which optical pulses of wavelength λs are regularly arranged is controlled (switched) with control light comprising an optical pulse train of wavelength λp representing [1 1 0 1].
信号光は光サーキュレータ28を介して第6光ファイバである光ファイバ34を伝播して光分波合成器10の第1ポート10-1に入力される。ここで、光ファイバ32はPANDA型光ファイバ等偏波面保存光ファイバを利用するのが好ましい。なぜならば、信号光をTM偏波として光分波合成器10の第1ポート10-1に入力する必要があるためである。
The signal light propagates through the
信号光は上述したように、光分波合成器10で第1信号光及び第2信号光に分波されて、第1信号光は、光分波合成器10の第2ポート10-2から第1光ファイバ16を伝播する。信号光の最初の光パルスである第1光パルス(図1では、時間軸上で最も右に位置する光パルス)が光カプラ12を通過する時に丁度、制御光の最初の光パルスである第1光パルス(図1では、時間軸上で最も右に位置する光パルス)が光カプラ12から入力されたと仮定する。もちろん、制御光もTM偏波として第1光ファイバに入力されるものとする。
As described above, the signal light is demultiplexed into the first signal light and the second signal light by the optical demultiplexer /
第1信号光の光パルス(波長λs)と制御光の光パルス(波長λp)とは、並走しながら、第1乃至第4光ファイバを伝播することになる。そのため、第1信号光の光パルスに対する光ファイバの実効屈折率が制御光の光パルスによって発現する光カー効果により変化する。つまり、第1信号光の光パルスと制御光の光パルスとが並走することによって、制御光の光パルスの存在に起因して、常に実効屈折率が変化している光路を第1信号光の光パルスが伝播することになる。一方第2信号光の光パルス(波長λs)は、制御光の光パルスの影響を受けることなく第1信号光の光パルスとは逆向きに第1乃至第4光ファイバを伝播することになる。 The optical pulse (wavelength λs) of the first signal light and the optical pulse of control light (wavelength λp) propagate through the first to fourth optical fibers while running in parallel. For this reason, the effective refractive index of the optical fiber with respect to the optical pulse of the first signal light changes due to the optical Kerr effect generated by the optical pulse of the control light. That is, the optical path of the first signal light and the optical pulse of the control light run in parallel, so that the optical path in which the effective refractive index always changes due to the presence of the optical pulse of the control light passes through the first signal light. The light pulse propagates. On the other hand, the optical pulse (wavelength λs) of the second signal light propagates through the first to fourth optical fibers in the opposite direction to the optical pulse of the first signal light without being affected by the optical pulse of the control light. .
この結果上式(2)に現れる実効屈折率ns及びnfの値は、上式(3)に現れる実効屈折率ns及びnfの値とは異なることになる。すなわち、上式(2)に現れる実効屈折率の値は、ns'及びnf'となる。 As a result, the effective refractive indexes n s and n f appearing in the above equation (2) are different from the effective refractive indexes n s and n f appearing in the above equation (3). That is, the effective refractive index values appearing in the above equation (2) are n s ′ and n f ′.
そこで、経路L3(第3光ファイバ)及び経路L4(第4光ファイバ)の長さを、
(nf'l1+nf'l3+ns'l4+ns'l3+nf'l4+nf'l2)−(nfl2+nfl4+nsl3+nsl4+nfl3+nfl1)=λs/2
となるように調整すれば、第1信号光の光パルスと第2信号光の光パルスが光分波合成器10において合波されるときの位相差をπとすることができる。ただし、光分波合成器10の第2ポート10-2から光カプラ12までの長さは、第3光ファイバ及び第4光ファイバの長さと比べて十分に短いので、この部分の長さを無視して上述の式は表現してある。
Therefore, the length of the path L 3 (third optical fiber) and the path L 4 (fourth optical fiber)
(n f 'l 1 + n f ' l 3 + n s 'l 4 + n s ' l 3 + n f 'l 4 + n f ' l 2 ) − (n f l 2 + n f l 4 + n s l 3 + n s l 4 + n f l 3 + n f l 1 ) = λs / 2
Is adjusted so that the phase difference when the optical pulse of the first signal light and the optical pulse of the second signal light are combined in the optical demultiplexer /
制御光の強度に応じて第3光ファイバ22及び第4光ファイバ24の長さを上述のように調整すれば、第1信号光の光パルスは、制御光の光パルスが、光カプラ12から第1光ファイバ16に入力されたときに限り、光分波合成器10の第4ポート10-4にループ透過光として出力される。
If the lengths of the third
厳密には、制御光と信号光の波長はそれぞれλp及びλsであるので、波長が異なる。そのため、第2光ファイバ22及び第3光ファイバ24で生じる群速度分散による制御光と信号光との間の群遅延時間差が、信号光の光パルスの時間軸上での出現の間隔、すなわち信号光の1ビット(1光パルス)が占める時間間隔よりも短いことが必要である。しかしこの条件は、制御光の波長λpと信号光の波長λsとの差異はほとんどなく、容易に満足させることができる。制御光の波長λpと信号光の波長λsとの差異は、後述するようにスイッチングされた信号光のみを光スイッチから出力させるためには、光スイッチの出力側に設定される光バンドパスフィルタによって、制御光が遮断でき信号光を透過させることができる程度離れていればよい。
Strictly speaking, since the wavelengths of the control light and the signal light are λp and λs, respectively, the wavelengths are different. Therefore, the group delay time difference between the control light and the signal light due to the group velocity dispersion generated in the second
次に、第1信号光の第1光パルスの次の第2光パルスが光カプラ12を通過する時にも丁度、制御光の次の光パルスである第2光パルスが存在するが、第1信号光の第2光パルスの次の第3光パルスが光カプラ12を通過する時には、制御光の第2光パルスの次の光パルスである第3光パルスが存在しない。この場合には、第1信号光の第3光パルスは、制御光の光パルスが存在しない状態、つまり、第1信号光の光パルスは、制御光の光パルスと並走することなく、経路L1乃至L4から構成される光路を伝播することとなる。そのため、光分波合成器10において第1信号光の光パルスと第2信号光の光パルスとは同位相で合波される。第1信号光の光パルスは、光分波合成器10の第1ポート10-1にループ反射光として出力され、第6光ファイバである光ファイバ34を伝播して光サーキュレータ28を介して、信号光が伝播してきた伝送路とは異なる伝送路に向けて出力される。
Next, when the second optical pulse next to the first optical pulse of the first signal light passes through the
この結果、光分波合成器10の第4ポート10-4から出力される透過光を構成する光パルス列は、図1に示すように、制御光を構成する光パルス列を反映させたものとなる。また、反射光は、制御光の光パルスの存在しない時間帯に、信号光の光パルスが存在する場合に限り、ループ反射光として光サーキュレータ28を介して外部に出力されるので、図1に示すようなパルス列となる。
As a result, as shown in FIG. 1, the optical pulse train constituting the transmitted light output from the fourth port 10-4 of the optical demultiplexer /
また、光分波合成器10の第4ポート10-4からは、波長λpの制御光も出力されるので、スイッチングされた波長λsの信号光だけを外部に取り出すには、光分波合成器10の第4ポート10-4に第5光ファイバである光ファイバ32の一端を接続し、光ファイバ32の他端に、透過波長の中心がλsに設定されておりかつ波長λpを遮断できる特性を有する光バンドパスフィルタ30を接続する必要がある。
Further, since the control light having the wavelength λp is also output from the fourth port 10-4 of the
ループ反射光として光分波合成器10の第1ポート10-1に出力される第1信号光の光パルスは、光サーキュレータ28が配置されていなければ、伝送されてきた伝送路を逆に進み、送信側に返送されることになる。一般に時間多重光通信において、受信側から送信側に向けて、送信信号の一部が逆送されることは、好ましくないので、光サーキュレータ28を利用して、ループ反射光として光分波合成器10の第1ポート10-1に出力される第1信号光の光パルスを、信号光が伝播してきた伝送路とは異なる伝送路に向けて出力させる構成とするのが望ましい。
The optical pulse of the first signal light output to the first port 10-1 of the optical demultiplexer /
<この発明の実施の形態>
図5を参照してこの発明の実施の形態の光スイッチの構造と動作について説明する。
<Embodiment of the Invention >
The structure and operation of the optical switch according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(構造)
この発明の実施の形態の光スイッチは、光分波合成器100と、第1光ファイバ116と、第2光ファイバ118と、光非線形制御部120とを具えている。光分波合成器100は、被制御光である信号光を入力する第1ポート100-1、第1光ファイバ116を接続する第2ポート100-2、第2光ファイバ118を接続する第3ポート100-3及びスイッチングされた信号光を出力する第4ポート100-4を具え、光強度の分岐比が1対1に調整されている。第1光ファイバ116は、光分波合成器100の第2ポート100-2にその一端が接続され、制御光を入力する光カプラ112を具えている。第2光ファイバ118は、光分波合成器100の第3ポート100-3にその一端が接続され、偏波面を90°回転させる第1偏波面回転部132を具えている。
(Construction)
The optical switch of implementation in the form of the invention, the
光非線形制御部120は、第1光ファイバ116と第2光ファイバ118とが結合されており、第1入出力端122-1、第2入出力端122-2及び第3入出力端122-3を具える第1偏波分離合成モジュール122と、第1入出力端124-1、第2入出力端124-2及び第3入出力端124-3を具える第2偏波分離合成モジュール124と、第3光ファイバ126と、第4光ファイバ128とを具えている。第3光ファイバ126は、第1偏波分離合成モジュール122の第1入出力端122-1に対向する側の第2入出力端122-2にその一端が結合され、第2偏波分離合成モジュール124の第3入出力端124-3に対向する側の第1入出力端124-1にその他端が結合されている。第4光ファイバ128は、偏波面を90°回転させる第2偏波面回転部130を具え、第1偏波分離合成モジュール122の第3入出力端122-3にその一端が結合され、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1に対向する側の第3入出力端124-3にその一端が結合されている。
In the optical
そして、第1偏波分離合成モジュール122の第1入出力端122-1には第1光ファイバ116の他端が結合されており、第2偏波分離合成モジュール124の第2入出力端124-2には第2光ファイバ118の他端が結合されている。
The other end of the first
第1光ファイバ116、第2光ファイバ118、第3光ファイバ126及び第4光ファイバ128には、参考例の光スイッチで利用されたPANDA型光ファイバ等の偏波面保存光ファイバを用いて構成するのが好ましい。また、光分波合成器100も、参考例の光スイッチで利用されたものと同一の方向性光結合器等を利用でき、光カプラ112も参考例の光スイッチで利用されたものと同一の光カプラを利用できる。また、偏波分離合成モジュール122、124も参考例の光スイッチで利用された偏光ビームスプリッタ等を利用できる。
The first
第1偏波分離合成モジュール122及び第2偏波分離合成モジュール124は、参考例で利用した偏波分離合成モジュール14とは入出力端が1つ少なく、3つの入出力端を有した構成である。第1偏波分離合成モジュール122及び第2偏波分離合成モジュール124の特性は、構造が同一であるので、第1偏波分離合成モジュール122について説明する。
The first polarization separation /
TM偏波として偏波分離合成モジュール122に入力された場合には、偏波分離合成モジュール122の内部を直進し入力側とは対向する側の入出力端に出力される。一方、TE偏波として偏波分離合成モジュール122に入力された場合には、偏波分離合成モジュール122の内部に存在する偏波面選択性を有する反射面122Rで反射され、反射光の向かう側の側面の入出力端から出力される。
When TM polarization is input to the polarization separation /
また、光サーキュレータ134及び光バンドパスフィルタ136の役割についても、参考例の光スイッチの場合と共通するので、その説明を省略する。
The roles of the
(動作)
図5を参照して、この発明の実施の形態の光スイッチの動作原理を説明する。ここでも、信号光はTM偏波であるものとして説明する。この発明の実施の形態の光スイッチによれば、信号光が第1ポート100-1から光分波合成器100に入力されて第1信号光と第2信号光とに分岐され、第1信号光は第2ポート100-2から出力されて第1光ファイバ116に入力され、第2信号光は第3ポート100-3から出力されて第2光ファイバに118入力される。
(Operation)
The operation principle of the optical switch according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the signal light is described as being TM polarized. According to the optical switch of the embodiment of the present invention , the signal light is input from the first port 100-1 to the optical demultiplexer /
第1信号光は、第1光ファイバ116を伝播した後、光非線形制御部120に入力される。すなわち、第1偏波分離合成モジュール122の第1入出力端122-1から入力されて第2入出力端122-2から出力されて第3光ファイバ126に入力されてその第3光ファイバ126を伝播し、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1から入力され第3入出力端124-3から出力されて第4光ファイバ128に入力される。
The first signal light propagates through the first
そして、第4光ファイバ128を伝播して第4光ファイバ128の途中位置に設けられている第2偏波面回転部130で偏波面が90°回転されて、第1偏波分離合成モジュール122の第3入出力端122-3に入力される。そして、第1偏波分離合成モジュール122の第2入出力端122-2から出力されて再び第3光ファイバ126を伝播し、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1に入力されて、第2入出力端124-2から出力されて第2光ファイバ118を伝播して、第2光ファイバ118の途中の位置に設けられている第1偏波面回転部132で偏波面が90°回転され光分波合成器100の第3ポート100-3に戻る。
Then, the polarization plane is rotated by 90 ° by the second polarization
一方、第2信号光は、第2光ファイバ118を伝播して、第2光ファイバ118の途中の位置に設けられている第1偏波面回転部132で偏波面が90°回転された後、光非線形制御部120に入力される。すなわち、第2偏波分離合成モジュール124の第2入出力端124-2から入力されて第1入出力端124-1から出力され第3光ファイバ126に入力されて第3光ファイバ126を伝播して第1偏波分離合成モジュール122の第2入出力端122-2から入力されて第3入出力端122-3から出力されて第4光ファイバ128に入力される。そして、第4光ファイバ128を伝播して第4光ファイバの途中位置に設けられている第2偏波面回転部130で偏波面が90°回転されて、第2偏波分離合成モジュール124の第3入出力端124-3に入力される。そして、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1から出力されて再び第3光ファイバ126を伝播し、第1偏波分離合成モジュール122の第2入出力端122-2に入力されて、第1入出力端122-1から出力されて第1光ファイバ116を伝播して光分波合成器100の第2ポート100-2に戻る。
On the other hand, the second signal light propagates through the second
制御光が第1光ファイバ116の途中に設置された光カプラ112を介して第1光ファイバ116に入力されると、光分波合成器100の第4ポート100-4からループ透過光として出力光が外部に出力される点は参考例の光スイッチと共通する。そして、この発明の実施の形態の光スイッチにおいては、第1及び第2信号光が第3光ファイバをそれぞれ2回伝播する構成となっている。このことによって、第3光ファイバの長さを実質的に2倍にしたのと同等の効果がある。
When control light is input to the first
この発明の実施の形態の光スイッチが参考例の光スイッチと相違するのは、次の点である。すなわち、偏波分離合成モジュールを、第1偏波分離合成モジュール122及び第2偏波分離合成モジュール124として2箇所に設定する構成であるので、スイッチングされる信号光の偏波面の選択性が2倍高まり、参考例の光スイッチに比べ、偏波クロストーク成分の除去がより効果的に行なわれる。また、偏波分離合成モジュールの偏波面選択性が不完全である場合でも、実質的に偏波分離合成モジュールによる偏波面選択性が向上する。
The optical switch according to the embodiment of the present invention is different from the optical switch of the reference example in the following points. That is, since the polarization separation / combination module is configured in two places as the first polarization separation /
第1及び第2信号光が第3光ファイバをそれぞれ2回伝播する構成となっている。このようなことが実現するのは、第1偏波面回転部132及び第2偏波面回転部130で偏波面が90°回転されることと、第1偏波分離合成モジュール122及び第2偏波分離合成モジュール124の偏波面選択性に起因する。この理由は次のとおりである。
Each of the first and second signal lights propagates through the third optical fiber twice. This is realized by the fact that the polarization plane is rotated by 90 ° in the first polarization
信号光を、TM偏波(光の電場ベクトルの振動方向が紙面に対して平行な偏光)として偏波面保存光ファイバ140に入力させて光分波合成器100の第1ポート100-1に入力させる。ここで、CW方向に伝播する第1信号光を考える。第1信号光は、第1光ファイバ116によって構成される経路L1をTM偏波として伝播して第1偏波分離合成モジュール122の第1入出力端122-1に入力され、第2入出力端122-2から出力される。これは、TM偏波として第1偏波分離合成モジュール122の第1入出力端122-1に入力されたので、第1偏波分離合成モジュール122の内部を直進し第1入出力端122-1と対向する側の第2入出力端122-2に出力されることとなる。
The signal light is input to the polarization preserving
既に説明したように、TM偏波として第1偏波分離合成モジュール122に入力された場合には、第1偏波分離合成モジュール122の内部を直進し入力側とは対向する側の入出力端に出力される。一方、TE偏波として第1偏波分離合成モジュール122に入力された場合には、第1偏波分離合成モジュール122の内部に存在する偏波面選択性を有する反射面122Rで反射され、反射光の向かう側の側面の入出力端から出力される。第2偏波分離合成モジュール124についても同様である。
As already described, when TM polarization is input to the first polarization separation /
第1信号光は、第1偏波分離合成モジュール122の第2入出力端122-2に出力され、第3光ファイバ126をTM偏波で伝播する。その後、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1に入力されて、第3入出力端124-3から出力され第4光ファイバ128をTM偏波で伝播する。第4光ファイバ128の途中に設置されている第2偏波面回転部130を通過することでTM偏波からTE偏波に変換され、第1偏波分離合成モジュール122の第3入出力端122-3に入力され、TE偏波であることから、第2入出力端122-2から出力される。
The first signal light is output to the second input / output terminal 122-2 of the first polarization separation /
第2入出力端122-2からTE偏波として出力された第1信号光は、再び第3光ファイバ126を伝播して、第2偏波分離合成モジュール124の第1入出力端124-1に入力され、TE偏波であることから、第2入出力端124-2から出力されて、第2光ファイバ118を伝播する。そして第2光ファイバ118の途中に設置されている第1偏波面回転部132を通過することによって、TE偏波からTM偏波に変換されて、光分波合成器100の第3ポート10-3に入力されて第2信号光と合波される。
The first signal light output as the TE polarization from the second input / output terminal 122-2 propagates again through the third
参考例の光スイッチの場合と同様に、第1乃至第4の光ファイバであるPANDA型光ファイバのslow軸の実効屈折率をns、fast軸の実効屈折率をnfとし、slow軸の方向がTE偏波の偏波面と合致するとしたとき、CW方向に伝播する第1信号光が、光分波合成器100で分波されて光分波合成器100の第2ポート100-2を出て再び光分波合成器100の第3ポート100-3に戻り、光分波合成器100で合波されるまでの光路長は、次のように求められる。
As in the case of the optical switch of the reference example , the effective refractive index of the slow axis of the PANDA type optical fiber that is the first to fourth optical fibers is ns, the effective refractive index of the fast axis is nf, and the direction of the slow axis is When it matches the polarization plane of TE polarization, the first signal light propagating in the CW direction is demultiplexed by the optical demultiplexer /
第1光ファイバ116の長さをl1、第3光ファイバ126の長さをl2、第2偏波分離合成モジュール124の第3入出力端124-3から第2偏波面回転部130までの第4光ファイバ128の長さをl3、第2偏波面回転部130から、第1偏波分離合成モジュール122の第3入出力端122-3までの第4光ファイバ128の長さをl4、第2偏波分離合成モジュール124の第2入出力端124-2から第1偏波面回転部132までの第2光ファイバ118の長さをl5、第1偏波面回転部132から光分波合成器100の第3ポート100-3までの長さをl6とすれば、光路長は、第1信号光が伝播する経路順に加算して、次式(4)
nfl1+nfl2+nfl3+nsl4+nsl2+nsl5+nfl6 (4)
で与えられる。
The length of the first
n f l 1 + n f l 2 + n f l 3 + n s l 4 + n s l 2 + n s l 5 + n f l 6 (4)
Given in.
すなわち、第1信号光は、第1光ファイバ116をTM偏波として伝播するので光路長は、nfl1であり、第3光ファイバ126もTM偏波として伝播するので光路長は、nfl2である。また、第1信号光が、第2偏波分離合成モジュール124の第3入出力端124-3から第2偏波面回転部130までの第4光ファイバ128をTM偏波として伝播するので光路長は、nfl3である。次に、第2偏波面回転部130から、第1偏波分離合成モジュール122の第3入出力端122-3までの第4光ファイバ128をTE偏波として伝播するので、光路長は、nsl4である。次に、再び第3光ファイバ126をTE偏波として伝播するので光路長はnsl2である。次に第2偏波分離合成モジュール124の第2入出力端124-2から第1偏波面回転部132までの第2光ファイバ118をTE偏波として伝播するので光路長は、nsl5である。そして、第1偏波面回転部132から光分波合成器100の第3ポート100-3までをTM偏波として伝播するので光路長は、nfl6である。
That is, since the first signal light propagates through the first
このことから、第3光ファイバ126をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計2回伝播していることが分かる。
From this, it can be seen that the third
CCW方向に伝播する第2信号光についても、CW方向に伝播する第1信号光と同様に考えることができ、第2信号光が、光分波合成器100で分波されて光分波合成器100の第3ポート100-3を出て再び光分波合成器100の第2ポート10-02ポートに戻り、光分波合成器100で合波されるまでの光路長は、第2信号光が伝播する経路順に加算して、次式(5)
nfl6+nsl5+nsl2+nsl4+nfl3+nfl2+nfl1 (5)
で与えられる。
The second signal light propagating in the CCW direction can also be considered in the same way as the first signal light propagating in the CW direction, and the second signal light is demultiplexed by the
n f l 6 + n s l 5 + n s l 2 + n s l 4 + n f l 3 + n f l 2 + n f l 1 (5)
Given in.
なお、この発明の実施の形態の光スイッチにおいても、制御光は第1信号光と同一の経路であるCW方向に伝播する経路をたどる。 In the optical switch according to the embodiment of the present invention , the control light follows a path that propagates in the CW direction, which is the same path as the first signal light.
上式(4)と(5)とを比較すると、式(4)の第1項、2項、3項、4項、5項、6項、7項と式(5)の第7項、6項、5項、4項、3項、2項、1項とは、それぞれ等しいことが分かる。すなわち、第1信号光と第2信号光とは同一の光路長を伝播していることが分かる。 Comparing the above formulas (4) and (5), the first term, the second term, the third term, the fourth term, the fifth term, the sixth term, the seventh term in the formula (4) and the seventh term in the formula (5), It can be seen that the sixth, fifth, fourth, third, second, and first terms are equal. That is, it can be seen that the first signal light and the second signal light propagate through the same optical path length.
参考例の光スイッチと同様に、制御光が入力されない場合には、光分波合成器100の第1ポート100-1入力された信号光は、光分波合成器100の第1ポート100-1にループ反射光として出力される。一方、光カプラ112から制御光が入力されると光ファイバループ内で光カー効果が発現し屈折率が変化する。そのため、第1信号光と第2信号光とは、再び光分波合成器100に入力されて両者が結合されたときには両者の位相がずれている。
Similar to the optical switch of the reference example , when the control light is not input, the signal light input to the first port 100-1 of the optical demultiplexer /
この位相ずれ量φがπに等しくなるように、制御光の強度を調整するか、あるいは第1乃至第4光ファイバ(特に第3光ファイバ)の長さを調整すれば、光分波合成器100の第1ポート100-1に入力された信号光は、光分波合成器100の第4ポート100-4にループ透過光として出力される。この発明の実施の形態の光スイッチは、第3光ファイバ126をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計2回伝播する構成とされているので、第3光ファイバ126の長さ分だけ、光カー効果が発現する経路を長く取られていることに等しい。
If the intensity of the control light is adjusted or the length of the first to fourth optical fibers (especially the third optical fiber) is adjusted so that the phase shift amount φ is equal to π, the optical demultiplexer / synthesizer The signal light input to the first port 100-1 of 100 is output as loop transmitted light to the fourth port 100-4 of the optical demultiplexer /
10、100:光分波合成器
12、112:光カプラ
14、122、124:偏波分離合成モジュール
16、116:第1光ファイバ
18、118:第2光ファイバ
20、120:光非線形制御部
22、126:第3光ファイバ
24、128:第4光ファイバ
26、130、132:偏波面回転部
28、134:光サーキュレータ
30、136:光バンドパスフィルタ
32、138:第5光ファイバ
34、140:第6光ファイバ
40:クラッド
42:コア
44:応力付与部
50:第1ポート
52:第2ポート
54:第3ポート
56:第4ポート
58:融着延伸部
70、72:偏波面保存光ファイバ
10, 100: Optical demultiplexer
12, 112: Optical coupler
14, 122, 124: Polarization separation and synthesis module
16, 116: First optical fiber
18, 118: Second optical fiber
20, 120: Optical nonlinear controller
22, 126: Third optical fiber
24, 128: Fourth optical fiber
26, 130, 132: Polarization plane rotating part
28, 134: Optical circulator
30, 136: Optical bandpass filter
32, 138: 5th optical fiber
34, 140: 6th optical fiber
40: Clad
42: Core
44: Stress application part
50: First port
52: Second port
54: Third port
56: Port 4
58: Fusion stretch part
70, 72: Polarization-maintaining optical fiber
Claims (4)
該光分波合成器の前記第2ポートに一端が接続され、制御光を入力する光カプラを具える第1光ファイバと、
前記光分波合成器の前記第3ポートに一端が接続され、偏波面を90°回転させる第1偏波面回転部を具える第2光ファイバと、
前記第1光ファイバと前記第2光ファイバとを結合する光非線形制御部とを具え、
該光非線形制御部は、第1乃至第3入出力端を具える第1偏波分離合成モジュールと、第1乃至第3入出力端を具える第2偏波分離合成モジュールと、
前記第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に対向する側の第2入出力端に一端が結合され、前記第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に対向する側の第1入出力端に他端が結合された第3光ファイバと、
偏波面を90°回転させる第2偏波面回転部を具え、前記第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端に一端が結合され、前記第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端に対向する側の第3入出力端に他端が結合された第4光ファイバとを具え、
前記第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端には前記第1光ファイバの他端が結合されており、前記第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端には前記第2光ファイバの他端が結合されていること
を特徴とする光スイッチ。 Branch of light intensity comprising a first port for inputting signal light, a second port for connecting the first optical fiber, a third port for connecting the second optical fiber, and a fourth port for outputting the switched signal light An optical demultiplexer with a ratio of 1: 1,
A first optical fiber having one end connected to the second port of the optical demultiplexer and having an optical coupler for inputting control light;
One end is connected to the third port of the optical demultiplexer, a second optical fiber including a first polarization plane rotating unit that rotates the polarization plane by 90 °, and
Comprising an optical nonlinear controller that couples the first optical fiber and the second optical fiber,
The optical nonlinear controller includes a first polarization separation / combination module having first to third input / output ends, a second polarization separation / combination module having first to third input / output ends,
One end is coupled to the second input / output end on the side facing the first input / output end of the first polarization separation / combination module, and the first on the side facing the third input / output end of the second polarization separation / combination module. A third optical fiber having the other end coupled to one input / output end;
A second polarization plane rotating unit that rotates the plane of polarization by 90 °; one end coupled to the third input / output end of the first polarization separation / combination module; A fourth optical fiber having the other end coupled to the third input / output end on the opposite side,
The other end of the first optical fiber is coupled to the first input / output end of the first polarization separation / combination module, and the second input / output end of the second polarization separation / combination module is connected to the second light. An optical switch characterized in that the other end of the fiber is coupled.
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