JP7828689B2

JP7828689B2 - 光出力装置及び光出力方法

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Publication number: JP7828689B2
Application number: JP2025557610A
Authority: JP
Inventors: 信幸松田
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2023-11-17
Filing date: 2023-11-17
Publication date: 2026-03-12
Anticipated expiration: 2043-11-17
Also published as: WO2025104902A1; JPWO2025104902A1

Description

本発明は、光出力装置及び光出力方法に関する。

光干渉計に基づく光回路は、光量子コンピュータ、光AIアクセラレータ、空間多重伝送通信などの光を用いた次世代型情報処理技術のハードウェアとして重要視されている。光干渉計を多数組み合わせることで、光学テーブル上やシリコンウエハ上に光回路を実現することができる。

情報処理の規模は光回路を実現することができる空間の制約を受ける。大規模な情報処理を行うためには、大規模な光回路が必要である。そのため、光回路の面積を小さくし、限られた空間においてより大規模な情報処理を行うことが求められており、光回路の面積を小さくするために小規模な空間で光干渉計を実現することが求められている。

光干渉計の構成要素はビームスプリッタやミラーといった光学素子である。たとえば、ビームスプリッタには、ガラスなどの基板上に蒸着された誘電体多層膜が用いられる。その基本的な動作原理は異なる屈折率（誘電率）媒質間の境界における光の反射と屈折である。そのような屈折率境界は当然ながら空間的に形成される。
近年、時間的なある時刻に媒質の屈折率が切り替わる時間的屈折率境界の可能性が検討され、時間的屈折率境界が光ファイバ中の非線形光学効果の一種である光カー効果（相互位相変調）によって実現可能であることが示されている（例えば非特許文献１及び２）。
当該、時間的屈折率境界を用いた全反射ミラーを実現するポンプ光を２つ用いて、ファブリーペロー干渉計を実現する可能性が示されている（例えば非特許文献３）。

B. W. Plansinis et al., Phys. Rev. Lett., vol. 115, 183901 (2015). B. W. Plansinis et al., Journal of the Optical Society of America B, Vol. 35, No. 2, 436 (2018). J．Zhang et al., Journal of the Optical Society of America B, Vol. 38, No. 8, 2376 (2021). J．Carolan et al., Science, Vol. 349, No. 6249, 711 (2015). N. Matsuda, Science Advances, vol. 2, e1501223, (2016).

一方、光回路において重要であるマッハ・ツェンダー干渉計を実現したという報告はない。
しかし、背景技術で述べた次世代情報処理技術への応用のための光回路は、マッハ・ツェンダー干渉計を用いて構築される（例えば非特許文献４）。よって、時空間屈折率境界を用いて次世代情報処理技術のための光回路を実現するためには、マッハ・ツェンダー干渉計の実現方法の存在が重要となる。しかし、時空間屈折率境界を用いたマッハ・ツェンダー干渉計の実現方法は報告されていない。
本発明の目的は、小規模な空間で光干渉計を実現する光出力装置及び光出力方法を提供することにある。

本発明の一態様は、信号光パルスが非線形光学効果を有する光導波路の入力端に入力される前に、第一ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、前記第一ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第二ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、前記信号光パルス及び前記第二ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第三ポンプ光パルスを前記入力端に入力する光出力装置であって、前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルスと前記第三ポンプ光パルスの群速度は同じ速度であり、前記第一ポンプ光パルスと前記信号光パルスの群速度は異なる速度であり、前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は前記信号光パルスの強度よりも大きく、前記第一ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は、前記信号光パルスを全反射させるときの最小強度以上の強度であり、前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記最小強度未満の強度である、光出力装置である。

本発明の一態様は、信号光パルスが非線形光学効果を有する光導波路の入力端に入力される前に、第一ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、前記第一ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第二ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、前記信号光パルス及び前記第二ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第三ポンプ光パルスを前記入力端に入力する光出力方法であって、前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルスと前記第三ポンプ光パルスの群速度は同じ速度であり、前記第一ポンプ光パルスと前記信号光パルスの群速度は異なる速度であり、前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は前記信号光パルスの強度よりも大きく、前記第一ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は、前記信号光パルスを全反射させるときの最小強度以上の強度であり、前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記最小強度未満の強度である、光出力方法である。

本発明によれば、小規模な空間でマッハ・ツェンダー型の光干渉計を実現することができる。

本実施形態に係る光干渉計の構成を示す図である。光導波路に入力される第一ポンプ光パルス、第二ポンプ光パルス、第三ポンプ光パルス及び信号光パルスの一例を示す図である。信号光パルスの伝搬を示す図である。光導波路に入力される第一ポンプ光パルス、第二ポンプ光パルス、第三ポンプ光パルス及び信号光パルスの一例を示す図である。信号光パルスの伝搬を示す図である。シミュレーション結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係る光干渉計１の構成を示す図である。光干渉計１は、信号光パルスを２つの光に分割し、それらの光を再度合波させ、それらの光を干渉させる装置である。光干渉計１は、光出力装置２及び光導波路３を備える。

光出力装置２は、光導波路３の入力端３１に信号光パルスを出力する。光出力装置２は、光導波路３の入力端３１に信号光パルスとは異なる光パルス（ポンプ光パルス）を出力する。信号光パルスの波長とポンプ光パルスの波長は異なる。信号光パルスとポンプ光パルスは光導波路３を伝搬する。光出力装置２は、例えばパルスレーザである。光導波路３は非線形光学効果を有するものであり、例えば光ファイバである。
光導波路３は入力端３１と出力端３２を備える。入力端３１に光出力装置２から入力された信号光パルス及びポンプ光パルスは、光導波路３を伝搬し、出力端３２から出力される。出力端３２は空間的には同一であるが出力時刻が異なる２つの出力ポートを有する。
出力ポートは、検出器又は当該光干渉計に類似する光干渉計の入力端等に接続され、組み合わされることで光回路が形成される。

光導波路３を伝搬する信号光パルスとポンプ光パルスとの間で生じる光カー効果（あるいは、相互位相変調）により、時間的屈折率境界が誘起される。光カー効果は、非線形光学効果の一種であり、光強度により屈折率が変化する現象である。光カー効果により時間的屈折率境界が誘起されることは、例えば非特許文献１及び２に開示されている。時間的屈折率境界が誘起されることにより、所定の条件を満たす場合、信号光パルスがポンプ光パルスにより全反射されたり、一部が反射され一部が透過されたりする。これにより光干渉計１は信号光パルスを干渉する。信号光パルスを干渉するためのポンプ光パルスの詳細な特性は後述する。
ポンプ光パルスは、形状を変えずに光導波路３を伝搬するソリトン伝搬条件を満たすのが望ましい。また、信号光パルスとポンプ光パルスとの間で生じる光カー効果は相互的に生じるため、信号光パルスからポンプ光パルスに対しても非線形効果の影響が表れる。そのため、信号光パルスからポンプ光パルスに対する非線形効果の影響が小さくなるように、信号光パルスの強度のポンプ光パルスに対する比率は小さい方が望ましい。

信号光パルスを出力する装置は光出力装置２とは別に設けられてもよい。信号光パルスを出力する装置が光出力装置２とは別に設けられるとき、光出力装置２は信号光パルスを出力しない。

信号光パルスとポンプ光パルスとは光導波路３を伝搬し、光導波路３の出力端３２から出力される。波長フィルタを用いることで、光導波路３の出力端３２から干渉された信号光パルスのみを取り出すことができる。また、光導波路３の長さは信号光パルスとポンプ光パルスとの伝搬距離に応じて設定されてもよい。

光出力装置２は、３つのポンプ光パルスである第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２及び第三ポンプ光パルス１３を光導波路３の入力端３１に出力する。光出力装置２は、信号光パルス２１を光導波路３の入力端３１に出力する前に、第一ポンプ光パルス１１を光導波路３の入力端３１に出力する。光出力装置２は、第一ポンプ光パルス１１を光導波路３の入力端３１に出力した後に、第二ポンプ光パルス１２を光導波路３の入力端３１に出力する。光出力装置２は、信号光パルス２１及び第二ポンプ光パルス１２を光導波路３の入力端３１に出力した後に、第三ポンプ光パルス１３を光導波路３の入力端３１に出力する。
第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２及び第三ポンプ光パルス１３の強度は信号光パルス２１の強度よりも大きい。第一ポンプ光パルス１１及び第三ポンプ光パルス１３の強度は、信号光パルス２１を全反射させるときの最小強度以上の強度である。信号光パルス２１を全反射させるための第一ポンプ光パルス１１及び第三ポンプ光パルス１３の条件については後述する。第二ポンプ光パルス１２の強度は、信号光パルス２１を全反射させるときの最小強度以下の強度であり、信号光パルス２１の分岐比により決定される。信号光パルス２１を分岐させるための第二ポンプ光パルス１２の条件については後述する。

第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２及び第三ポンプ光パルス１３の群速度は同じ速度である。ポンプ光パルス１１～１３の群速度は、信号光パルス２１の群速度と異なる速度である。ポンプ光パルス１１～１３と信号光パルス２１との群速度の違いは、光導波路３の群速度分散により実現することができる。信号光パルス２１は、第一ポンプ光パルス１１と第三ポンプ光パルス１３との間の光カー効果により、全反射する。信号光パルス２１は、第二ポンプ光パルス１２との間の光カー効果により、一部が透過し、一部が反射する。

第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３及び信号光パルス２１が出力されるタイミングや、ポンプ光パルス１１～１３の群速度、信号光パルス２１の群速度は、信号光パルス２１が第一ポンプ光パルス１１及び第三ポンプ光パルス１３よりも先に第二ポンプ光パルス１２に近づくように設定されるのが望ましい。これにより、信号光パルス２１が第一ポンプ光パルス１１又は第三ポンプ光パルス１３により全反射される前に、第二ポンプ光パルス１２により分岐することができる。

図２は、光導波路３の入力端３１に入力される第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３及び信号光パルス２１の一例を示す図である。光出力装置２は、ポンプ光パルス１１～１３及び信号光パルス２１を、第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、信号光パルス２１、第三ポンプ光パルス１３という順番で光導波路３の入力端３１に入力する。ポンプ光パルス１１～１３の群速度は、信号光パルス２１の群速度より小さい。

図３は、信号光パルス２１の伝搬を示す図である。信号光パルス２１の群速度は第二ポンプ光パルス１２の群速度より大きいため、信号光パルス２１と第二ポンプ光パルス１２とが近づく、光カー効果により信号光パルス２１は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する第一信号光パルス２１－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する第二信号光パルス２１－２に分岐される。第二ポンプ光パルス１２はビームスプリッタに相当する動作を行う。

第一信号光パルス２１－１は、第一ポンプ光パルス１１に近づく。光カー効果により第一信号光パルス２１－１は全反射される。第二信号光パルス２１－２は、第三ポンプ光パルス１３に近づく。光カー効果により第二信号光パルス２１－２は全反射される。第一ポンプ光パルス１１及び第三ポンプ光パルス１３は、ミラーに相当する動作を行う。
全反射された第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２はともに再び第二ポンプ光パルス１２に近づき、それぞれ２つの光パルスに分岐される。第一信号光パルス２１－１は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する透過第一信号光パルス２１－１－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射し、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する反射第一信号光パルス２１－１－２とに分岐される。第二信号光パルス２１－２は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する透過第二信号光パルス２１－２－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する反射第二信号光パルス２１－２－２とに分岐される。
その後、透過第一信号光パルス２１－１－１と反射第二信号光パルス２１－２－２とが互いに干渉する。また、反射第一信号光パルス２１－１－２と透過第二信号光パルス２１－２－１とが互いに干渉する。

光出力装置２は、ポンプ光パルス１１～１３を出力するタイミングを変化させることで、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２とが通過する光路の長さを変化させ、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２との間の位相差を変化させることができる。ここで生じる位相差の変化により、透過第一信号光パルス２１－１－１と反射第二信号光パルス２１－２－２との干渉により生じる光の強度や、反射第一信号光パルス２１－１－２と透過第二信号光パルス２１－２－１との干渉により生じる光の強度が変化する。ポンプ光パルス１１～１３を出力するタイミングを変化させることは、一般的な光干渉計において、ビームスプリッタとミラー間の長さを変化させることや光が伝搬する媒質の屈折率を変化させることに対応する。

また、第一ポンプ光パルス１１が入力されてから第二ポンプ光パルス１２が入力されるまでの時間ｔ_１２及び／又は、第二ポンプ光パルス１２が入力されてから第三ポンプ光パルス１３が入力されるまでの時間ｔ_２３は、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２とが、時間的に重なる範囲で調整されるのが望ましい。これにより、透過第一信号光パルス２１－１－１と反射第二信号光パルス２１－２－２とを時間的に十分重ねることができる。反射第一信号光パルス２１－１－２と透過第二信号光パルス２１－２－１についても同様である。

図４は、光導波路３の入力端３１に入力される第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３及び信号光パルス２１の一例を示す図である。光出力装置２は、ポンプ光パルス１１～１３及び信号光パルス２１を、第一ポンプ光パルス１１、信号光パルス２１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３という順番で光導波路３の入力端３１に出力する。ポンプ光パルス１１～１３の群速度は、信号光パルス２１の群速度より大きい。

図５は、信号光パルス２１の伝搬を示す図である。信号光パルス２１の群速度は第一ポンプ光パルス１１の群速度より小さいため、信号光パルス２１と第二ポンプ光パルス１２とが近づき、光カー効果により信号光パルス２１は全反射される。その後、信号光パルス２１と第二ポンプ光パルス１２が近づき、光カー効果により信号光パルス２１は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する第一信号光パルス２１－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射され、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する第二信号光パルス２１－２に分岐される。

第一信号光パルス２１－１は、第三ポンプ光パルス１３に近づく。光カー効果により第一信号光パルス２１－１は全反射される。第二信号光パルス２１－２は、第一ポンプ光パルス１１に近づく。光カー効果により第二信号光パルス２１－２は全反射される。
全反射された第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２はともに再び第二ポンプ光パルス１２に近づき、それぞれ２つの光パルスに分岐される。第一信号光パルス２１－１は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する透過第一信号光パルス２１－１－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する反射第一信号光パルス２１－１－２とに分岐される。第二信号光パルス２１－２は、第二ポンプ光パルス１２を透過し、第一ポンプ光パルス１１に対して負の速度で伝搬する透過第二信号光パルス２１－２－１と、第二ポンプ光パルス１２で反射し、第一ポンプ光パルス１１に対して正の速度で伝搬する反射第二信号光パルス２１－２－２とに分岐される。
その後、透過第一信号光パルス２１－１－１と反射第二信号光パルス２１－２－２とが互いに干渉する。また、反射第一信号光パルス２１－１－２と透過第二信号光パルス２１－２－１とが互いに干渉する。

第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２及び第三ポンプ光パルス１３が光出力装置２から出力されるタイミングを調整することで、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２のそれぞれが、第二ポンプ光パルス１２に基づくビームスプリッタで一度分岐されてから、第二ポンプ光パルス１２に基づくビームスプリッタで再度合波されるまでの間に光導波路３内で獲得する位相の差を調整することができる。

以下、第一ポンプ光パルス１１と第三ポンプ光パルス１３の条件について説明する。第一ポンプ光パルス１１と第三ポンプ光パルス１３との条件は同じであるため、第一ポンプ光パルス１１についてのみ説明する。
第一ポンプ光パルス１１と信号光パルス２１は、式（１）を満たす。

式（１）において、β_２は信号光パルス２１の波長の光の光導波路３における群速度分散である。β_Ｂ＝ｋ_０Δｎである。ｋ_０は、信号光パルス２１の波長における真空中の波数である。ｋ_０は、信号光パルス２１の波長λを用いて、ｋ_０＝２π／λと表される。Δｎは第一ポンプ光パルス１１によって誘起される信号光パルス２１における光導波路３の屈折率変化である。Δβ_１は、第一ポンプ光パルス１１と信号光パルス２１との間の群速度の差である。第三ポンプ光パルス１３と信号光パルス２１も同様に式（１）を満たす。式（１）を満たすときのポンプ光パルスの強度の最小値が、ポンプ光パルスが信号光パルス２１を全反射させるときの最小強度である。
屈折率変化Δｎは、式（２）により決定される値である。

式（２）において、γは光導波路３の非線形定数であり、第一ポンプ光パルス１１が信号光パルス２１に及ぼす非線形光学効果の大きさを表す値である。Ｐ（ｔ）は第一ポンプ光パルス１１の光強度であり、第一ポンプ光パルス１１の電場の包絡線の２乗である。

第二ポンプ光パルス１２と信号光パルス２１は、式（１）を満たさない。第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２との分岐比は、結合非線形シュレディンガー方程式を解くことで決定される。結合非線形シュレディンガー方程式は、式（３）及び（４）で表される。

式（３）及び（４）において、Ａは光パルスの電場の包絡線であり、ｐはポンプ光パルス、ｓは信号光パルスを示す。Ａは伝搬距離ｚおよびＴの関数である。ここでＴはＴ＝ｔ－ｚ／ｖ_ｇであって、第二ポンプ光パルス１２の中心を基準とする時間である。ここでｖ_ｇはポンプ光パルスの群速度である。
式（３）及び（４）において、β_{ｐ（ｓ），ｋ}は、光導波路３のｋ次の伝搬定数である。γ_ｐは、光導波路３においてポンプ光パルス１１～１３がそれら自身に及ぼす非線形光学効果の大きさを表す非線形定数である。γ_ｐｓは、光導波路３においてポンプ光パルス１１～１３が信号光パルス２１に及ぼす非線形光学効果の大きさを表す非線形定数である。
分岐後の第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２の強度が同じとなる条件で式（３）及び（４）を解くことで、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２の強度比が１：１となるときの、第二ポンプ光パルス１２の強度が算出される。

なお、式（３）及び（４）は、結合非線形シュレディンガー方程式の一例であって、異なる方法で表現された結合非線形シュレディンガー方程式を用いてもよい。第一ポンプ光パルス１１と第三ポンプ光パルス１３により、信号光パルス２１が全反射される条件も、結合非線形シュレディンガー方程式を解くことで算出されてもよい。

（シミュレーション結果）
以下、行ったシミュレーションについて説明する。
第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３の条件を以下に示す。３つともsech²型のパルス形状であり、半値全幅Δｔは０．３ｐｓであり、
波長は１．５１μｍであった。パルスのピーク強度は、第一ポンプ光パルス１１及び第三ポンプ光パルス１３においては２７０Ｗであり、第二ポンプ光パルス１２は１８８Ｗであった。光導波路３に入射される時間は、第二ポンプ光パルス１２を基準（０ｐｓ）とすると、第一ポンプ光パルス１１は＋５ｐｓ、第三ポンプ光パルス１３は－５ｐｓであった。シミュレーションにおいて、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２との間の位相差を調整するために、第一ポンプ光パルス１１の入射時間を調整した。

非線形定数γ_ｐは１１／Ｗ／ｋｍであり、光導波路３におけるポンプ光パルス１１～１３の群速度分散β_ｐ,２は－０．０６１ｐｓ^２／ｍであった。ポンプ光パルス１１～１３
が、形状を変えずに光導波路３を伝搬するソリトン伝搬条件を満たすピーク強度Ｐは式（５）で表される。

そのため、第一ポンプ光パルス１１、第二ポンプ光パルス１２、第三ポンプ光パルス１３のピーク強度は、式（５）で表される値の近傍で調整を行った。

信号光パルス２１の条件を以下に示す。sech²型のパルス形状であり、半値全幅は１．
５ｐｓであり、波長は０．７５μｍであった。パルスのピーク強度は、０．１Ｗ以下の値とした。パルスのピーク強度は、０．１Ｗより小さい値であれば、信号光パルス２１からポンプ光パルス１１～１３に対する非線形効果の影響を十分小さくすることができる。光導波路３に入射される時間は、第二ポンプ光パルス１２を基準とすると－２．０ｐｓであった。信号光パルス２１の群速度はポンプ光パルス１１～１３の群速度より大きく、ポンプ光パルス１１～１３との差分群遅延の大きさ｜Δβ_１｜＝｜β_ｐ,１－β_ｓ,１｜は０．４３ｐｓ／ｍであった。
非線形定数γ_ｐｓは７．２／Ｗ／ｋｍであり、群速度分散β_ｓ,２は＋０．０３６ｐｓ
^２／ｍであった。事前に信号光パルス２１と第二ポンプ光パルス１２との間で結合非線形シュレディンガー方程式を解くシミュレーションを行い、第二ポンプ光パルス１２の強度を調整することで、信号光パルス２１が強度の分岐比１：１で第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２に分岐されるように設定した。なお、本シミュレーションにおいて光導波路３に関わるパラメータ（非線形定数γ_ｐ、γ_ｐｓ、群速度分散β_ｐ，２、β_ｓ，２、差分群遅延、その他ここに明示していない減衰定数αおよび高次の伝搬定数）は、実在の光ファイバのパラメータを用いている。当該光ファイバについては、非特許文献５において言及されている。

図５は、シミュレーション結果を示す図である。図５に示すグラフは、縦軸に光導波路３の光パルスの入射位置からの距離ｚ、横軸に第二ポンプ光パルス１２を基準とする時間Ｔをとり、信号光パルス２１や分岐した第一信号光パルス２１－１、第二信号光パルス２１－２の強度を示したグラフである。第一ポンプ光パルス１１が入射される時間を、＋４．９１ｐｓ、＋４．９５ｐｓ、＋４．９８ｐｓ、＋５．０１ｐｓ、＋５．０５ｐｓの５つの時間に設定した。第一ポンプ光パルス１１の入射時間を変化させることで、分岐させた後の第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２とが合波するときに異なる干渉をした。例えば第一ポンプ光パルス１１の入射時間が＋４．９１ｐｓのとき、合波後の信号光パルス２１は、ポンプ光パルス１１～１３の群速度よりも大きい群速度の光の強度が強くなったが、第一ポンプ光パルス１１の入射時間が＋５．０５ｐｓのとき、合波後の信号光パルス２１は、ポンプ光パルス１１～１３の群速度よりも小さい群速度の光の強度が強くなった。これは、第一ポンプ光パルス１１の入射時間を変化させ、第一信号光パルス２１－１と第二信号光パルス２１－２との間の位相差を変化させたことによるものである。このように、２つの信号光が伝搬する距離を変化させ、２つの光の位相差を変化させることで、光干渉計１において、光導波路３の２つの出力ポートから出力する光の分岐比が切り替わるという、光干渉計動作を確認することができる。

本実施形態によれば、光出力装置２と光導波路３により、マッハ・ツェンダー干渉計と同様の動作を行うことができる。本実施形態の光干渉計１は、光導波路３として例えば光ファイバを使用することで占有する空間を小さくすることができる。これにより、小規模な空間で光干渉計を実現することができる。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１光干渉計、２光出力装置、３光導波路、１１第一ポンプ光パルス、１２第二ポンプ光パルス、１３第三ポンプ光パルス、２１信号光パルス、２１－１第一信号光パルス、２１－１－１透過第一信号光パルス、２１－１－２反射第一信号光パルス、２１－２第二信号光パルス、２１－２－１透過第二信号光パルス、２１－２－２反射第二信号光パルス

Claims

信号光パルスが非線形光学効果を有する光導波路の入力端に入力される前に、第一ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、
前記第一ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第二ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、
前記信号光パルス及び前記第二ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第三ポンプ光パルスを前記入力端に入力する光出力装置であって、
前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルスと前記第三ポンプ光パルスの前記光導波路における群速度は同じ速度であり、前記第一ポンプ光パルスと前記信号光パルスの前記光導波路における群速度は異なる速度であり、
前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は前記信号光パルスの強度よりも大きく、
前記第一ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は、前記光導波路において前記信号光パルスを全反射させるときの最小強度以上の強度であり、前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記最小強度未満の強度である、
光出力装置。
前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルス、前記信号光パルス、前記第三ポンプ光パルスの順番で前記入力端に入力し、
又は、
前記第一ポンプ光パルス、前記信号光パルス、前記第二ポンプ光パルス、前記第三ポンプ光パルスの順番で前記入力端に入力し、
前記信号光パルスが前記第一ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスよりも先に前記第二ポンプ光パルスに近づくように各パルスの群速度が設定される、
請求項１に記載の光出力装置。
前記第一ポンプ光パルスが入力されてから前記第二ポンプ光パルスが入力されるまでの時間及び／又は前記第二ポンプ光パルスが入力されてから前記第三ポンプ光パルスが入力されるまでの時間は、
前記信号光パルスが前記第二ポンプ光パルスを透過し、前記第一ポンプ光パルスに対して正の速度で伝搬し前記第一ポンプ光パルスで全反射した第一信号光パルスと、前記第二ポンプ光パルスで反射し、前記第一ポンプ光パルスに対して負の速度で伝搬し前記第三ポンプ光パルスで全反射した第二信号光パルスとが、時間的に重なる範囲で調整される、
又は、
前記信号光パルスが前記第二ポンプ光パルスを透過し、前記第一ポンプ光パルスに対して負の速度で伝搬し前記第三ポンプ光パルスで全反射した第一信号光パルスと、前記第二ポンプ光パルスで反射し、前記第一ポンプ光パルスに対して正の速度で伝搬し前記第一ポンプ光パルスで全反射した第二信号光パルスとが、時間的に重なる範囲で調整される、
請求項１に記載の光出力装置。
前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記信号光パルスと前記第二ポンプ光パルスとの間の前記光導波路における結合非線形シュレディンガー方程式を計算することで決定される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光出力装置。
前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記光導波路において、前記信号光パルスを強度比が１：１の第一信号光と第二信号光とに分岐するときの強度である、
請求項４に記載の光出力装置。
信号光パルスが非線形光学効果を有する光導波路の入力端に入力される前に、第一ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、
前記第一ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第二ポンプ光パルスを前記入力端に入力し、
前記信号光パルス及び前記第二ポンプ光パルスが前記入力端に入力された後に、第三ポンプ光パルスを前記入力端に入力する光出力方法であって、
前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルスと前記第三ポンプ光パルスの前記光導波路における群速度は同じ速度であり、前記第一ポンプ光パルスと前記信号光パルスの前記光導波路における群速度は異なる速度であり、
前記第一ポンプ光パルス、前記第二ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は前記信号光パルスの強度よりも大きく、
前記第一ポンプ光パルス及び前記第三ポンプ光パルスの強度は、前記光導波路において前記信号光パルスを全反射させるときの最小強度以上の強度であり、前記第二ポンプ光パルスの強度は、前記最小強度未満の強度である、
光出力方法。