JPH01501734A - 光学装置及び光学信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光　学　装　置 この発明は例えば、光論理素子、元増幅器或いは元スイッチとして使用される光 学装置に関する。

全ての光学装置は光周波数が高い（〜１０”Ｈｚ）ので、非常に速い速度でスイ ッチング動作や論理動作を実行するためのポテンシャルを必要としている。この ポテンシャルを取シ込むために、異なる元入力に対して違った応答をする装置を 組立てることが必要である。このことは本質的に、異なる元の強さに応答する装 置、部ち非直線性装置であることを意味している。

これらのｆｃｆＩＬｔ−現実に得るための重要な間勉はほとんどの物質の非直線 性ＯＬ答が非常に微々たるものであシ、非常に高い光の強さが装置を動作させる ために要求されるということにある。

この問題を解決するために、２つの主たるルートがある。第１は非直線性を高め た物質をさがすことであり、これは通常、バンド・ギャップに近い例えばインジ 、−ム・アンチモン（ＩｎＳｂ　）のようなある共振非直線性を有する物質を意 床する。非直線性を高めることはできるが、非Ｎ融性の応答時間は対応して減じ 。

光学的処理のための速いスイッチングを行なわせるためのポテンシャルの多くは 喪失する。第２のアプローチは／４ルスに対して過度のエネルギーを使わずにパ イピークのパワーを得るよう極〈短い期間の光のパルスを使用することである。

上記第２の装置における基本的な欠陥は光学的な非直線性が空間の特定の地点に 応答して示され、その結果、変動する応答はパルスエンベロープの強さが変る領 域に亘りて見られる。

このことは例えば、所定の論理素子のパルスのスイッチングの正に中心部分にお いて見られる現象である。

表題が“新らしい全ての光導波関数装置に対する提案”という文献でオプティク スレタ−１０巻４８，４１１頁から４１３頁、かわぐちひとし著には不等アーム 長・マツハツエンダ−・干渉計のことを述べている。この文献は重要な光学ケア 効果を表わす物質を用いた干渉計を造ることによりて、その装置は種々の論理動 作を行なわせることができる。この提案された装置の大きな欠点は２つある。

１）信号（光の強さのパルス、位相或いは周波数のシフトであると表かろうとに 拘らず）は２つのアームの異なる光パス長の友めに異なって遅延する。それ故、 信号期間が関係ある遅れを越えたときにのみ満足に動作する。この装置は高速動 作、簡単な信号処理に対する短いノ々ルス動作又は光論理動作には透していない 。

２）　との装置は瞬間的な光の強さに純粋に応答し、その結果、有限の立ち上ル 及び衰退時間を有するリアル元パルスに応答してうまく実行されない。その理由 は、ノ４ルス包絡Ｍの異なる部分はスイッチング動作が異なるからである。

この発明の目的は、上述の問題を解決し、少なくとも軽減する装＆を提供するこ とにある。

この発明によれば、一義的に、光学装置は、少なくとも一つの入力ポート及び２ 個の出力ポートを有しかつ予め決められた入出力結合比を有する第一の結合手段 と、少なくとも一つの出力ポート及び２個の入力ポートを有しかつ予め決められ た入出力結合比を有する第二の結合手段と１Ｍ−の結合手段の各出力を第二の結 合手段の対応する入力に接続する蕗−及び第二の光学導波路とを具備し、第−及 び第二の光学導波路は、適切な使用強度で光学／４ルスが第−及び第二の光学導 波路に注入されるときソリトン効果を支持する物質によシ構成され、かつ注入さ れたパルスの強度依存位相が該パルス′ｔ−通して実質的に均一化するに光分な 実質的に同一の元学長を有する光路を夫々規定し、これによシ、第一の結合手段 の入力ポートにて受信される光学ノ４ルスの部分は、第一の結合手段によって纂 −及び第二の光学導波路に結合され、第−及び第二の光学導波路に沿りて進行し た後強度依存位相の相対的位相シフ）？有しつつ第二の結合手段に同時に到達す る。

このような装置は、同一の波長の第１．第２の導波路を備え、かつ導波路の長さ 及びその材料の性質を選択することによシ実質的にほとんど上述した欠点を解決 している。その結果、導波路に導入される適当な動作（ｗｏｒｋｉｎｇ　）強度 を有する元・９ルスはソリトン現象を呈する。

どのような導波路でも実際の屈折率ｎは、光強度に依存し、近似的に次の関係式 を満足させる。

ｎ＝１１ｏ十ｎ２工 ここで、■は瞬間の光強度、ｎ□は低い光強度での実際の屈折率、ｎ２はカー係 数！、尚、カー係数ｎ２は導波路の材質によって決まる。例えば、シリカをペー スとした光ファイバーの場合通光なドーＡ？ン）？加えることでカー係数ｎ２の 値を変えることが可能である。

加えて、どんな導波路においても分散現象を呈し、その結果、導波路内を異なる 振動数を有する元が異なる速度グループに分れて伝わる。導波路は、異なる分散 ！＃性を有するものに作ることができる。例えば１分散の総計は導波路の屈折率 プロフィールを変えることにより得られる。

従来、低絶対分散（ｌｏｗ　ａｂｓｏｌｕｔｅ　ｄｉｓｐ＠ｒ＠ｉｏｎ　）を有 する導波ｊｉ２ｒ１−作成し、かつ、分数字の近辺での波長で操作することによ シ分散効果を最小にすることが望ましい。確かに１例えばカガムチ（Ｋａｇａｍ ｕｅｈｉ　）によって提案された装置は指定された条件の下で幾何なる分散現象 を示すことはない。

しかし、導波路の特性を選択することでカー係数ｎ２とグループ速度分散（ｇｒ ｏｕｐ　ｖｓｌｏｃｉｔｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）は反対の記号を有し１元が 充分に高い強度を有するとき導波路は５Ａ際に低い強度のパルスが分散する以上 の長さにわたシ数回以上非分散的に伝わるパルスを支えるために作られる。その ようなノ母ルスはソリトンと呼ばれる。エヌジェー　トラン（Ｎ　Ｊ　Ｄｏｒａ ｎ　）　ト’；ｒ　−シェープｏ−（Ｋ　Ｊ　Ｂｌｏｗ）によって為された論説 ＠元−ｉ！Ｌ信におけるソリトン”量子エレクトロニクスのフイイーイーイジャ ナルがり、−ムキ、−イー１９Ａ１２１９８３年１２月発行はソリトン伝播につ いて適切な討議をしている。この明細書及びクレームにおける“ソリトンは”実 質的に非分散伝播の上記した性質を呈する如何なるノ々ルスについても引用され る。そのソリトンは後述する如“正確１或いは“ビ、アな１ソリトンと呼ばれる 。

この発明は、従来の装置と異なシ、ソリトン伝播を行なうことができる特別な光 の分散特性を持つ導波路を用いるものである。

ソリトンパルスが導波路を伝播するときに、ソリトンを形成するパルスエンベロ ープ中の波列の一部が、強さに応じた位相変化を受ける。所定距ｌｌｌ１ｉを伝 播した後で、ソリトンを形成する波列の全体に亘って、この位相は略同等となる 。即ち、全体の位相変化は、パルスエンベロープ全体の強度によって決定され、 ノン・ソリトランやルスの場合のような、波列の異なる部分の瞬時強度によりて 一義的に決定されることはない。ソリトンパルスの強度に応じた位相がパルス全 体に亘りて略同等となるために、以下に説明するようにソリトンは、少なくとも ソリトン周期と略同しか若しくはそれ以上の長さの導波路を伝播することが必要 であることが分った。

２個の導波路は略等しい光学長を有し、各導波路中を伝播する入力パルスの各々 が、第２の結合手段に同時に蓚実に到達するようになる。（即ち、パルスエンベ ロープが互いに重なシ合りて一致した状態で到達する。）理想的には、各導波路 中のノ母ルスエンペロープは完全に同期した状態で到達ナベきである。もしも、 到達したパルスエンベロープの重なシ合りた部分が減少すると、装置の性能が低 下する。このことは、一般的に、入力強度が変化したときの出力中のコントラス トの低下から明白である。部ち、装置が正常に機能していても、例えばパルスエ ンベロープが全体のパルス幅の５０％以下の範囲でＰ１期している場合には、こ の同、１９３はパルス幅のよシ小さい部分で行なうようにしてもよい。良好なス イッチングコントラストが必要な多くの実施例においては、例えば、ノ母ルス幅 の１０％以内に対して同期すればよい。

到達したパルスエンベロープ中の重ね合わされた波形列間に位相差が存在する。

この位相差は１強度に無関係な、装置の構造に起因する部分と、強度に応じて変 化する部分とよシ成る。この場合、強度の絶対像は、パルスエンベロープの１ね 合わせの程夏に応じ次僅である。

ノ々ルスエンベロープ内の放列間の非ゼロ、強度依存相対位相シフトを達成する ために、なんらかの適当な方法で導波路間の対称性を破ることが必要である。

都合のよいことには、例えば、異なる分散るるいは非細形係数ｎを持つことによ シ、これはなされる。しかしながら、屈折毛はｎＩにつれて変化するので、効率 的な非対称性は各導波路の強度を異ならせることができれば、それによっても達 成されることができる。例えば、（屈折率のグロファイルとコアのサイズとに関 連された）異なるモード外幅を有する導波路を持つことによシ、これは達成され ることができる。望ましい非対称性を連凧するために、これらの相違の任意の組 合わせが使用されることができる。

導波路は、ソリトン（ａｏｌｉｔｏｎ　）伝播のために必要とされる分散性と非 馳形性の両刀を同時に机わす材料からなることが望ましい。例えば、分散性と非 称形性が交互に現われる導波路では、交互に現われる榮件の下でソリトン伝播を 達成することは可能であるが、物理的には、効果は変らないので、これは理想的 ではなく１％に望ましくない。結論として、交互に性質が変る非常に短い導波路 を多数使用することが、効率的なソリトン伝動の合理的な近似条件を達成するた めに必要とされるであろう。

都合のよいことには、導波路は元ファイバからなる。他に、（例えば、ニオブ酸 リチウムに基づいて）ブレーナ技術を使用して、導波路は例えは作られることが できる。

各導波路において等しいエネルギ／母ルスを伝播することが一般的に望ましい。

従って一結合手段の予め決められた結合比は実質的に５０：５０であることが望 ましい。しかしながら、そのデバイスの動作特性が比例して変えられるが必要な らば、他の結合比が適切である。

第１の結合手段には、第２の光信号の結合のための第２の入力ポートが設けられ ている。都合がよいことには、この構成では、そのデバイスは、以下で述べるよ うに、光陰素子、あるいはデマルチプレクススイッチとして使用される。

本発明の他の観点によれは、ソリトン伝播が可能なパルスからなる元信号を処理 する方法は、その第１の観点で発明に従ってデバイスを設けることと、 そのデバイスのソリトン伝播の／臂ルスに適する振幅でそのデバイスにノ９ルス 信号を入力することとからなる。

導波路のパラメータは、必要とされる処理に従ってソリトン伝播に影響するよう に適当に選択される。

その処理は、入力パルス信号の論理機能を実行し、それを増幅し、スイッチし、 あるいは他に変調することである。処理されたパルス信号出力は、対応して、論 理出力、あるいは増幅され、スイッチされ、他に変調されたパルス信号からなる 。デバイスのパラメータを選択するための基準は、その第１１Ｚ）観点における 発明に関して上に述べられた通シである。

そのデバイスは第２の入力ボートを含む場合には、その方法は、前記第２のボー トに纂２のパルス信号を入力し、それによシ、以下の例で説明するように、第１ のノ４ルス信号が第２の入力信号に依存して処理されることができることを含む 。

以下、この発明の実施例に係る光学ａｍおよびその動作方法について、添付図面 を参照しながら説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る光学装置を示す・ 第２　ａ　ｇ　２　ｂ　６３　ｍ　ｇ　３　ｂ　ｓ　４　’　ａおよび４ｂ図は 、第１図の装置の２つの導波路内における非［縁性および散乱（分散）の相異な る組み合わせに対する入力（正規化されたパルスエネルギを単位とする）に関し た各出力ポートにおける出力の変動を示す。

ｊｇ５図は第１図の装置の動作方法を示す。

そして！！６図デマルチプレクサとして動作するこの発明の他実施例を示す。

第１図の実施例において、Ｙカプラ３は入力Ａからの／譬ルスエネルギを互いに 等しい２つのパルスに分ける。これら分けられたパルスは２つのシリカ製光フア イバアーム１および２に沿りて進行する。これらの分けられたパルスは２つの出 力ポート５および６を持つＸカプラ４において再び組み合わされる。

こうしてカプラ４の各ボート５および６からの最終出力は２つのパルスの組み合 わせとなる。ここで、各出力５および６内の相対エネルギは、カプラ４の入力ポ ート２および８においてファイバアーム１および２からやってくるパルスの相対 的な光位相に依存する。

２つのアーム１および２の長さは１元学長（またはパルスの走行時間）が２つの アームの双方で実質的に同じとなるように選択され、これによシこれら２つのパ ルスは出力カプラ４に同時に到着するようになる。しかしながら、この同時到着 の２パルス社、たとえば行路長のわずかな違いに起因した任意の（つｔｂ強度独 立の）位相差を持っていてもよい。この位相差は、アーム長に対するサラの波長 調整によシチュー二ング可能である。

各ファイバＪ、ｊに於ける非線形性は、屈折率ｎが、式 ％式％（ で示される光の強さ！に依存する第三次の効果でありて、ここで、ｎｏは線形屈 折率であシ、且つｎ２はシリカのために１．２　ｘ　１００−２２（／Ｖ）２で あるカー（Ｋ＠ｒｒ）係数の非線形反射率である。負グループの速度分散を有し 且つ非線形性を含むファイバに於けるパルスエンベロープｕ（ｚ、ｔ）の伝搬は 、大きさのない非線形のシ、レディンガー〇方程式（ＮＬＳ　）　、ＢＤちｉ　 ｕ　ｚ十Ｕｔ　ｔ　／　２　＋　ｕ　ｌ　ｕ　ｌ　２＝Ｏ（２）によって記述さ れるものであって、ここで上記下付き文字は偏微分を意味している。負グループ の速度分散のための徴求は、上記ＮＬＳに於けるｕ２の項の正記号を決定する。

これは正規化された方程式であシ、大きさのない量を実単位に変換し戻すための 変換がある（例えば、　Ｄｏｒａｎ　ａｎｄ　Ｂｌｏｗ　ｏｐ、ａｌｔ、を見ら れたい）。ここで、実際のノ母ルスによって発生された正規化された振幅は（ｎ ｚ／ｋｚ　）’Ｓに比例し、正規化された距ｌｌ！ｌＩｚはに２／Ｔ２Ｌに比例 するということを指摘することが十分でｈって、ここでに２は分散係数でｈＤ　 、’ｒハ／＃ルスｃ＋継続期間であり、且つＬは冥踪の距離である。上記ＮＳＬ は、Ｎ整数を有する初期形 ｕ　（ｚ＝ｏ　、　ｔ　）＝Ｎｓａｃｈ　（ｔ）　（３Ｊの精密ンリトン解を持 っている。全てのＮ（整数）のために、上記ソリトンは、Ｕの七ジーール（従っ て、パルスエンベロープの形状）が伝搬されたπ／２毎にそのオリジナルの形に 戻る（即ち、ソリトンピリオドがπ／２である）という性質を持っている。Ｎ＝ １のためには、完全な解は。

ｕ　（＊　、　ｔ　）＝ｅｘｐ（１π／２）　＠ｅｃｈ　（ｔ）　（４）である 。前述の式に於いて、位相ファクタａｘｐ　（ｉｚ／２）に注意することが１蚤 である。これは、全てのソリトンにある全部の位相である。即ち、全ソリトンの ためには、上記解は、 ｕ（ｚ、ｔ）＝＝＊ｘｐ（ｉｚ／２）　ｆ（ｚ、ｔ）　（５ンと書かれることが できるもので、ここでｆ（ｚ、ｔ）はピリオドπ／２を有する２に於いてＭ＄５ 的である。不発明に於いて利用されているのは、ソリトンのこの性質である。

Ｍ１図において、パルスはＡ点において発射され。

カプラ３によｊｊ）５０：５０に分割される。２つのアーム１．２は同一の光路 長を有するが、異なる非線形係数ｎ２、または異なる分散係数、またはこれらの 組付わせを有する。これらの違いはソリトンパルスの包結線はカプラ４に同時に 到着するが、ソリトンパルスは異なる位相（第４式を参照）で到達し、再結合は 相対的な位相に基ついて干渉を導くことを意味する。

装置の動作を説明するために、簡単化された数学的解析を考慮することが役立つ 。この解析において、ＮＬＳ　Ｋおける正規化はファイバ１について行われる。

そして、ファイバ１のファイバ２に対する分散の比はαであシ、非縁形反射指数 の項の比はβである（βはｎ２および／または工を変える導波管の間の差、すな わち上述したモードフィールド幅の差を示す）。もし。

ファイバ１のパルスがａｓｅｃｈ（ｔ）の場合、ファイバ２内の正規化／４ルス は（α／β）’　ａｍ＠ｃｈ（ｔ）となる。ソリトン周期はファイバ１内ではπ ／２であシ、ファイバ２内ではαπ／２である。これらの表記は正規化パルスに 関するものであシ、各アームの全エネルギが同一である５０：５０の入力カプラ を使った場合のものであることに注意すべきである。従って、カプラ４でどのよ うにパルスが再結合するかを考える時は、パルスを表わす表記は加算する前に再 び正規化する必要がある。

“ａ″、“（α／β）′ａ″が整数の場合、・量ルスは両方のアーム１，２にお いて、真のソリトンのように働く。

この場合、アームの長さが発射されたソリトンのソリトン周期の！Ｉ数倍に相当 する時１両アームからの出力は″’Ｉｅｅｂ’形式となる。従って、正規化銀［ ｚはｍ。

（π／２）である。ここで、　ｍ、＝（１ｍ２であシ、ｍｌ　ｔ　ｍ２はともに 整数である。

この例において、装置のアームの長さは両方のアームについてソリトン周期に関 する上述の条件を満たすように選ばれている。入力電力が増加すると、ソリトン を発生する九めの閾値に達するが、２つの発生”’　５ａＣｈ　’パルスは異な る位相要素を有する（α触ｌ）。

もし、Ａ　（ｔ）　、　Ｂ　（ｔ）が単にキャリア局波数の変化する包絡線とし 、カプラ４に入力されるファイバ１からの出力をＡ（ｔ）、ファイバ２からの出 力をｎ（ｔ）とすると。

ポート５，６の出力はそれぞれ（６）式、（７ン式のように表わされる。

ｊＩＡ１２＋　ｌＢ＋２＋２　ｃｏｗ（φ）Ｒｅ（ＡＢ＊）＋２ｓｉｎ（φ）Ｉ ｎ（ＡＢ　）ａｃ　（６）ｊｌＡ１２＋１Ｂ１２＋２ｃｏｓ（φ）Ｒ・（ＡＢ　 ）−２ｓｉｎ（φ）　Ｉｎ（ＡＢ”）ｄｔ　（７）ここで、全ての任意の（強度 に無胸係な）位相要素は単一の角度φ（入力強度が０の場合の位相変位）に吸収 される。これらの結果は、特定の電力レベルの時（正確なソリトンが発射される 時）、全ての電力はφを適当に制御することによシ、２つのアームのいずれか一 方に切換えられる。従って、電力が増加するにつれて、全切換えが周期的に起こ る。しかしながら、中間の電力値における切換え特性はただちには明白ではない 。

表１は選択可能なα、βのいくつかの例と、動作に必要なアームの長さを示す。

表　１ α　β　ｍ　、　ｍ２　７アイパ長 １　１／４　１　１　π／２ ４　１　４　１　２π ２　１　２　１　π この２１目の例（α＝４．β＝１等）を詳しく説明する。この例で、２つのアー ム１，２は異なる分散係数を有するが、同一の非線形係数を有する。同一の波長 において異なる分散係数を有するファイバを製作することは比較的簡単であるの で、この例は非常に現実的な例である。表２は／譬ルスのノクラメータを示す。

（Ａ点における２番、１の全入力強度）　ａ、　ｍｅｅｈ（ｔ）　２ａ、ｓ＠ｃ ｂ（ｔ）このため、アーム２に加えられるφが３π／４の場合、２つのアームで 正確なソリトンが発生する時、すなわち“１”が整数の時に出力は同相になる。

入力電力がファイバ１について正規化されていて、各アームのＩｔｔ力が同一で あるので、Ａ点における全発射電力、すなわちファイバ１の強度の２倍の電力の ために７フイパ１装置を使うことは都合がよいことを指摘しておく。

第２囚図及び第２ｂ図は２つのポート５，６の入力特性に対する計算出力の関係 を示す。便宜上、これらの図及び関連する図において、第２カグラ４と同期する ノ９ルス包結線は理想型（即ち完全なオーバーランｆ）であるとされている。予 期されるように、２及び８（即ちａ、＝ｌ及び２）の完全正規化入力パワーに対 して入力パルスはポート５から送信される（即ちポー）５へのｉｉａは１００％ 透明である）が、４（ａｍ２″）の入力パワーに対して殆んど全ての／母ワーは ポート６から送信されることを知ることができる。

これらの動作状態で第２１図及び第２ｂ図は装置が非直線スイッチとして作動で きるか、ｔたは（我々がポートの一方または他方からの出力を無視すれば）基本 論現機能１エクスクルシツＯＲ′及びＡＮＤ　””１行なうことができることを 示している。これらの計算による図からの消滅率は−１３ｄＢであるが、計算は パルスでの積分エネルギーに関しているので、有効消滅はこれよりもよりよい。

装置の連鎖は可能であり、ＯＮＮ転塾おいて装置は完全に透明と表るのでよシ大 きな消滅率に導かれ、故に原理的には送ｇＫは連鎖によって減哀されない。

篤くことには、１０（ｌスイッチングはあきらかに不可能であるけれども、（０ ７１戸の非整数値に対して良好な共振が得られることが見出だされた。例えば、 （α／βμ＝２にの場合）テーブル１のパラメータの第３セツトに従ったファイ バ特性を選択することがその様な共振を得させる。

第３ａ図及び第３ｂ図はφ＝０．５５πの場合に夫々２つの出力ポート５，６間 のあきらかなスイッチング特性を示す。φのこの値がその様な結果金与えること を予期されていなかった、そして位相φが適正に選択されていれば、切換がα／ β楠の非整数値に対して得ることができる原理を示している。

第４図はテーブル１（α＝１．β＝１／４．φ＝０）における第１セツトに対応 するパラメータを持つ２つのアームにおける異なる非直線に対する特性を示す。

再度、予期せぬ共振が観測される。

これらの場合に、パルスは正確なソリトンとして伝搬されなく、ａ量の動作は“ 鳳”が非整数である場合にジェネラルパルスａｓｅｅｈ（ｔ）に対する／ぐルス 位相の均一性に依存する。逆スキャッタリング分析から固有値ｒｊによって表わ されるＮソリト′ンの結合としてこのタイプのパルスを考慮することができる。

固有値はｊが１ｉ紙の場合、式γｊ　＝　ａ　−ｊ　＋　１／２から決定される 。故に、最大固有−は（ａ−１／２）である。全体パルスに加えられる位相回転 は実質的にこの最大固有値によりて決定されることが見られる。故に、非正確ソ リトンのパルス形状は変わるけれども、位粕コーしレンスは（第３図及び第４図 に示すように）スイッチング動作を可能にさせるに十分であシ、位相シフトは５ ｘｐ（ｌｚ（＊　−１／２　）２によって良好な近似値に与えられる。故に、こ の順次に展開するモデル株上記観察される動作及びφの値をもつとも有効に推定 しえる。故に、パルスが必然的に理想的ツルトンとして伝搬しないときには纂１ 図の装置が動作するであろうことが分る。

第１図の装置におけるアームの長さはソリトン動作の入力／＃ルスの好ましい特 質を決定するであろうことが分るであろう。これに対して、入力パルスの特質が 知られている場合、そのときにはこの発明に従ったａｍの寸法が決定で色る。例 えば、第１囚の装置のアーム１，２がシリカを主体とする光学ファイバによ）構 成され、ファイバ／母うメータがテーブル１の第２セツト（即ち第２図のパーフ ォーマンスに対してのような）から抽出されれば、必要とする長さ及びパワーを 下記のように計算することができる。７アイパ１が１６　ｐｓ／ａｍ／ｍｕｓの 分散を有しくファイバ２の分散が４ｐｓ／ａｍ／ＩＣｍであることを含む）、動 作波長が１．５５μｍとすると、分散に２及び有効モードフィールド領域Ａを有 するシングルモードファイバにおいてシングルソリトンを発生するために必要と するパルス間隔ＴのピークパワーＰ（λ’　Ａ／　ｎ　２　Ｔ２に比例）はＰ　 （ワｙ））＝λ’ＡＸ２／（１，１７Ｘ１０”Ｔ２）　（ηにより得られる。

（１、ｋ２ハ分散係数（ｐｓ／ｍｎ／ｋｍ）−人はμｍ２での面積、及びＴはｐ −でのＦＷＥＭ　／母ルス幅である。ｆＪｆｔに、ソリトン期間（Ｔ２／λ２に ２に比例）は！、（ｋｍ　）　＝０．９５２　Ｔ２／に２λ２　）　（８）によ シ得られる。

Ａ　＝　１００　ｔｒｍ２そしてλ＝　１．５５とし、そのとき（７）及び（８ ）は Ｐ　＝５０．９７　Ｔ２−　ｇｏ　＝２−４　Ｘ　１０−２（９）を与える。

故に、この例において４期間長である、装置のアームは９６Ｔ２メータの長さを 有する。

パルス期間１ｐｓのパルスに対して、装置は９６ｍの長さが必要になる。しかし ながら、パルス期間５６ｆｓ　（すなわち、０．０５６戸ｍ）のパルスに対して は、装置は３０二の長さでよい。切換えエネルギ（パルス中ｏｈエネルギ）はｌ 　ｐｓのノ譬ルスについては一５０ｐジ１−ルであシ、５６ｆａのパルスについ て扛０．９ｎジ。

−ルである。

これらの計算結果は、装置が長くなればなるほど切換えエネルギは低くなること を示す。しかしながら。

９６ｍの装置についての位置合せの問題と安定性の開−は苛酷である。反対に、 短い装置は源入力電力についてはよシ大きい要求がある。装置のサイズを減少す る最も５５ｊＩＬな方法は分散を増加することである。分散・を非常に高い倍率 で増加できる不純＠（ドー・セント）を使用して特別なファイバを作成すること は可能である。たとえは、もし１００倍増加できれば、装置の長さは１　ｐｓの ノソルスに対する１ｙｙ＋以下でよい。

装置全体の動作は尋阪路の／臂うメータを物には間龜にしない。仇えば１分散比 αは１０％変えることができ、動作は本質的には不変のままである。動作を向上 するために要求されることは、φをわずかに異なった値に設定することである。

ノぐラメータφは一方のアームをサブ波長のオーダで変えることによシ詭をでき る。これは１例えば、圧電伸張装ｋｋ使うことで笑現できる。このため、一般的 な原則として、！ｉｊ置装ラメータのいくらかの変化はφを適当に制御すること によシ福償できる。

超高速光論理訃よび超高速パッシブ空間スイッチングの両省を行なりことのでき る装置について説明した。導波管を構成するアームはグループ速度分散の固定さ れ次比を有することを除いては同一であることが好ましい。その他の唯一の要求 は°アーム中のｎ２がグループ速度分散に対して反対符号であることである。装 置の長さは動作速度に何等制限を課するものではない。

それは／母イブラインモードで動作するからである。装置は原理的に毎秒１０１ ４までの速度でパッシブスイッチングまたは論理動作を行なうことができる。

第５図は光学的スイッチとして第１図の製置を動作さぜる方法の一つを示してい る。装置のパラメータは第２図に示した性質を与えるために前のように選定され る。入力パルス流５０はインターリーブされたＮｓ＠ｅｈ（ｔ）　／４’ルスよ シなシ、入力強度は第２図のレベル″’２．０−および′４．０２に対応する。

図示のようにインターリーブされたパルスは装置によって一定強度の二つのパル ス流５１．５２に分能される。スイッチングにおける損失は無視できる程度のも のである。

第６図はこの発明による装置の別の笑施例を示し、Ｘカプラー１３のボート１９ ．２０を介して２個の信号を入力するための装置を備えている。制御パルス源２ ４は一つの入力ポート１９に接続され、予め定められた間隔で所望の位相および 振幅特性の制御パルスを供給する。その他に関しては、装置は第１図のＷｃｔＩ ＩＬに類似しておシ、第１のＸカプラー１３の出力ボート２１．２０ｆ第２のＸ カプラー１４の入力ポート１７゜Ｊ８に接続している２個の元ファイバアーム１ １．１２を具備している。ピエゾ電気ストレッチャ２３が全体の装置の特性を調 整するように（φを変化させる）一つの元ファイバアーム１２の長さを同調する ために設けられている。

動作において、入力信号流からのパルス２５は制御ノ譬ルス源２４の制御下に選 択的に切換えられることができる。例えば、制御パルスの振幅および繰返し周波 数は一方の出力路１６から他方１５へ（ある所望の速度で入力信号を効果的にデ マルチプレクスするために）ｎ番目の入カッ々ルス毎に（第６図ではｎ＝３）選 択的に切換えるようにｖ４整されることができる。この機能を行なりために制御 パルスはそれぞれの関連した入カッ々ルスと一致し同位相であることが必要であ る。

同様に制御パルス振幅はスイッチング機能に加えて、またはスイッチング機能の 代わシに選択された入力／＃ルスの増幅を行なうようにａ！！されてもよい。別 の代わシの動作モードにおいて、位相整合を要求するのではなく、制御パルスは 信号パルスの振幅とは異なる振幅であるが、信号パルスと同じ出力路に切換えら れる。

制御パルスはそのとき例えば同期ノ臂ルスのように信号ノ臂ルス流中に単に挿入 され、制御ノ母ルスと／母ルス流トの間に直接の相互作用はない・その他の別の 動作モードは当業者には明白であろう。

泣 入力 入り 入力 手続補正書（方式） １、事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ８７１００７４０ ２、発明の名称 光　学　装　置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ブリテラシュ・テレコミュニケイシジンズ・パブリック・リミテッド・カ ンパニー ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 〒１００　電話　０３　（５０２）３１８１　（大代表）平成元年３月７日（発 送日） ６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文は内容に変更なし国際調査報告 １＋＋＋＋＋＋＋＋　ａ＋＋＋＋＋−％ｌｌ＆　？Ｃτ；Ｇｇ　ａ−、’ＣＯτ ４Ｃ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも一つの入力ポート及び２個の出力ポートを有しかつ予め決められ た入出力結合比を有する第一の結合手段と、少なくとも一つの出力ポート及び２ 個の入力ポートを有しかつ予め決められた入出力結合比を有する第二の結合手段 と、前記第一の結合手段の各出力を前記第二の結合手段の対応する入力に接続す る第一及び第二の光学導波路とを具備し、前記第一及び第二の光学導波管は、適 切な使用強度で光学パルスが前記第一及び第二の光学導波路に注入されるときソ リトン効果を支持する物質により構成され、かつ注入されたパルスの強度依存位 相が該パルスを通して実質的に均一化するに充分な実質的に同一の光学長を有す る光路を夫々規定し、これにより、前記第一の結合手段の前記入力ポートにて受 信される光学パルスの部分は、前記第一の結合手段によって前記第一及び第二の 光学導波路に結合され、前記第一及び第二の光学導波路に沿って進行した後強度 依存位相の相対的位相シフトを有しつつ前記第二の結合手段に同時に到達するこ とを特徴とする光学装置。
2. ２．前記光学導波路は異なる非線形屈折率係数を有することを特徴とする請求の 範囲第１項に記数の装置。
3. ３．前記光学導波路は異なる分散を有することを特徴とする請求の範囲第２項に 記載の装置。
4. ４．前記光学導波路はオプティカル・ファイバを具備することを特徴とする請求 の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の装置。
5. ５．前記予め決められた結合比は夫々５０：５０であることを特徴とする先行す る請求の範囲のいずれかに記載の装置。
6. ６．前記光学導波路の一方の長さを１調節し以て前記相対的位相シフトを同調さ せる手段を含むことを特徴とする先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記第一の結合手段は第二の入力ポートを有し、前記装置は制御パルスを該 第二の入力ポートに供給する手段を含むことを特徴とする先行する請求の範囲の いずれかに記載の装置。
8. ８．先行する請求の範囲のいずれかに記載の光学装置を具備する光学スイッチ。
9. ９．先行する請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の光学装置を具備し 、前記第一の結合手段は論理光学信号を夫々受信する二個の入力ポートを具備す ることを特徴とする論理素子。
10. １０．ソリトン伝播可能なパルスを具備する光学信号を処理する方法において、 先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置を設け、該装置における前記パルス のソリトン伝播に適切な強度において前記装置にパルス信号を入力し、以て前記 装置の少なくとも一つの出力ポートにおいて処理されたパルス信号を得るステッ プを具備することを特徴とする光学信号を処理する方法。
11. １１．前記装置は第二の入力ポートを含み、前記第二の入力ポートに第二のパル ス信号を入力し以て前記第一のパルス信号を前記第二の入力信号に依存して処理 されることを可能化せしめるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１０ 項に記載の方法。