JPH06214267A - 非線形光学装置 - Google Patents
非線形光学装置Info
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- JPH06214267A JPH06214267A JP5005026A JP502693A JPH06214267A JP H06214267 A JPH06214267 A JP H06214267A JP 5005026 A JP5005026 A JP 5005026A JP 502693 A JP502693 A JP 502693A JP H06214267 A JPH06214267 A JP H06214267A
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- light
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンパクトで低パワーかつ高速に動作し、増
幅機能を持った非線形光学装置を提供する。 【構成】 ２つの入射端と２つの出射端を有し一方の入
射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ均等に分
ける光カップラ110 と、該光カップラ110 の２つの出射
端にループ状に接続された非線形屈折率効果を有する光
学媒質115 と、該光学媒質115 を励起する励起光源113
と、該励起光源113 の励起光を信号光及び制御光と合
波、分波する合分波器114 とからなり、非線形光学媒質
115 に希土類イオンまたは遷移元素イオンを含有させ増
幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大きな非
線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非線形
光学装置を構成する。
幅機能を持った非線形光学装置を提供する。 【構成】 ２つの入射端と２つの出射端を有し一方の入
射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ均等に分
ける光カップラ110 と、該光カップラ110 の２つの出射
端にループ状に接続された非線形屈折率効果を有する光
学媒質115 と、該光学媒質115 を励起する励起光源113
と、該励起光源113 の励起光を信号光及び制御光と合
波、分波する合分波器114 とからなり、非線形光学媒質
115 に希土類イオンまたは遷移元素イオンを含有させ増
幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大きな非
線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非線形
光学装置を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光データ・情報処理や
光通信システムにおいて用いられる光スイッチや光メモ
リあるいは光信号演算処理装置などの非線形光学装置に
関するものである。
光通信システムにおいて用いられる光スイッチや光メモ
リあるいは光信号演算処理装置などの非線形光学装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学効果とは、物質中の電気分極
Ｐが下記のように光の電界Ｅに比例する項以外にＥ2 、
Ｅ3 の高次項をもつために起こる効果である。
Ｐが下記のように光の電界Ｅに比例する項以外にＥ2 、
Ｅ3 の高次項をもつために起こる効果である。
【０００３】 Ｐ＝χ(1) Ｅ＋χ(2) Ｅ2 ＋χ(3) Ｅ3 ＋・・ (1) 特に第３項は、非線形屈折率効果としてよく知られてい
るように、下式で示される光のパワー密度に依存した屈
折率変化をもたらす。
るように、下式で示される光のパワー密度に依存した屈
折率変化をもたらす。
【０００４】 ｎ＝ｎ＋ｎ2 ｜Ｅ｜2 (2) 非線形屈折率ｎ2 （ｍ2 ／ｖ2 ）は(1) 式の３次非線形
感受率χ(3) （ｍ2 ／ｖ2 ）に対して、次式で与えられ
る。
感受率χ(3) （ｍ2 ／ｖ2 ）に対して、次式で与えられ
る。
【０００５】 ｎ2 ＝3/8 ｎ・χ(3) (3) 但しｎは通常の屈折率、｜Ｅ｜は光の平均電界である。
【０００６】この効果を用いて種々の非線形光学素子を
構築することができるが、より小さな光パワーでこの効
果を利用するためには光ファイバなどの導波構造によっ
て光のパワー密度を高くし、長い非線形光学媒質を用い
ることで相互作用長を長くすることが有効である。
構築することができるが、より小さな光パワーでこの効
果を利用するためには光ファイバなどの導波構造によっ
て光のパワー密度を高くし、長い非線形光学媒質を用い
ることで相互作用長を長くすることが有効である。
【０００７】従来、光導波路を用いた非線形光学装置と
しては、例えばK.J.Blow, et al. OPTICS LETTERS Vol.
15(1990)248 に示されるようなループミラースイッチな
どが知られている。以下、この種の非線形光学装置の原
理を従来例に従って簡単に説明する。この種の非線形光
学装置は図２に示したように、情報を持った信号光の行
き先、あるいは信号光の波形等を別の制御光によって制
御しようとするものである。図中に示したように、一方
の入射端２６に入射された信号光２１を２つの出射端に
ほぼ均等に分ける光カップラ210 と、光カップラ210 の
２つの出射端にループ状に接続された光ファイバ223 な
どの非線形屈折率効果を有する光学媒質（以下、非線形
光学媒質）によって、この種の装置の主要部分は構成さ
れる。そして、例えばループ中に信号光２１と制御光２
２を合波、分波する光カップラ211,212 を設けることに
より、制御光２２が非線形光学媒質中を一方向だけに伝
搬するような構造を設ける。制御光２２が入射されない
場合、光カップラ210 の一方の入射端２６に入射された
信号光２１は光カップラ210 でほぼ均等に分けられ非線
形光学媒質中を全く同じ距離だけそれぞれ逆方向に伝搬
し光カップラ210 に戻ってくる。すると両方向から伝搬
してきた信号光２１の光カップラ210 における干渉効果
によって、信号光２１が入射された入射端２６にスイッ
チングされない信号光が出射される（図中符号２４）。
一方、制御光２２が入射された場合、非線形光学媒質中
を伝搬する信号光２１のうち、制御光２２と同方向に伝
搬する信号光２１は、制御光２２による非線形屈折率効
果により位相変化を受けることになる。この位相変化量
ΔΦは次式で与えられる。
しては、例えばK.J.Blow, et al. OPTICS LETTERS Vol.
15(1990)248 に示されるようなループミラースイッチな
どが知られている。以下、この種の非線形光学装置の原
理を従来例に従って簡単に説明する。この種の非線形光
学装置は図２に示したように、情報を持った信号光の行
き先、あるいは信号光の波形等を別の制御光によって制
御しようとするものである。図中に示したように、一方
の入射端２６に入射された信号光２１を２つの出射端に
ほぼ均等に分ける光カップラ210 と、光カップラ210 の
２つの出射端にループ状に接続された光ファイバ223 な
どの非線形屈折率効果を有する光学媒質（以下、非線形
光学媒質）によって、この種の装置の主要部分は構成さ
れる。そして、例えばループ中に信号光２１と制御光２
２を合波、分波する光カップラ211,212 を設けることに
より、制御光２２が非線形光学媒質中を一方向だけに伝
搬するような構造を設ける。制御光２２が入射されない
場合、光カップラ210 の一方の入射端２６に入射された
信号光２１は光カップラ210 でほぼ均等に分けられ非線
形光学媒質中を全く同じ距離だけそれぞれ逆方向に伝搬
し光カップラ210 に戻ってくる。すると両方向から伝搬
してきた信号光２１の光カップラ210 における干渉効果
によって、信号光２１が入射された入射端２６にスイッ
チングされない信号光が出射される（図中符号２４）。
一方、制御光２２が入射された場合、非線形光学媒質中
を伝搬する信号光２１のうち、制御光２２と同方向に伝
搬する信号光２１は、制御光２２による非線形屈折率効
果により位相変化を受けることになる。この位相変化量
ΔΦは次式で与えられる。
【０００８】 ΔΦ＝４πｎ2 Ｌ｜Ｅ｜2 ／λ (4) ここで、Ｌは媒質長、｜Ｅ｜は制御光の平均電界、λは
信号光の波長である。すると非線形光学媒質中を両方向
に伝搬して光カップラ210 に戻ってきた信号光２１の間
に位相変化量ΔΦだけ位相差が生じ、干渉効果によって
光カップラ210 のもう一方の入射端２８にスイッチング
された信号光が出射される（図中符号２３）。この時、
この入射端２８に出射される信号光の割合Ｔは次式で与
えられる。
信号光の波長である。すると非線形光学媒質中を両方向
に伝搬して光カップラ210 に戻ってきた信号光２１の間
に位相変化量ΔΦだけ位相差が生じ、干渉効果によって
光カップラ210 のもう一方の入射端２８にスイッチング
された信号光が出射される（図中符号２３）。この時、
この入射端２８に出射される信号光の割合Ｔは次式で与
えられる。
【０００９】 Ｔ＝ｓｉｎ2 （ΔΦ／２） (5) 従って、位相変化量ΔΦがπになるように制御光を入射
すれば信号は完全に別の入射端に出射される。
すれば信号は完全に別の入射端に出射される。
【００１０】この他に同種の装置としては例えばT.Mori
oka, et.al. Electronic Letters Vol.23(1987)453にあ
るような光kerrシャッタがある。この場合には２つの信
号成分として信号光の２つの直交する偏波成分を用い、
制御光の引き起こす非線形効果による２成分間の位相変
化を利用している。従って本質的な動作原理はほぼ同じ
である。
oka, et.al. Electronic Letters Vol.23(1987)453にあ
るような光kerrシャッタがある。この場合には２つの信
号成分として信号光の２つの直交する偏波成分を用い、
制御光の引き起こす非線形効果による２成分間の位相変
化を利用している。従って本質的な動作原理はほぼ同じ
である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術では、非線形光学媒質である光導波路として通常の石
英ガラスを主成分とする光ファイバを用いた場合、石英
ガラスの非線形定数が小さいために非常に長い光ファイ
バが必要になるといった問題点があった。一方、石英ガ
ラスより大きな非線形屈折率を持つ様々な材料が開発さ
れているが、それらの材料を光導波路の形にした場合の
伝搬損失が大きく、相互作用長を大きくすることができ
ない。例えば、M.Asobe et.al. IEEE Photonics Techno
logy Letters Vol.4(1992)362 にあるように石英ガラス
に比べて２ケタ程大きな非線形定数を持つカルコゲナイ
トガラスからなる光ファイバを用いることが検討されて
いるが、光ファイバの伝搬損失が0.5dB/m 程度と大きい
ため、ファイバ長が長くできず大きな非線形定数を有効
に利用できていない。また、使用する材料に限らず、こ
の種の装置の問題点として、装置を構成する各部品やそ
の接続点による損失が挙げられる。つまりこの種の装置
を用いてスイッチングを行った場合、得られる出力光は
入射光に比べて上記の損失により小さくなってしまい、
このような装置を多段に接続して使用した場合、全体の
損失が極めて大きくなり、複雑な信号処理が行えないと
いった問題があった。
術では、非線形光学媒質である光導波路として通常の石
英ガラスを主成分とする光ファイバを用いた場合、石英
ガラスの非線形定数が小さいために非常に長い光ファイ
バが必要になるといった問題点があった。一方、石英ガ
ラスより大きな非線形屈折率を持つ様々な材料が開発さ
れているが、それらの材料を光導波路の形にした場合の
伝搬損失が大きく、相互作用長を大きくすることができ
ない。例えば、M.Asobe et.al. IEEE Photonics Techno
logy Letters Vol.4(1992)362 にあるように石英ガラス
に比べて２ケタ程大きな非線形定数を持つカルコゲナイ
トガラスからなる光ファイバを用いることが検討されて
いるが、光ファイバの伝搬損失が0.5dB/m 程度と大きい
ため、ファイバ長が長くできず大きな非線形定数を有効
に利用できていない。また、使用する材料に限らず、こ
の種の装置の問題点として、装置を構成する各部品やそ
の接続点による損失が挙げられる。つまりこの種の装置
を用いてスイッチングを行った場合、得られる出力光は
入射光に比べて上記の損失により小さくなってしまい、
このような装置を多段に接続して使用した場合、全体の
損失が極めて大きくなり、複雑な信号処理が行えないと
いった問題があった。
【００１２】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を解決し、コンパクトで低パワーかつ高速に動作
し、増幅機能を持った非線形光学装置を提供することに
ある。
問題点を解決し、コンパクトで低パワーかつ高速に動作
し、増幅機能を持った非線形光学装置を提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１では、２つの入射端と２つの出射端
を有し一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端
にほぼ均等に分ける光カップラと、該光カップラの２つ
の出射端にループ状に接続された非線形屈折率効果を有
する光学媒質と、該光学媒質を励起する励起光源と、該
励起光源の励起光を信号光及び制御光と合波、分波する
合分波器とを備え、該光学媒質中を制御光が一方向に伝
搬する構造を有する非線形光学装置において、該光学媒
質が希土類イオンまたは遷移元素イオンを１種類または
数種類含有する。また請求項２では、非線形屈折率効果
を有する光学媒質と、該光学媒質の後端に配置された偏
光ビームスプリッタと、波長の異なる信号光と制御光を
合波、分波する合分波器と、該光学媒質を励起する励起
光源と、該励起光源の励起光を信号光及び制御光と合
波、分波する合分波器とからなり、該光学媒質と該光学
媒質の両端に配置された２つの偏光子を通して信号光が
通過し、制御光が該合分波器により制御光と偏波方向が
約４５度をなすように合波されている非線形光学装置に
おいて、該光学媒質が希土類イオンまたは遷移元素イオ
ンを１種類または数種類含有する。
するため、請求項１では、２つの入射端と２つの出射端
を有し一方の入射端に入射された信号光を２つの出射端
にほぼ均等に分ける光カップラと、該光カップラの２つ
の出射端にループ状に接続された非線形屈折率効果を有
する光学媒質と、該光学媒質を励起する励起光源と、該
励起光源の励起光を信号光及び制御光と合波、分波する
合分波器とを備え、該光学媒質中を制御光が一方向に伝
搬する構造を有する非線形光学装置において、該光学媒
質が希土類イオンまたは遷移元素イオンを１種類または
数種類含有する。また請求項２では、非線形屈折率効果
を有する光学媒質と、該光学媒質の後端に配置された偏
光ビームスプリッタと、波長の異なる信号光と制御光を
合波、分波する合分波器と、該光学媒質を励起する励起
光源と、該励起光源の励起光を信号光及び制御光と合
波、分波する合分波器とからなり、該光学媒質と該光学
媒質の両端に配置された２つの偏光子を通して信号光が
通過し、制御光が該合分波器により制御光と偏波方向が
約４５度をなすように合波されている非線形光学装置に
おいて、該光学媒質が希土類イオンまたは遷移元素イオ
ンを１種類または数種類含有する。
【００１４】
【作用】本発明では、光非線形光学媒質に希土類イオン
または遷移元素イオンを１種類または数種類含有させ増
幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大きな非
線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非線形
光学装置を構成することができる。さらにこの増幅機能
により光導波路の伝搬損失を補償できるため導波路長を
コンパクト性を失わない程度に長くしてスイッチングパ
ワーを小さくすることができる。このため、コンパクト
で低パワかつ高速に動作しさらに増幅機能を持った非線
形光学装置が実現できる。
または遷移元素イオンを１種類または数種類含有させ増
幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大きな非
線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非線形
光学装置を構成することができる。さらにこの増幅機能
により光導波路の伝搬損失を補償できるため導波路長を
コンパクト性を失わない程度に長くしてスイッチングパ
ワーを小さくすることができる。このため、コンパクト
で低パワかつ高速に動作しさらに増幅機能を持った非線
形光学装置が実現できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の第１の実施例を示す図である。ここで、１１は波
長1.535 μｍの信号光、１２は波長1.552 μｍの幅2ps
のパルス状の制御光、１３は制御光によってスイッチン
グされた信号光、１４はスイッチングされなかった信号
光、１５は分波された出射制御光、１６は信号光入射
端、１７は制御光入射端、１８は信号光出射端、１９は
制御光出射端、110 は信号光に対してはほぼ50% の分岐
比を持つファイバカップラ、111,112 は信号光に対して
はほぼ0%、制御光に対してはほぼ100%の分岐比を持つフ
ァイバカップラであり、非線形光学媒質中に制御光をほ
ぼ一方向に伝搬させる。113 は波長0.98μｍの励起光
源、114 は励起光と信号光、制御光を合波するファイバ
カップラ、115 は非線形光学媒質となる長さ15m のＡｓ
2 Ｓ3 を主成分としＥｒ3+を含有する光ファイバであ
る。なお、本実施例では干渉計における偏波の方向を安
定させるために、光カップラなどの光ファイバに偏波保
持型(PANDA) を用いる。
発明の第１の実施例を示す図である。ここで、１１は波
長1.535 μｍの信号光、１２は波長1.552 μｍの幅2ps
のパルス状の制御光、１３は制御光によってスイッチン
グされた信号光、１４はスイッチングされなかった信号
光、１５は分波された出射制御光、１６は信号光入射
端、１７は制御光入射端、１８は信号光出射端、１９は
制御光出射端、110 は信号光に対してはほぼ50% の分岐
比を持つファイバカップラ、111,112 は信号光に対して
はほぼ0%、制御光に対してはほぼ100%の分岐比を持つフ
ァイバカップラであり、非線形光学媒質中に制御光をほ
ぼ一方向に伝搬させる。113 は波長0.98μｍの励起光
源、114 は励起光と信号光、制御光を合波するファイバ
カップラ、115 は非線形光学媒質となる長さ15m のＡｓ
2 Ｓ3 を主成分としＥｒ3+を含有する光ファイバであ
る。なお、本実施例では干渉計における偏波の方向を安
定させるために、光カップラなどの光ファイバに偏波保
持型(PANDA) を用いる。
【００１６】本実施例では図中光ファイバ115 を大きな
非線形効果が得られるようにファイバのガラス材料とし
てＡｓ2 Ｓ3 を基本としたカルコゲナイドガラスを用
い、かつ実効モード径が小さくなるように設計した。本
実施例に用いたＡｓ2 Ｓ3 の非線形屈折率は4.2 ×10
-14 （cm 2/W) であり、石英ガラスに比べて２桁大きな
非線形性を有するため短いファイバ長で十分な非線形効
果が得られる。コア部分にはヒ素（Ａｓ）とイオウ
（Ｓ）の比率が40%:60% のものを、クラッド部分には38
%:62% のものを使用し、比屈折率差を1.3%とした。コア
径を３μｍとすることにより1.5 μｍ帯でシングルモー
ドを実現した。実効コア断面積は7.45μｍ2 が得られ
た。本実施例ではループファイバとしてファイバ長20m
を用いた。この時の励起がない状態での伝搬損失は0.5d
B/m であった。コア部分にはエルビュームが1000ppm 添
加してあり、励起光300mW で13dBの利得が得られた。従
って無励起状態では10dBの伝搬損失があったが、上記の
利得により損失は補償され、正味の利得として3dB が得
られた。このことによりファイバカップラなど構成部品
や接続点における損失をも完全に補償しスイッチ全体と
して完全に損失のない装置が実現できた。さらに十分な
長さのファイバが使用可能になったため、大きな非線形
効果を得ることができた。
非線形効果が得られるようにファイバのガラス材料とし
てＡｓ2 Ｓ3 を基本としたカルコゲナイドガラスを用
い、かつ実効モード径が小さくなるように設計した。本
実施例に用いたＡｓ2 Ｓ3 の非線形屈折率は4.2 ×10
-14 （cm 2/W) であり、石英ガラスに比べて２桁大きな
非線形性を有するため短いファイバ長で十分な非線形効
果が得られる。コア部分にはヒ素（Ａｓ）とイオウ
（Ｓ）の比率が40%:60% のものを、クラッド部分には38
%:62% のものを使用し、比屈折率差を1.3%とした。コア
径を３μｍとすることにより1.5 μｍ帯でシングルモー
ドを実現した。実効コア断面積は7.45μｍ2 が得られ
た。本実施例ではループファイバとしてファイバ長20m
を用いた。この時の励起がない状態での伝搬損失は0.5d
B/m であった。コア部分にはエルビュームが1000ppm 添
加してあり、励起光300mW で13dBの利得が得られた。従
って無励起状態では10dBの伝搬損失があったが、上記の
利得により損失は補償され、正味の利得として3dB が得
られた。このことによりファイバカップラなど構成部品
や接続点における損失をも完全に補償しスイッチ全体と
して完全に損失のない装置が実現できた。さらに十分な
長さのファイバが使用可能になったため、大きな非線形
効果を得ることができた。
【００１７】図１中に示したように、制御光入射端１７
に制御光１２が入射されない場合、信号光入射端１６か
ら入射された信号光１１は光ファイバ115 とファイバカ
ップラ110 で構成される干渉計により信号光入射端１６
に戻ってくる（図中符号１４）。一方、制御光入射端１
７に制御光１２が入射された場合、ファイバカップラ11
0 で均等に分けられた信号光のうち非線形ファイバ中を
制御光と同一方向に進む信号光が非線形屈折率効果によ
る位相変調を受けるので、ファイバカップラ110 におけ
る干渉効果によってスイッチングされた信号光１３が信
号光出射端１８に出射される。従って、信号光出射端１
８を用いれば、制御光を変化させることにより、透過す
る信号光の強度を制御することができる。また、信号光
入射端１６を出射端としても用いることにより、制御光
の強度によって、信号光の方向を信号光出射端１８ある
いは信号光入射端１６にスイッチングすることができ
る。
に制御光１２が入射されない場合、信号光入射端１６か
ら入射された信号光１１は光ファイバ115 とファイバカ
ップラ110 で構成される干渉計により信号光入射端１６
に戻ってくる（図中符号１４）。一方、制御光入射端１
７に制御光１２が入射された場合、ファイバカップラ11
0 で均等に分けられた信号光のうち非線形ファイバ中を
制御光と同一方向に進む信号光が非線形屈折率効果によ
る位相変調を受けるので、ファイバカップラ110 におけ
る干渉効果によってスイッチングされた信号光１３が信
号光出射端１８に出射される。従って、信号光出射端１
８を用いれば、制御光を変化させることにより、透過す
る信号光の強度を制御することができる。また、信号光
入射端１６を出射端としても用いることにより、制御光
の強度によって、信号光の方向を信号光出射端１８ある
いは信号光入射端１６にスイッチングすることができ
る。
【００１８】図３に制御光パルスのピークパワに対する
信号光の透過率の変化を示す。この図から明らかなよう
に制御光ピークパワー34mWでπの位相シフトが得られ、
損失を完全に補償することができたため、100%の透過率
が得られた。
信号光の透過率の変化を示す。この図から明らかなよう
に制御光ピークパワー34mWでπの位相シフトが得られ、
損失を完全に補償することができたため、100%の透過率
が得られた。
【００１９】図４に本実施例の光制御光スイッチに制御
光として幅10psの光パルスを入射した場合の信号光パル
スと信号光出射端１８に出射された信号光パルス波形を
示す。図４中(a) は信号光パワが34mWの場合、図４中
(b) は2mW の場合である。本実施例では入射パワー34mW
で完全なスイッチングが観測された。図４から明らかな
ように本実施例では小さな入力信号光でスイッチングが
行え、かつスイッチによる損失なく、かつ高非線形性を
有するカルコゲナイドガラスファイバを用いているため
にコンパクトな装置を実現することができた。
光として幅10psの光パルスを入射した場合の信号光パル
スと信号光出射端１８に出射された信号光パルス波形を
示す。図４中(a) は信号光パワが34mWの場合、図４中
(b) は2mW の場合である。本実施例では入射パワー34mW
で完全なスイッチングが観測された。図４から明らかな
ように本実施例では小さな入力信号光でスイッチングが
行え、かつスイッチによる損失なく、かつ高非線形性を
有するカルコゲナイドガラスファイバを用いているため
にコンパクトな装置を実現することができた。
【００２０】また、同様の装置は図５のような光kerrシ
ャッタの構成を用いても実現することができる。ここ
で、５１は波長1.535 μｍの信号光、５２は波長1.552
μｍの幅2ps の制御光パルス、５３は制御光によってス
イッチングされた信号光、５４はスイッチングされなか
った信号光、５５は分波された出射制御光、５６は信号
光入射端、５７は制御光入射端、５８は第１の信号光出
射端、５９は第２の信号光出射端、６０は制御光出射
端、510 は制御光と信号光を合波する合波器、511は制
御光と信号光を分波する分波器、512 は偏光ビームスプ
リッタ、513 は信号光、制御光と励起光を合波する合波
器、514 は非線形光学媒質となる光ファイバ、515 は波
長0.98μｍの励起光源である。この光ファイバは図１の
実施例と同一のものを用いた。
ャッタの構成を用いても実現することができる。ここ
で、５１は波長1.535 μｍの信号光、５２は波長1.552
μｍの幅2ps の制御光パルス、５３は制御光によってス
イッチングされた信号光、５４はスイッチングされなか
った信号光、５５は分波された出射制御光、５６は信号
光入射端、５７は制御光入射端、５８は第１の信号光出
射端、５９は第２の信号光出射端、６０は制御光出射
端、510 は制御光と信号光を合波する合波器、511は制
御光と信号光を分波する分波器、512 は偏光ビームスプ
リッタ、513 は信号光、制御光と励起光を合波する合波
器、514 は非線形光学媒質となる光ファイバ、515 は波
長0.98μｍの励起光源である。この光ファイバは図１の
実施例と同一のものを用いた。
【００２１】図５中に示したように、制御光と信号光は
それぞれの偏波が互いに４５度°をなして非線形媒質51
4 に入射されている。制御光入射端５７に制御光５２が
入射されない場合、信号光入射端５６から入射された信
号光５１は偏光ビームスプリッタ512 により、スイッチ
ングされなかった信号光として信号光出射端５９に出射
される。一方、制御光入射端５７に制御光５２が入射さ
れた場合、制御光パルスによる非線形屈折率効果によっ
て信号光の２つの偏波成分間（図中縦と横方向成分）に
位相差が生じるので、信号光の偏波状態が変化し、スイ
ッチングされた信号光５３が信号光出射端５８に出射さ
れる。従って、制御光を変化させることにより、透過す
る信号光の強度を制御することができる。また、信号光
出射端５９も用いることにより、制御光の強度によっ
て、信号光の方向を信号出射端５８あるいは信号光出射
端５９にスイッチングすることができる。 図５の実施
例においてはπの位相変化に必要な制御光のパワーは51
mWであり、8ps の幅を持つ制御光を用いて、10psの動作
速度が得られた。本実施例においても励起パワー300mW
により、非線形媒質であるカルコゲナイドファイバの損
失及びその他の光学部品、接続点での損失を補償し完全
に損失のないスイッチを実現することができた。
それぞれの偏波が互いに４５度°をなして非線形媒質51
4 に入射されている。制御光入射端５７に制御光５２が
入射されない場合、信号光入射端５６から入射された信
号光５１は偏光ビームスプリッタ512 により、スイッチ
ングされなかった信号光として信号光出射端５９に出射
される。一方、制御光入射端５７に制御光５２が入射さ
れた場合、制御光パルスによる非線形屈折率効果によっ
て信号光の２つの偏波成分間（図中縦と横方向成分）に
位相差が生じるので、信号光の偏波状態が変化し、スイ
ッチングされた信号光５３が信号光出射端５８に出射さ
れる。従って、制御光を変化させることにより、透過す
る信号光の強度を制御することができる。また、信号光
出射端５９も用いることにより、制御光の強度によっ
て、信号光の方向を信号出射端５８あるいは信号光出射
端５９にスイッチングすることができる。 図５の実施
例においてはπの位相変化に必要な制御光のパワーは51
mWであり、8ps の幅を持つ制御光を用いて、10psの動作
速度が得られた。本実施例においても励起パワー300mW
により、非線形媒質であるカルコゲナイドファイバの損
失及びその他の光学部品、接続点での損失を補償し完全
に損失のないスイッチを実現することができた。
【００２２】また、本実施例は図４から明らかなように
10ps以下のスイッチングスピードを有するため、100GHz
以上の光信号パルス列のスイッチングを実現することが
できる。
10ps以下のスイッチングスピードを有するため、100GHz
以上の光信号パルス列のスイッチングを実現することが
できる。
【００２３】以上、Ａｓ2 Ｓ3 を使用した場合について
述べたが、これ以外にもゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、
イオウ (S)、セレン(Se)を主成分として構成されるカル
コゲナイドガラスはいずれも大きな非線形屈折率を有し
ているので同様に用いることができる。また、ここでは
Ｅｒをドープした例を示したが、ネオジウム(Nd 3+)、
プラセオジュウム(Pr 3+) 、エルビュウム(Er 3+) 、ク
ロム(Cr 4+) 、イットリビューム(Yb 3+) 、ユーロビュ
ーム(Eu 3+) 、ホロニューム(Ho 3+) 、ツリューム(Tm
3+) などの希土類イオンまたは遷移元素イオンをドープ
することにより、他の波長、例えばNdを用いれば1.0 μ
ｍ帯で、PrまたはCrを用いれば1.3 μｍ帯で同様なスイ
ッチングを実現することができる。
述べたが、これ以外にもゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、
イオウ (S)、セレン(Se)を主成分として構成されるカル
コゲナイドガラスはいずれも大きな非線形屈折率を有し
ているので同様に用いることができる。また、ここでは
Ｅｒをドープした例を示したが、ネオジウム(Nd 3+)、
プラセオジュウム(Pr 3+) 、エルビュウム(Er 3+) 、ク
ロム(Cr 4+) 、イットリビューム(Yb 3+) 、ユーロビュ
ーム(Eu 3+) 、ホロニューム(Ho 3+) 、ツリューム(Tm
3+) などの希土類イオンまたは遷移元素イオンをドープ
することにより、他の波長、例えばNdを用いれば1.0 μ
ｍ帯で、PrまたはCrを用いれば1.3 μｍ帯で同様なスイ
ッチングを実現することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では非線形
光学媒質に希土類イオンまたは遷移元素イオンを含有さ
せ増幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大き
な非線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非
線形光学装置を構成することができる。さらにこの増幅
機能により該非線形光学媒質の伝搬損失を補償できるた
め導波路長をコンパクト性を損なわない程度に長くする
ことによりスイッチングパワーをさらに小さくすること
ができる。このため、コンパクトで低パワかつ高速に動
作しさらに増幅機能を持った非線形光学装置が実現でき
る。このように本発明ではコンパクトでありながら、ス
イッチ自体に損失がないばかりか、利得を持たせること
ができるため、スイッチを多段に接続してより複雑な光
制御を行うことが可能である。また、本発明によれば、
10ps以下の極めて高速で動作するスイッチを実現できる
ため、100GHz以上の大容量の光通信が可能になる利点を
生じる。
光学媒質に希土類イオンまたは遷移元素イオンを含有さ
せ増幅機能を持たせることにより、短い導波路長で大き
な非線形効果が得られ、かつ同時に増幅機能を持った非
線形光学装置を構成することができる。さらにこの増幅
機能により該非線形光学媒質の伝搬損失を補償できるた
め導波路長をコンパクト性を損なわない程度に長くする
ことによりスイッチングパワーをさらに小さくすること
ができる。このため、コンパクトで低パワかつ高速に動
作しさらに増幅機能を持った非線形光学装置が実現でき
る。このように本発明ではコンパクトでありながら、ス
イッチ自体に損失がないばかりか、利得を持たせること
ができるため、スイッチを多段に接続してより複雑な光
制御を行うことが可能である。また、本発明によれば、
10ps以下の極めて高速で動作するスイッチを実現できる
ため、100GHz以上の大容量の光通信が可能になる利点を
生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図
【図２】従来の非線形光学装置を示す図
【図３】本発明の実施例の入出力特性を示す図
【図４】本発明の実施例の動作時の時間波形を示す図
【図５】本発明の第２の実施例の構成図
１１…信号光、１２…制御光、１３…スイッチングされ
た信号光、１４…スイッチングされなかった信号光、１
５…出射制御光、１６…信号光入射端、１７…制御光入
射端、１８…信号光出射端、１９…制御光出射端、110
…信号光に対してほぼ40% の分岐比を持つ光カップラ、
111 …信号光と制御光を合波するファイバカップラ、11
2 …信号光と制御光を分波するファイバカップラ、115
…光非線形屈折率効果を有する光ファイバ。
た信号光、１４…スイッチングされなかった信号光、１
５…出射制御光、１６…信号光入射端、１７…制御光入
射端、１８…信号光出射端、１９…制御光出射端、110
…信号光に対してほぼ40% の分岐比を持つ光カップラ、
111 …信号光と制御光を合波するファイバカップラ、11
2 …信号光と制御光を分波するファイバカップラ、115
…光非線形屈折率効果を有する光ファイバ。
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つの入射端と２つの出射端を有し一方
の入射端に入射された信号光を２つの出射端にほぼ均等
に分ける光カップラと、該光カップラの２つの出射端に
ループ状に接続された非線形屈折率効果を有する光学媒
質と、該光学媒質を励起する励起光源と、該励起光源の
励起光を信号光及び制御光と合波、分波する合分波器と
を備え、該光学媒質中を制御光が一方向に伝搬する構造
を有する非線形光学装置において、 該光学媒質が希土類イオンまたは遷移元素イオンを１種
類または数種類含有することを特徴とする非線形光学装
置。 - 【請求項２】 非線形屈折率効果を有する光学媒質と、
該光学媒質の後端に配置された偏光ビームスプリッタ
と、波長の異なる信号光と制御光を合波、分波する合分
波器と、該光学媒質を励起する励起光源と、該励起光源
の励起光を信号光及び制御光と合波、分波する合分波器
とからなり、該光学媒質と該光学媒質の両端に配置され
た２つの偏光子を通して信号光が通過し、制御光が該合
分波器により制御光と偏波方向が約４５度をなすように
合波されている非線形光学装置において、 該光学媒質が希土類イオンまたは遷移元素イオンを１種
類または数種類含有することを特徴とする非線形光学装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005026A JPH06214267A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 非線形光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005026A JPH06214267A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 非線形光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06214267A true JPH06214267A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11599989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5005026A Pending JPH06214267A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 非線形光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06214267A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131792A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-05-09 | Lucent Technol Inc | カルコゲナイドガラスをベースとしたラマン光増幅器 |
| JP2007226072A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | National Institute Of Information & Communication Technology | 光学デバイス |
| JP2010250350A (ja) * | 2004-09-01 | 2010-11-04 | Fujitsu Ltd | 光スイッチおよび光スイッチを利用した光波形モニタ装置 |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP5005026A patent/JPH06214267A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131792A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-05-09 | Lucent Technol Inc | カルコゲナイドガラスをベースとしたラマン光増幅器 |
| JP2010250350A (ja) * | 2004-09-01 | 2010-11-04 | Fujitsu Ltd | 光スイッチおよび光スイッチを利用した光波形モニタ装置 |
| JP2007226072A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | National Institute Of Information & Communication Technology | 光学デバイス |
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