JPH06315009A - 全光型スイッチ - Google Patents
全光型スイッチInfo
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- JPH06315009A JPH06315009A JP5103218A JP10321893A JPH06315009A JP H06315009 A JPH06315009 A JP H06315009A JP 5103218 A JP5103218 A JP 5103218A JP 10321893 A JP10321893 A JP 10321893A JP H06315009 A JPH06315009 A JP H06315009A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高速でかつ低動作パワーで動作す
る全光型スイッチを提供する。 【構成】 本発明の全光型スイッチは非線形光学効果を
利用して、角周波数ω2の制御光を用いて角周波数ω1
の信号光の強度を制御する全光型スイッチにおいて、２
次の非線形効果を有し媒質の複屈折を利用した和周波数
の発生が可能な光路長Ｌの光学媒質を備え、前記信号光
と前記制御光の和周波光（角周波数ω3 ＝ω1 ＋ω2 ）
を発生する場合に、前記光学媒質内で前記信号光、前記
制御光、および前記和周波光の伝搬定数β1 、β2 、お
よびβ3 が ０＜｜β3 −β2 −β1 ｜＜１０π／Ｌ の関係を満足することを特徴とする。
る全光型スイッチを提供する。 【構成】 本発明の全光型スイッチは非線形光学効果を
利用して、角周波数ω2の制御光を用いて角周波数ω1
の信号光の強度を制御する全光型スイッチにおいて、２
次の非線形効果を有し媒質の複屈折を利用した和周波数
の発生が可能な光路長Ｌの光学媒質を備え、前記信号光
と前記制御光の和周波光（角周波数ω3 ＝ω1 ＋ω2 ）
を発生する場合に、前記光学媒質内で前記信号光、前記
制御光、および前記和周波光の伝搬定数β1 、β2 、お
よびβ3 が ０＜｜β3 −β2 −β1 ｜＜１０π／Ｌ の関係を満足することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば光通信や光情
報処理の分野で用いられる高速の全光型光スイッチに関
するものである。
報処理の分野で用いられる高速の全光型光スイッチに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、非線形光学効果とは、物
質中の分極Ｐが、（１）式のように光の電界Ｅに比例す
る項以外にＥ2 、Ｅ3 の高次項を持つために起こる効果
のことである。
質中の分極Ｐが、（１）式のように光の電界Ｅに比例す
る項以外にＥ2 、Ｅ3 の高次項を持つために起こる効果
のことである。
【０００３】 Ｐ＝ε0 ・（ｘ(1) Ｅ＋ｘ(2) Ｅ2 ＋ｘ(3) Ｅ3 …） …（１） ここで、（１）式における第２項に起因する効果が２次
の非線形効果、第３項に起因する効果が３次の非線形効
果である。
の非線形効果、第３項に起因する効果が３次の非線形効
果である。
【０００４】従来、全光型光スイッチとしては、３次の
非線形効果を用いたものが知られている。
非線形効果を用いたものが知られている。
【０００５】この３次の非線形効果により、（２）式に
示される光の強度Ｉに依存した屈折率ｎの変化が媒質に
もたらされる。
示される光の強度Ｉに依存した屈折率ｎの変化が媒質に
もたらされる。
【０００６】 ｎ＝ｎ0 ＋ｎ2 Ｉ …（２） ここで、（２）式におけるｎ0 は線形の屈折率、ｎ2 は
非線形屈折率と呼ばれ、ｘ(3) とは次の（３）式で示さ
れるような関係がある。
非線形屈折率と呼ばれ、ｘ(3) とは次の（３）式で示さ
れるような関係がある。
【０００７】 ｎ2 ＝３ｘ(3) ／４ｃｎ0 2 ε0 …（３） ただし、（３）式におけるｃは光速である。
【０００８】この光の強度に依存した屈折率変化を利用
することにより、光で光の位相を制御することができ、
これまでに種々の構成の全光型スイッチが提案されてい
る。
することにより、光で光の位相を制御することができ、
これまでに種々の構成の全光型スイッチが提案されてい
る。
【０００９】図６に、従来の３次の非線形効果を利用し
た全光型スイッチの一例として、カーシャッター構成の
全光型スイッチを示す。
た全光型スイッチの一例として、カーシャッター構成の
全光型スイッチを示す。
【００１０】図６において、５０１は３次の非線形効果
を有する光学媒質、５０２は直線偏光した信号光パル
ス、５０３は直線偏光した制御パルス、５０４は偏光
子、５０５は合波ミラー、５０６、５０７は結合レン
ズ、５０８は波長フィルタ、５０９は検光子、５１０は
スイッチングされた信号光パルスである。
を有する光学媒質、５０２は直線偏光した信号光パル
ス、５０３は直線偏光した制御パルス、５０４は偏光
子、５０５は合波ミラー、５０６、５０７は結合レン
ズ、５０８は波長フィルタ、５０９は検光子、５１０は
スイッチングされた信号光パルスである。
【００１１】すなわち、信号光パルス５０２と一諸に信
号光に対し偏光方向が４５度傾いた制御光パルス５０３
を光学媒質５０１に入力する。
号光に対し偏光方向が４５度傾いた制御光パルス５０３
を光学媒質５０１に入力する。
【００１２】制御光パルス５０３の強度Ｉs に比例して
光学媒質５０１内に複屈折性を生じるので、制御光パル
ス５０３を印加することにより信号光パルス５０２の偏
光方向を変えることができる。
光学媒質５０１内に複屈折性を生じるので、制御光パル
ス５０３を印加することにより信号光パルス５０２の偏
光方向を変えることができる。
【００１３】光学媒質５０１内を通過した信号光パルス
５０２の内、偏光方向が９０度変化した成分のみを波長
フィルタ５０８および検光子５０９を介してスイッチン
グされた信号光パルス５１０として検出する。
５０２の内、偏光方向が９０度変化した成分のみを波長
フィルタ５０８および検光子５０９を介してスイッチン
グされた信号光パルス５１０として検出する。
【００１４】この出力信号光パルス５１０は制御光パル
ス５０３が入射した時のみ出力されるので、結果とし
て、入力信号光パルス５０２が制御光パルス５０３によ
ってスイッチングされたことになる。
ス５０３が入射した時のみ出力されるので、結果とし
て、入力信号光パルス５０２が制御光パルス５０３によ
ってスイッチングされたことになる。
【００１５】スイッチングされた信号光パルス５１０の
強度Ｐout は、次式によって表わすことができる。
強度Ｐout は、次式によって表わすことができる。
【００１６】 Ｐout ＝Ｐin・ｓｉｎ2 （Δφ／２） …（４） Δφ＝２πｎ2 ＬＩs ／λ …（５） ここで、（４）、（５）式におけるＰinは信号光パルス
の入力強度、Ｌは光学媒質長、λは信号光の波長であ
る。
の入力強度、Ｌは光学媒質長、λは信号光の波長であ
る。
【００１７】（４）式、（５）式からわかるように、非
線形屈折率ｎ2 が大きい程、小さい光強度Ｉs でスイッ
チングすることができることになる。
線形屈折率ｎ2 が大きい程、小さい光強度Ｉs でスイッ
チングすることができることになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の全光型スイッチでは、制御光の低動作パワー化のた
めに非線形屈折率ｎ2 すなわちｘ(3) のが大きい光学媒
質を用いる必要がある。
来の全光型スイッチでは、制御光の低動作パワー化のた
めに非線形屈折率ｎ2 すなわちｘ(3) のが大きい光学媒
質を用いる必要がある。
【００１９】また、全光型スイッチの高速動作を達成す
るためには、非線形応答が実遷移を伴わない非共鳴型で
ある必要がある。
るためには、非線形応答が実遷移を伴わない非共鳴型で
ある必要がある。
【００２０】しかしながら、非共鳴の３次の非線形効果
は概して小さく、一番大きなｎ2 の値でも、１０-12 ｃ
ｍ2 ／Ｗ程度である。
は概して小さく、一番大きなｎ2 の値でも、１０-12 ｃ
ｍ2 ／Ｗ程度である。
【００２１】従って、全光型スイッチ動作を達成するた
めには、ある程度大きな動作パワーが必要であるという
問題があった。
めには、ある程度大きな動作パワーが必要であるという
問題があった。
【００２２】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、高速
でかつ低動作パワーで動作する全光型スイッチを提供す
ることにある。
でかつ低動作パワーで動作する全光型スイッチを提供す
ることにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、一般に３次の非線形効果より効果の大き
い２次の非線形効果を利用して全光型スイッチ動作を達
成することを主眼とする。
決するために、一般に３次の非線形効果より効果の大き
い２次の非線形効果を利用して全光型スイッチ動作を達
成することを主眼とする。
【００２４】ここで、２次の非線形効果による光波の位
相変化の基本原理について述べる。信号光の角周波数を
ω1 、制御光の角周波数をω2 、信号光と制御光の和周
波光の角周波数をω3 とすると、２次の非線形効果を介
したこれら３光波の相互作用は次式によって表すことが
できる。
相変化の基本原理について述べる。信号光の角周波数を
ω1 、制御光の角周波数をω2 、信号光と制御光の和周
波光の角周波数をω3 とすると、２次の非線形効果を介
したこれら３光波の相互作用は次式によって表すことが
できる。
【００２５】 dE1 ／dz=jω1 ・ｄeff ・※Ｅ2 Ｅ3 exp (jΔβz)／cN1 …（６） dE2 ／dz=jω2 ・ｄeff ・※Ｅ1 Ｅ3 exp (jΔβz)／cN2 …（７） dE3 ／dz=jω3 ・ｄeff ・Ｅ1 Ｅ2 exp ( -jΔβz)／cN3 …（８） ここで、（６）、（７）、（８）式におけるｚは伝搬方
向の変数、ｃは光速、Ｎ1 は線形の屈折率、Ｅ1 は各光
波の電界振幅、Δβは位相不整合（Δβ＝β3−β1 −
β2 ；β1 は各光波の伝搬定数）、※Ｅi はＥi の位相
共約、ｄeff は２次の非線形光学定数（〜｜ｘ(2) ｜）
を表す。
向の変数、ｃは光速、Ｎ1 は線形の屈折率、Ｅ1 は各光
波の電界振幅、Δβは位相不整合（Δβ＝β3−β1 −
β2 ；β1 は各光波の伝搬定数）、※Ｅi はＥi の位相
共約、ｄeff は２次の非線形光学定数（〜｜ｘ(2) ｜）
を表す。
【００２６】完全に位相整合（Δβ＝０）が成立した場
合には、各光波間の結合に伴う位相変化は生じないが、
Δβ≠の場合、光波間の結合に伴う位相変化が生じる。
合には、各光波間の結合に伴う位相変化は生じないが、
Δβ≠の場合、光波間の結合に伴う位相変化が生じる。
【００２７】この現象については、たとえばＲ．ＤｅＳ
ａｌｖｏ他の著作によるＯｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｅｒ
ｓ、ｖｏｌ．１８、ｎｏ．１、ｐｐ．１３−１５，１９
９３の論文に記載されている。
ａｌｖｏ他の著作によるＯｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｅｒ
ｓ、ｖｏｌ．１８、ｎｏ．１、ｐｐ．１３−１５，１９
９３の論文に記載されている。
【００２８】位相変化を含めた信号光の電界振幅Ｅ1 の
挙動は次式で表すことができる。
挙動は次式で表すことができる。
【００２９】 ｄ2 Ｅ1 ／dz2 ＋ＪΔβｄＥ1 ／ｄｚ＝ω1 ｄeff 2 〔ω2 ｜Ｅ3 ｜2 ／Ｎ2 −ω3 ｜Ｅ2 ｜2 ／Ｎ3 〕Ｅ1 ／ｃ2 Ｎ1 …（９） ｜Ｅ2 ｜》｜Ｅ1 ｜を仮定して式（９）を解くと、Ｅ1
の位相変化Δφ1 は近似的に次式で表すことができる。
の位相変化Δφ1 は近似的に次式で表すことができる。
【００３０】 Δφ1 ＝ΔβＬ・｛１−（１＋８Г2 ／Δβ2 ）1/2 ｝／２ …（１０） Г2 ＝２ω1 ω2 ｄeff 2 Ｉ2 ／ｃ3 ε0 Ｎ2 Ｎ1 2 …（１１） ここで、（１０）、（１１）式におけるＬは光学媒質
長、Ｉ2 は制御光の強度、ε0 は真空の誘電率である。
長、Ｉ2 は制御光の強度、ε0 は真空の誘電率である。
【００３１】また、｜Ｅ1 ｜〜｜Ｅ2 ｜の場合には、信
号光の位相変化Δφ1 を近似的に次式で表すことができ
る。
号光の位相変化Δφ1 を近似的に次式で表すことができ
る。
【００３２】 Δφ1 ＝ΔβＬ・｛１−（１＋４Г2 ／Δβ2 ）1/2 ｝／２ …（１２） Г2 ＝２ω1 ω2 ｄeff 2 ・（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）／ｃ3 ε0 Ｎ2 Ｎ1 2 …（１３） ここで、（１２）、（１３）式におけるＩ1 とＩ2 はそ
れぞれ信号光と制御光の強度である。
れぞれ信号光と制御光の強度である。
【００３３】図５に数値計算によって求めた位相変化Δ
φ1 の｜Δβ｜・Ｌ依存性を示す。
φ1 の｜Δβ｜・Ｌ依存性を示す。
【００３４】パラメータとして、信号光、制御光の波長
を〜１．５μｍ、ｄeff ＝５０ｐｍ／Ｖ、非線形光学媒
質の実効断面積をＡeff ＝１０μｍ2 、Ｎ1 〜Ｎ2 ＝
１．８、Ｌ＝２ｃｍ、信号光および制御光のパワーを１
３０ｍＷに設定した。
を〜１．５μｍ、ｄeff ＝５０ｐｍ／Ｖ、非線形光学媒
質の実効断面積をＡeff ＝１０μｍ2 、Ｎ1 〜Ｎ2 ＝
１．８、Ｌ＝２ｃｍ、信号光および制御光のパワーを１
３０ｍＷに設定した。
【００３５】たとえば｜Δβ｜・Ｌ＝２πの場合、位相
変化Δφ1 の値が約πとなる。
変化Δφ1 の値が約πとなる。
【００３６】この位相変化を３次の非線形効果に換算す
るとその非線形屈折率ｎ2 は１．４×１０-11 ｃｍ2 ／
Ｗという非常に大きな値となる。
るとその非線形屈折率ｎ2 は１．４×１０-11 ｃｍ2 ／
Ｗという非常に大きな値となる。
【００３７】また、図５より、｜Δβ｜・Ｌが１０πよ
り大きい場合には、有効な位相変化Δφ1 が得られない
ことがわかる。
り大きい場合には、有効な位相変化Δφ1 が得られない
ことがわかる。
【００３８】以上の結果からわかるように、制御光によ
って信号光の位相を制御することができ、結果として信
号光のスイッチングが可能となる。
って信号光の位相を制御することができ、結果として信
号光のスイッチングが可能となる。
【００３９】本発明では、この２次の非線形効果による
位相変化を利用して制御光による信号光のスイッチング
を達成した。
位相変化を利用して制御光による信号光のスイッチング
を達成した。
【００４０】本発明では光学媒質として、２次の非線形
効果を有し媒質の複屈折性を利用して信号光と制御光の
和周波数成分の発生可能な媒質を用いる。
効果を有し媒質の複屈折性を利用して信号光と制御光の
和周波数成分の発生可能な媒質を用いる。
【００４１】また、光学媒質中で位相変化を効率よく引
き起こすため、信号光と制御光の和周波光（角周波数ω
3 ＝ω1 ＋ω2 ）を発生する際に、光学媒質内で信号
光、制御光、および和周波光の伝搬定数β1 、β2 、お
よびβ3 が ０＜｜β3 −β2 −β1 ｜＜１０π／Ｌ …（１４） の関係を満足するように光学媒質の伝搬方向を設定す
る。
き起こすため、信号光と制御光の和周波光（角周波数ω
3 ＝ω1 ＋ω2 ）を発生する際に、光学媒質内で信号
光、制御光、および和周波光の伝搬定数β1 、β2 、お
よびβ3 が ０＜｜β3 −β2 −β1 ｜＜１０π／Ｌ …（１４） の関係を満足するように光学媒質の伝搬方向を設定す
る。
【００４２】スイッチの素子構成としては、マッハツェ
ンダー干渉計の構造を有し、マッハツェンダー干渉計の
一方のアームに光学媒質を挿入する構成が考えられる。
ンダー干渉計の構造を有し、マッハツェンダー干渉計の
一方のアームに光学媒質を挿入する構成が考えられる。
【００４３】また、制御光と信号光を合波して光学媒質
の一方の端に入射させる光結合手段と、光学媒質の他方
の端から出力される信号光と制御光を分岐する光分岐手
段と、２つの入力端子と２つの出力端子を持つ光カップ
ラーを有し、光カップラーの２つの出力端が光結合手段
または光分岐手段を介して光学媒質の両端にそれぞれ光
学的に結合されている構成を持つこともできる。
の一方の端に入射させる光結合手段と、光学媒質の他方
の端から出力される信号光と制御光を分岐する光分岐手
段と、２つの入力端子と２つの出力端子を持つ光カップ
ラーを有し、光カップラーの２つの出力端が光結合手段
または光分岐手段を介して光学媒質の両端にそれぞれ光
学的に結合されている構成を持つこともできる。
【００４４】さらに、制御光と制御光に対してその偏光
方向が４５度傾いた信号光を合波して光学媒質に入射す
る光結合手段と、前記光学媒質の出力光の中から偏光が
９０度回転した信号光のみを透過させる光フィルタリン
グ手段を有する構成も有力である。
方向が４５度傾いた信号光を合波して光学媒質に入射す
る光結合手段と、前記光学媒質の出力光の中から偏光が
９０度回転した信号光のみを透過させる光フィルタリン
グ手段を有する構成も有力である。
【００４５】また、（１０）式、（１２）式からわかる
ように、位相変化の符号はΔβの符号に依存している。
従って、両方の光学アームに非線形光学媒質が挿入され
たマッハツェンダー干渉計を構成し、一方のアームにお
いてΔβが正で、他方のアームにおいてΔβが負である
ように設定し、両アーム間の位相差を大きくすることも
スイッチングの効率を高める上で有効である。
ように、位相変化の符号はΔβの符号に依存している。
従って、両方の光学アームに非線形光学媒質が挿入され
たマッハツェンダー干渉計を構成し、一方のアームにお
いてΔβが正で、他方のアームにおいてΔβが負である
ように設定し、両アーム間の位相差を大きくすることも
スイッチングの効率を高める上で有効である。
【００４６】
【作用】本発明の請求項１によれば、２次の非線形光学
媒質中での制御光による信号光の位相制御を介して信号
光をスイッチングする。
媒質中での制御光による信号光の位相制御を介して信号
光をスイッチングする。
【００４７】その場合、位相制御によるスイッチング方
法としては、請求項２によれば、一方のアームに非線形
光学媒質が挿入されているマッハツェンダー干渉計に信
号光を入力し、非線形光学媒質を伝搬する信号光の位相
を制御光によって変化させることによって干渉計の出力
端における信号光出力を変調する。
法としては、請求項２によれば、一方のアームに非線形
光学媒質が挿入されているマッハツェンダー干渉計に信
号光を入力し、非線形光学媒質を伝搬する信号光の位相
を制御光によって変化させることによって干渉計の出力
端における信号光出力を変調する。
【００４８】請求項３によれば、信号光を２つに分離し
て非線形光学媒質中をそれぞれ順方向および逆方向に伝
搬させ、制御光を順方向にのみ伝搬させることによっ
て、順方向伝搬の信号光にのみ位相変化を与え、非線形
光学媒質を伝搬後に２つの信号光を合波させて干渉さ
せ、両者の位相差に対応して出力する干渉光をスイッチ
ングされた信号光として取り出す。
て非線形光学媒質中をそれぞれ順方向および逆方向に伝
搬させ、制御光を順方向にのみ伝搬させることによっ
て、順方向伝搬の信号光にのみ位相変化を与え、非線形
光学媒質を伝搬後に２つの信号光を合波させて干渉さ
せ、両者の位相差に対応して出力する干渉光をスイッチ
ングされた信号光として取り出す。
【００４９】また、請求項４によれば、信号光の２つの
直交偏光成分の一方の位相を制御光を印加することによ
り変化させ、９０度だけ偏光の回転した信号光をスイッ
チングされた光として取り出す。
直交偏光成分の一方の位相を制御光を印加することによ
り変化させ、９０度だけ偏光の回転した信号光をスイッ
チングされた光として取り出す。
【００５０】さらに、請求項５によればΔβの符号の異
なる非線形光学媒質をマッハツェンダー干渉計の２つの
光学アームとし、両アームで発生する位相変化の絶対値
の和を実効的位相変化として信号光をスイッチングす
る。
なる非線形光学媒質をマッハツェンダー干渉計の２つの
光学アームとし、両アームで発生する位相変化の絶対値
の和を実効的位相変化として信号光をスイッチングす
る。
【００５１】以上、いずれの素子構成においても位相変
化がπの時、スイッチングの消光比が最大となる。
化がπの時、スイッチングの消光比が最大となる。
【００５２】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００５３】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【００５４】図１において、１０１は、ｚカットのＫＴ
Ｐ基板上にＲｂイオンの拡散によって導波路が形成され
た光路長が１ｃｍの非線形光学媒質であり、これの導波
路の伝搬方向はＫＴＰ結晶のｚ軸に垂直でｘ軸と２１度
の角度をなしている。
Ｐ基板上にＲｂイオンの拡散によって導波路が形成され
た光路長が１ｃｍの非線形光学媒質であり、これの導波
路の伝搬方向はＫＴＰ結晶のｚ軸に垂直でｘ軸と２１度
の角度をなしている。
【００５５】１０２は非線形光学媒質１０１用の温度調
整器であり、１０３−ａ、−ｂは光結合用のレンズ、１
０４、１０５はハーフミラー、１０６は偏波ビームスプ
リッター、１０７は全反射ミラー、１０８は偏光子であ
る。
整器であり、１０３−ａ、−ｂは光結合用のレンズ、１
０４、１０５はハーフミラー、１０６は偏波ビームスプ
リッター、１０７は全反射ミラー、１０８は偏光子であ
る。
【００５６】１０９は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＴＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
【００５７】信号光パルス１０９はＴＭ方向（１０１の
結晶のｚ軸方向）に偏光している。
結晶のｚ軸方向）に偏光している。
【００５８】１１０は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス１０９とは異なるコードで符号化した
制御パルスであり、この制御光パルス１１０は、ＴＥ方
向（１０１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス１０９とは異なるコードで符号化した
制御パルスであり、この制御光パルス１１０は、ＴＥ方
向（１０１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
【００５９】１１１はスイッチングされた波長１．０６
４μｍの出力光パルスであり、この出力光パルス１１１
はスイッチングにより信号光パルス１０９と制御光パル
ス１１０のＡＮＤ信号で符号化されることになる。
４μｍの出力光パルスであり、この出力光パルス１１１
はスイッチングにより信号光パルス１０９と制御光パル
ス１１０のＡＮＤ信号で符号化されることになる。
【００６０】次に、本実施例の動作について述べる。
【００６１】本実施例では、信号光と制御光の光周波数
を等しくし（ω1 ＝ω2 ）、両光の識別はその偏光方向
の違いで行った。
を等しくし（ω1 ＝ω2 ）、両光の識別はその偏光方向
の違いで行った。
【００６２】非線形光学媒質１０１であるＫＴＰ結晶
は、ｚ軸に垂直でｘ軸から約２１．５度開いた方向を光
の伝搬方向とした場合に、波長１．０６４μｍの基本波
に対してタイプＩＩの位相整合条件が満足され第２高調
波（ＳＨ波）の発生が可能となる。
は、ｚ軸に垂直でｘ軸から約２１．５度開いた方向を光
の伝搬方向とした場合に、波長１．０６４μｍの基本波
に対してタイプＩＩの位相整合条件が満足され第２高調
波（ＳＨ波）の発生が可能となる。
【００６３】すなわち、ＴＭおよびＴＥ方向に偏光した
基本波の入力により、ＴＥ方向に偏光した波長０．５３
２μｍのＳＨ波が発生する。
基本波の入力により、ＴＥ方向に偏光した波長０．５３
２μｍのＳＨ波が発生する。
【００６４】本実施例では、位相変化を引き起こすため
の条件であるΔβ≠０を満足させるため非線形光学媒質
１０１の導波路の伝搬方向を２１．５度ではなく２１度
に設定した。
の条件であるΔβ≠０を満足させるため非線形光学媒質
１０１の導波路の伝搬方向を２１．５度ではなく２１度
に設定した。
【００６５】計算によればΔβ・Ｌの値は約０．８πと
なり、請求項１の条件を満足する。
なり、請求項１の条件を満足する。
【００６６】また、非線形光学定数ｄeff は次式によっ
て表され、 ｄeff ＝２・（ｄ15ｓｉｎ2 ２１°＋ｄ24ｃｏｓ2 ２１°） …（１５） この（１５）式において、ｄ15＝６．１ｐｍ／Ｖ、ｄ24
＝７．６ｐｍ／Ｖの値を代入すると、ｄeff ＝１４．８
ｐｍ／Ｖの値がもとまる。
て表され、 ｄeff ＝２・（ｄ15ｓｉｎ2 ２１°＋ｄ24ｃｏｓ2 ２１°） …（１５） この（１５）式において、ｄ15＝６．１ｐｍ／Ｖ、ｄ24
＝７．６ｐｍ／Ｖの値を代入すると、ｄeff ＝１４．８
ｐｍ／Ｖの値がもとまる。
【００６７】非線形光学媒質１０１では、タイプＩＩの
位相整合条件が設定されているため、信号光パルス１０
９と制御光パルス１１０が同時に入射した時のみ両光の
相互作用によりＳＨ波が発生し、どちらか一方の入射だ
けでは光波間の相互作用は生じない。
位相整合条件が設定されているため、信号光パルス１０
９と制御光パルス１１０が同時に入射した時のみ両光の
相互作用によりＳＨ波が発生し、どちらか一方の入射だ
けでは光波間の相互作用は生じない。
【００６８】また、ＳＨ波の発生にともない、入射した
信号光パルス１０９の位相が変化する。
信号光パルス１０９の位相が変化する。
【００６９】次に、この位相変化によるスイッチング機
構について述べる。
構について述べる。
【００７０】ハーフミラー１０４、偏波ビームスプリッ
ター１０６、全反射ミラー１０７、ハーフミラー１０
５、および非線形光学媒質１０１で構成された光学系は
信号光パルス１０９に対してマッハツェンダー干渉計を
構成する。
ター１０６、全反射ミラー１０７、ハーフミラー１０
５、および非線形光学媒質１０１で構成された光学系は
信号光パルス１０９に対してマッハツェンダー干渉計を
構成する。
【００７１】信号光パルス１０９はハーフミラー１０４
で分岐された後、それぞれ２つの光路を進み、ハーフミ
ラー１０５で合波する。
で分岐された後、それぞれ２つの光路を進み、ハーフミ
ラー１０５で合波する。
【００７２】ここで、干渉計の光路長を調整することに
より、制御光パルス１１０が入射しない条件で、信号光
パルス１０９が干渉計から出力されない状態に設定して
おく。
より、制御光パルス１１０が入射しない条件で、信号光
パルス１０９が干渉計から出力されない状態に設定して
おく。
【００７３】制御光パルス１１０は偏波ビームスプリッ
ター１０６を経て非線形光学媒質１０１に入射するが、
この制御光パルス１１０の入射により同時に入射した信
号光パルス１０９が位相変化を受ける。
ター１０６を経て非線形光学媒質１０１に入射するが、
この制御光パルス１１０の入射により同時に入射した信
号光パルス１０９が位相変化を受ける。
【００７４】この信号光パルス１１０の位相変化により
干渉計の零出力状態がくずれ、結果として信号光パルス
１０９が干渉計から出力光パルス１１１として出力され
る。
干渉計の零出力状態がくずれ、結果として信号光パルス
１０９が干渉計から出力光パルス１１１として出力され
る。
【００７５】出力光パルス１１１は信号光パルス１０９
と制御光パルス１１０とが同時に存在する時に出力され
るので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作であ
る。
と制御光パルス１１０とが同時に存在する時に出力され
るので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作であ
る。
【００７６】また、非線形光学媒質１０１から出力され
る制御光パルス１１０およびＳＨ光は偏光子１０８によ
って遮断されハーフミラー１０５から出力されない。
る制御光パルス１１０およびＳＨ光は偏光子１０８によ
って遮断されハーフミラー１０５から出力されない。
【００７７】本実施例においては、温度調整器１０２を
用いて非線形光学媒質１０１の温度を調整しΔβの最適
化を図った結果、信号光パルス１０９および制御光パル
ス１１０のピークパワーがそれぞれ１０Ｗおよび５Ｗに
おいて出力光パルス１１１が観測された。
用いて非線形光学媒質１０１の温度を調整しΔβの最適
化を図った結果、信号光パルス１０９および制御光パル
ス１１０のピークパワーがそれぞれ１０Ｗおよび５Ｗに
おいて出力光パルス１１１が観測された。
【００７８】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
の構成図である。
の構成図である。
【００７９】図２において、２０１は、ｚカットのＫＴ
Ｐ基板上にＲｂイオンの拡散によって導波路が形成され
た光路長Ｌが１ｃｍの非線形光学媒質であり、導波路の
上にはＳｉＯ2 の絶縁膜を挟んで金属アルミ（Ａｌ）の
電極が形成されている。
Ｐ基板上にＲｂイオンの拡散によって導波路が形成され
た光路長Ｌが１ｃｍの非線形光学媒質であり、導波路の
上にはＳｉＯ2 の絶縁膜を挟んで金属アルミ（Ａｌ）の
電極が形成されている。
【００８０】この非線形光学媒質２０１は電極からの電
界印加に伴うＥＯ効果によって導波路の屈折率の微調が
できる構造を有していると共に、これの導波路の伝搬方
向はＫＴＰ結晶のｚ軸に垂直でｘ軸と２１度の角度をな
している。
界印加に伴うＥＯ効果によって導波路の屈折率の微調が
できる構造を有していると共に、これの導波路の伝搬方
向はＫＴＰ結晶のｚ軸に垂直でｘ軸と２１度の角度をな
している。
【００８１】この非線形光学媒質２０１は電界印加機構
が付いていることを除いて、実施例１中の非線形光学媒
質１０１と同じものである。
が付いていることを除いて、実施例１中の非線形光学媒
質１０１と同じものである。
【００８２】２０２は非線形光学媒質２０１の電極に電
圧を印加するための電源である。
圧を印加するための電源である。
【００８３】２０３および２０４はファイバカップラー
型の偏波ビームスプリッター、２０５は、波長１．０６
４μｍで３ｄＢの分岐比を有するファイバ型カップラ
ー、２０６、２０７、２０８は光学結合用のレンズ、２
０９はカットオフ波長が０．９μｍの光のローパスフィ
ルタ、２１０は偏光保持型のファイバである。
型の偏波ビームスプリッター、２０５は、波長１．０６
４μｍで３ｄＢの分岐比を有するファイバ型カップラ
ー、２０６、２０７、２０８は光学結合用のレンズ、２
０９はカットオフ波長が０．９μｍの光のローパスフィ
ルタ、２１０は偏光保持型のファイバである。
【００８４】２１１は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
【００８５】２１１は信号光パルスであり、ＴＭ方向
（２０１の結晶のｚ軸方向）に偏光している。
（２０１の結晶のｚ軸方向）に偏光している。
【００８６】２１２は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス２１１とは異なるコードで符号化した
制御光パルスである。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス２１１とは異なるコードで符号化した
制御光パルスである。
【００８７】この制御光パルス２１２は、ＴＥ方向（２
０１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
０１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
【００８８】２１３はスイッチングされた波長１．０６
４μｍの出力光パルスであり、信号パルス２１１と制御
光パルス２１２とのＡＮＤを意味している。
４μｍの出力光パルスであり、信号パルス２１１と制御
光パルス２１２とのＡＮＤを意味している。
【００８９】次に本実施例の動作について述べる。
【００９０】本実施例では、実施例１と同様に、信号光
と制御光の光周波数を等しくし（ω1 ＝ω2 ）、両光の
識別はその偏光方向の違いで行った。
と制御光の光周波数を等しくし（ω1 ＝ω2 ）、両光の
識別はその偏光方向の違いで行った。
【００９１】非線形光学媒質２０１は、ＴＭ方向（ｚ軸
方向）に偏光した信号光パルス２１１とＴＥ方向（ｚ軸
に垂直）に偏光した制御光パルス２１２の入射によりタ
イプＩＩのＳＨ波の発生が可能な媒質で、実施例１で述
べたようにｄeff ＝１４．８ｐｍ／Ｖ、Δβ・Ｌ＝０．
８πの値を有している。
方向）に偏光した信号光パルス２１１とＴＥ方向（ｚ軸
に垂直）に偏光した制御光パルス２１２の入射によりタ
イプＩＩのＳＨ波の発生が可能な媒質で、実施例１で述
べたようにｄeff ＝１４．８ｐｍ／Ｖ、Δβ・Ｌ＝０．
８πの値を有している。
【００９２】信号光パルス２１１はこのＳＨ波発生過程
を通じて位相変化を受ける。
を通じて位相変化を受ける。
【００９３】次に、この位相変化を利用したスイッチン
グ機構について述べる。
グ機構について述べる。
【００９４】本実施例では、３ｄＢカップラー２０５と
非線形光学媒質２０１を偏波ビームスプリッター２０
３、２０４および偏光保持フィイバ２１０を介して結合
し、信号光パルス２１１に対するループミラーを構成し
ている。
非線形光学媒質２０１を偏波ビームスプリッター２０
３、２０４および偏光保持フィイバ２１０を介して結合
し、信号光パルス２１１に対するループミラーを構成し
ている。
【００９５】制御光パルス２１２がない状態では、この
ループミラーに入射した信号光パルス２１１は干渉効果
によって、レンズ２０７側のポートにもどされ（全反
射）、レンズ２０８側のポートからは出力されない。
ループミラーに入射した信号光パルス２１１は干渉効果
によって、レンズ２０７側のポートにもどされ（全反
射）、レンズ２０８側のポートからは出力されない。
【００９６】これに対し、制御光パルス２１２を偏波ビ
ームスプリッター２０３を介して非線形光学媒質２０１
に入射した場合には、非線形光学媒質２０１を伝搬する
信号光パルス２１１の右周り成分と左周り成分にＳＨ波
の発生に起因する位相差が生じ、結果としてループミラ
ーの全反射状態がくずれることにより信号光パルス２１
１はレンズ２０８側のポートから出力光パルス２１３と
して出力される。
ームスプリッター２０３を介して非線形光学媒質２０１
に入射した場合には、非線形光学媒質２０１を伝搬する
信号光パルス２１１の右周り成分と左周り成分にＳＨ波
の発生に起因する位相差が生じ、結果としてループミラ
ーの全反射状態がくずれることにより信号光パルス２１
１はレンズ２０８側のポートから出力光パルス２１３と
して出力される。
【００９７】出力光パルス２１３は信号光パルス２１１
と制御光パルス２１２とが同時に存在する時に出力され
るので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作であ
る。
と制御光パルス２１２とが同時に存在する時に出力され
るので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作であ
る。
【００９８】また、非線形光学媒質２０１から出力され
る制御光パルス２１２およびＳＨ波は、それぞれ偏光ビ
ームスプリッター２０４と光ローパスフィルタ２０９に
よって遮断される。
る制御光パルス２１２およびＳＨ波は、それぞれ偏光ビ
ームスプリッター２０４と光ローパスフィルタ２０９に
よって遮断される。
【００９９】本実施例においては、非線形光学媒質２０
１の屈折率をＥＯ効果によって調整しΔβの最適化を図
った結果、信号光パルス２１１のピークパワーが１０
Ｗ、制御光パルス２１２のピークパワーが５Ｗの状態で
スイッチング動作が観測された。
１の屈折率をＥＯ効果によって調整しΔβの最適化を図
った結果、信号光パルス２１１のピークパワーが１０
Ｗ、制御光パルス２１２のピークパワーが５Ｗの状態で
スイッチング動作が観測された。
【０１００】（実施例３）図３は、本発明の第３の実施
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【０１０１】図３において、３０１は有機結晶である２
−アダマンチルアミノ−５ニトロビリジン（ＡＡＮＰ）
をコアとし、石英系多成分ガラスをクラッドとするファ
イバ型の非線形光学媒質であり、そのコア径は６μｍ、
ファイバ外径は１ｍｍ、ファイバ長Ｌは５ｍｍであると
共に、そのファイバの伝搬方向は、ＡＡＮＰの結晶座標
のｙ−ｚ面においてｚ軸から４０．３度の方向を向いて
いる。
−アダマンチルアミノ−５ニトロビリジン（ＡＡＮＰ）
をコアとし、石英系多成分ガラスをクラッドとするファ
イバ型の非線形光学媒質であり、そのコア径は６μｍ、
ファイバ外径は１ｍｍ、ファイバ長Ｌは５ｍｍであると
共に、そのファイバの伝搬方向は、ＡＡＮＰの結晶座標
のｙ−ｚ面においてｚ軸から４０．３度の方向を向いて
いる。
【０１０２】３０２は非線形光学媒質３０１のファイバ
に巻かれたヒータとその電源からなる温度調整器であ
る。
に巻かれたヒータとその電源からなる温度調整器であ
る。
【０１０３】３０３はλ／２位相板、３０４、３０５は
偏光子、３０６は合波ミラー、３０７−ａ，−ｂは光結
合用レンズ、３０８はλ／４位相板、３０９は検光子、
３１０は波長１．５５μｍの光だけを透過する波長フィ
ルタである。
偏光子、３０６は合波ミラー、３０７−ａ，−ｂは光結
合用レンズ、３０８はλ／４位相板、３０９は検光子、
３１０は波長１．５５μｍの光だけを透過する波長フィ
ルタである。
【０１０４】３１１は波長１．５５μｍのＮａＣｌ−Ｆ
センタモードロックレーザから出力されたパルス幅１５
ｐｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を
用いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
センタモードロックレーザから出力されたパルス幅１５
ｐｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を
用いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
【０１０５】３１２は波長１．５μｍのＮａＣｌ−Ｆセ
ンタモードロックレーザから出力されたパルス幅１５ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を変調器を用い
て信号光パルス３１１とは異なるコードで符号化した制
御光パルスである。
ンタモードロックレーザから出力されたパルス幅１５ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を変調器を用い
て信号光パルス３１１とは異なるコードで符号化した制
御光パルスである。
【０１０６】３１３はスイッチングされた波長１．５５
μｍの出力光パルスであり、信号光パルス３１１と制御
光パルス３１２のＡＮＤ信号を意味する。
μｍの出力光パルスであり、信号光パルス３１１と制御
光パルス３１２のＡＮＤ信号を意味する。
【０１０７】次に本実施例の動作について述べる。
【０１０８】非線形光学媒質３０１のコアであるＡＡＮ
Ｐは光の伝搬方向をｙ−ｚ面内でｚ軸から４０．２度の
方向にした場合に、波長１．５μｍと波長１．５５μｍ
の基本波に対するタイプＩの和周波発生の位相整合条件
が満足される。
Ｐは光の伝搬方向をｙ−ｚ面内でｚ軸から４０．２度の
方向にした場合に、波長１．５μｍと波長１．５５μｍ
の基本波に対するタイプＩの和周波発生の位相整合条件
が満足される。
【０１０９】すなわち、両光をｘ軸方向に偏光させて入
力することにより、ｙ−ｚ面に偏光した和周波成分が得
られる。
力することにより、ｙ−ｚ面に偏光した和周波成分が得
られる。
【０１１０】本実施例では、位相変化を引き起こすため
の条件であるΔβ≠０を満足させるため非線形光学媒質
３０１のファイバの伝搬方向を４０．２度ではなく４
０．３度に設定した。
の条件であるΔβ≠０を満足させるため非線形光学媒質
３０１のファイバの伝搬方向を４０．２度ではなく４
０．３度に設定した。
【０１１１】計算によればΔβ・Ｌの値は約１．３πと
なり、請求項１の条件を満足する。
なり、請求項１の条件を満足する。
【０１１２】また、非線形光学定数ｄeff は近似的にｄ
31・ｓｉｎ40.3°と表され、５２ｐｍ／Ｖの値をとる。
31・ｓｉｎ40.3°と表され、５２ｐｍ／Ｖの値をとる。
【０１１３】非線形光学媒質３０１に信号光パルス３１
１と制御光パルス３１２とを同時に入射した時のみ和周
波が発生し、どちらか一方の入射だけでは和周波数成分
は発生しない。
１と制御光パルス３１２とを同時に入射した時のみ和周
波が発生し、どちらか一方の入射だけでは和周波数成分
は発生しない。
【０１１４】また、和周波の発生にともない、入射した
信号光パルスの位相が変化する。
信号光パルスの位相が変化する。
【０１１５】次に、この位相変化によるスイッチング機
構について述べる。
構について述べる。
【０１１６】信号光パルス３１１はλ／２位相板３０
３、偏光子３０４、合波ミラー３０６を経て、非線形光
学媒質３０１に入射するが、その際、位相板３０３と偏
光子３０４を調整して、非線形光学媒質へ入射する信号
光パルスの偏光方向をＡＡＮＰのｘ軸から４５度傾けて
おく。
３、偏光子３０４、合波ミラー３０６を経て、非線形光
学媒質３０１に入射するが、その際、位相板３０３と偏
光子３０４を調整して、非線形光学媒質へ入射する信号
光パルスの偏光方向をＡＡＮＰのｘ軸から４５度傾けて
おく。
【０１１７】これに対し、非線形光学媒質３０１の出力
側に置かれたλ／４位相板３０８と検光子３０９の透過
偏光方向を調整して、非線形光学媒質３０１を伝搬して
きた信号光パルス３１１が検光子３０９を透過できない
ようにしておく。
側に置かれたλ／４位相板３０８と検光子３０９の透過
偏光方向を調整して、非線形光学媒質３０１を伝搬して
きた信号光パルス３１１が検光子３０９を透過できない
ようにしておく。
【０１１８】従って、通常の状態において、信号光パル
ス３１１はこの光学系から出力されない。
ス３１１はこの光学系から出力されない。
【０１１９】次に、制御光パルス３１２を偏光子３０
４、合波ミラー３０６を経て、その偏光をＡＡＮＰのｘ
軸に合わせて非線形光学媒質３０１に入射すると、制御
光パルスとｘ軸方向に偏光した信号光パルス３１１の相
互作用によって和周波が発生し、信号光パルス３１１の
ｘ軸成分の位相が変化する（ｙ−ｚ平面成分は変化しな
い）。
４、合波ミラー３０６を経て、その偏光をＡＡＮＰのｘ
軸に合わせて非線形光学媒質３０１に入射すると、制御
光パルスとｘ軸方向に偏光した信号光パルス３１１の相
互作用によって和周波が発生し、信号光パルス３１１の
ｘ軸成分の位相が変化する（ｙ−ｚ平面成分は変化しな
い）。
【０１２０】このｘ軸成分の位相変化により非線形光学
媒質３０１から出力された信号パルス３１１成分の偏光
方向が変化し、結果して信号光パルス３１１は、検光子
３０９を透過して出力光パルス３１３としてこの光学系
から出力される。
媒質３０１から出力された信号パルス３１１成分の偏光
方向が変化し、結果して信号光パルス３１１は、検光子
３０９を透過して出力光パルス３１３としてこの光学系
から出力される。
【０１２１】この出力光パルス３１３は、信号光パルス
３１１と制御光パルス３１２が同時に存在する時に出力
されるので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作で
ある。
３１１と制御光パルス３１２が同時に存在する時に出力
されるので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作で
ある。
【０１２２】また、非線形光学媒質３０１から出力され
る制御光パルス３１２および和周波成分は波長フィルタ
３１０によって遮断され光学系から出力されない。
る制御光パルス３１２および和周波成分は波長フィルタ
３１０によって遮断され光学系から出力されない。
【０１２３】本実施例においては、温度調整器３０２を
用いて非線形光学媒質３０１の温度を調整しΔβの最適
化を図った結果、信号光パルス３１１のピークパワーが
１０Ｗ、制御光パルス３１２のピークパワーが１０Ｗに
おいてスイッチング動作が観測された。
用いて非線形光学媒質３０１の温度を調整しΔβの最適
化を図った結果、信号光パルス３１１のピークパワーが
１０Ｗ、制御光パルス３１２のピークパワーが１０Ｗに
おいてスイッチング動作が観測された。
【０１２４】（実施例４）図４は、本発明の第４の実施
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【０１２５】図４において、４０１はｚカットのＫＴＰ
結晶基板、４０２は、ＫＴＰ結晶基板４０１にＲｂイオ
ンを拡散することによって形成されたＹ分岐導波路、４
０３、４０４はＹ分岐導波路４０２に連結した光路長Ｌ
＝２ｃｍのＲｂ拡散の導波路である。
結晶基板、４０２は、ＫＴＰ結晶基板４０１にＲｂイオ
ンを拡散することによって形成されたＹ分岐導波路、４
０３、４０４はＹ分岐導波路４０２に連結した光路長Ｌ
＝２ｃｍのＲｂ拡散の導波路である。
【０１２６】この導波路４０３、４０４の伝搬方向は、
ｘ軸から４０．２度の方向を向いている。
ｘ軸から４０．２度の方向を向いている。
【０１２７】４０５、４０６はそれぞれ４０３、４０４
の導波路の上面および横側にＳｉＯ2 薄膜を挟んで形成
された電極、４０７、４０８は電極４０５、４０６に接
続された電圧電源である。
の導波路の上面および横側にＳｉＯ2 薄膜を挟んで形成
された電極、４０７、４０８は電極４０５、４０６に接
続された電圧電源である。
【０１２８】４０９は偏波ビームスプリッター、４１０
−ａ，−ｂは光結合レンズ、４１１、４１２は導波路４
０３、４０４に光学的に結合した偏光保持光ファイバ、
４１３はファイバ４１２の一部が巻かれている圧電素子
（ＰＺＴ）、４１４は圧電素子４１３用の電源、４１５
はファイバ４１１、４１２に結合した波長１．０６４μ
ｍの光に対して１：１の分岐比を有する偏波保持ファイ
バカップラー、４１６は偏光子である。
−ａ，−ｂは光結合レンズ、４１１、４１２は導波路４
０３、４０４に光学的に結合した偏光保持光ファイバ、
４１３はファイバ４１２の一部が巻かれている圧電素子
（ＰＺＴ）、４１４は圧電素子４１３用の電源、４１５
はファイバ４１１、４１２に結合した波長１．０６４μ
ｍの光に対して１：１の分岐比を有する偏波保持ファイ
バカップラー、４１６は偏光子である。
【０１２９】４１７は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｍ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｍ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いてあるコードで符号化した信号光パルスである。
【０１３０】この信号光パルス４１７はＴＭ方向（４０
１の結晶のｚ軸方向）に偏光している。
１の結晶のｚ軸方向）に偏光している。
【０１３１】４１８は波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡ
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス４１７とは異なるコードで符号化した
制御光パルスである。
Ｇモードロックレーザから出力されたパルス幅１００ｐ
ｓ，繰り返し１００ＭＨｚの光パルス列を光変調器を用
いて信号光パルス４１７とは異なるコードで符号化した
制御光パルスである。
【０１３２】この制御パルス４１８は、ＴＥ方向（４０
１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
１の結晶のｘ−ｙ面に平行）に偏光している。
【０１３３】４１９はスイッチングされた波長１．０６
４μｍの出力光パルスであり、スイッチングにより信号
光パルス４１７と制御光パルス４１８のＡＮＤ信号で符
号化されることになる。
４μｍの出力光パルスであり、スイッチングにより信号
光パルス４１７と制御光パルス４１８のＡＮＤ信号で符
号化されることになる。
【０１３４】上記素子配置において導波路４０２、４０
３、４０４とファイバ４１１、４１２、およびカップラ
ー４１５と一体化して信号光パルス４１７に対するマッ
ハツェンダー干渉計を構成している。
３、４０４とファイバ４１１、４１２、およびカップラ
ー４１５と一体化して信号光パルス４１７に対するマッ
ハツェンダー干渉計を構成している。
【０１３５】次に本実施例の動作について述べる。
【０１３６】本実施例では、信号光と制御光の光周波数
を等しくし（ω1 ＝β2 ）、両光の識別はその偏光方向
の違いで行った。
を等しくし（ω1 ＝β2 ）、両光の識別はその偏光方向
の違いで行った。
【０１３７】非線形光学材料であるＫＴＰ結晶基板４０
１は、ｚ軸に垂直でｘ軸から約２１．５度開いた方向を
光の伝搬方向とした場合に、波長１．０６４μｍの基本
波に対してタイプＩＩの位相整合条件が満足され第２高
調波（ＳＨ波）の発生が可能となる。
１は、ｚ軸に垂直でｘ軸から約２１．５度開いた方向を
光の伝搬方向とした場合に、波長１．０６４μｍの基本
波に対してタイプＩＩの位相整合条件が満足され第２高
調波（ＳＨ波）の発生が可能となる。
【０１３８】すなわち、ＴＭおよびＴＥ方向に偏光した
基本波の入力により、ＴＥ方向に偏光した波長０．５３
２μｍのＳＨ波が発生する。
基本波の入力により、ＴＥ方向に偏光した波長０．５３
２μｍのＳＨ波が発生する。
【０１３９】この場合の非線形光学定数ｄeff は近似的
に１４．８ｐｍ／Ｖの値をとる。
に１４．８ｐｍ／Ｖの値をとる。
【０１４０】本実施例では、位相変化を引き起こすため
の条件であるΔβ≠０を満足させるため導波路４０３、
４０４の電極４０５、４０６を介して電圧を加え、ＥＯ
効果による屈折率変化を利用してΔβ≠０とした。
の条件であるΔβ≠０を満足させるため導波路４０３、
４０４の電極４０５、４０６を介して電圧を加え、ＥＯ
効果による屈折率変化を利用してΔβ≠０とした。
【０１４１】具体的にはＫＴＰ結晶のｚ軸方向に電界を
加え、ポッケルス定数ｒ33、ｒ13を用いて導波路の屈折
率を変化させることによって和周波光の伝搬定数を調整
した。
加え、ポッケルス定数ｒ33、ｒ13を用いて導波路の屈折
率を変化させることによって和周波光の伝搬定数を調整
した。
【０１４２】この場合、導波路４０３、４０４に印加す
る電圧の極性を逆にすることによって、両導波路のΔβ
の符号を逆にし、両導波路間で発生する位相差の増大を
図った。
る電圧の極性を逆にすることによって、両導波路のΔβ
の符号を逆にし、両導波路間で発生する位相差の増大を
図った。
【０１４３】導波路４０３、４０４に印加する電界を調
整することによって両導波路のΔβ・Ｌの値を±π程度
にすることができた。
整することによって両導波路のΔβ・Ｌの値を±π程度
にすることができた。
【０１４４】導波路４０２、４０３のファイバ４１１、
４１２を介してカップラー４１５と結合することによっ
て、信号光パルス４１７に対するマッハツェンダー干渉
計を構成した。
４１２を介してカップラー４１５と結合することによっ
て、信号光パルス４１７に対するマッハツェンダー干渉
計を構成した。
【０１４５】この場合、ファイバ４１２の光路長を圧電
素子４１３を用いて調整することにより、制御光パルス
４１８が入射しない状態では信号光パルス４１７が干渉
計から出力されない状態に設定した。
素子４１３を用いて調整することにより、制御光パルス
４１８が入射しない状態では信号光パルス４１７が干渉
計から出力されない状態に設定した。
【０１４６】制御光パルス４１８は偏波ビームスプリッ
ター４０９を経て導波路４０２入射するが、この制御光
パルス４１８の入射により同時に入射した信号光パルス
４１７が導波路４０３、４０４内で位相変化を受ける。
ター４０９を経て導波路４０２入射するが、この制御光
パルス４１８の入射により同時に入射した信号光パルス
４１７が導波路４０３、４０４内で位相変化を受ける。
【０１４７】ここで導波路４０３、４０４のΔβの符号
を逆にした効果により両導波路で発生する信号光パルス
４１７の位相変化の符号が逆になり、結果として両導波
路間の位相差は増倍する。この位相差により干渉計の零
出力状態がくずれ、結果として信号光パルス４１７が干
渉計から出力光パルス４１９として出力される。
を逆にした効果により両導波路で発生する信号光パルス
４１７の位相変化の符号が逆になり、結果として両導波
路間の位相差は増倍する。この位相差により干渉計の零
出力状態がくずれ、結果として信号光パルス４１７が干
渉計から出力光パルス４１９として出力される。
【０１４８】この出力光パルス４１９は信号光パルス４
１９と制御光パルス４１８とが同時に存在する時に出力
されるので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作で
ある。
１９と制御光パルス４１８とが同時に存在する時に出力
されるので、このスイッチング動作はＡＮＤ回路動作で
ある。
【０１４９】また、カップラー４１５から出力される制
御光パルス４１８および和周波光は偏光子４１６によっ
て遮断される。
御光パルス４１８および和周波光は偏光子４１６によっ
て遮断される。
【０１５０】本実施例においては、信号光パルス４１７
および制御光パルス４１８のピークパワーがともに２Ｗ
においてスイッチング動作が観測された。
および制御光パルス４１８のピークパワーがともに２Ｗ
においてスイッチング動作が観測された。
【０１５１】以上いくつかの非線形光学媒質を用いた実
施例について述べたが、これら以外の２次の非線形効果
を有する有機材料、半導体、酸化物結晶、光ファイバ等
を光学媒質とする全光型スイッチも本発明の範囲に含ま
れる。
施例について述べたが、これら以外の２次の非線形効果
を有する有機材料、半導体、酸化物結晶、光ファイバ等
を光学媒質とする全光型スイッチも本発明の範囲に含ま
れる。
【０１５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２次の光非線形光学効果を用いることにより、高速でか
つ低パワーで動作するコンパクトで高効率の全光型スイ
ッチを実現することができる。
２次の光非線形光学効果を用いることにより、高速でか
つ低パワーで動作するコンパクトで高効率の全光型スイ
ッチを実現することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施例を示す構成図。
【図３】本発明の第３実施例を示す構成図。
【図４】本発明の第４実施例を示す構成図。
【図５】位相変化Δφ1 の｜Δβ｜・Ｌ依存性を示す
図。
図。
【図６】従来の全光型スイッチを示す構成図。
１０１…非線形光学媒質であるＫＴＰ導波路、 １０２…温度調整器、 １０３…−ａ、−ｂ…光結合用のレンズ、 １０４、１０５…ハーフミラー、 １０６…偏波ビームスプリッター、 １０７…全反射ミラー、 １０８…偏光子、 １０９…信号光パルス、 １１０…制御光パルス、 １１１…出力光パルス、 ２０１…非線形光学媒質であるＫＴＰ導波路、 ２０２…電圧源、 ２０３、２０４…ファイバカップラー型の偏波ビームス
プリッター、 ２０５…ファイバ型３ｄＢカップラー、 ２０６、２０７、２０８…光結合用レンズ、 ２０９…光のローパスフィルタ、 ２１０…偏波保持ファイバ、 ２１１…信号光パルス、 ２１２…制御光パルス、 ２１３…出力光パルス、 ３０１…ＡＡＮＰコアファイバ、 ３０２…温度調整器、 ３０３…λ／２位相板、 ３０４、３０５…偏光子、 ３０６…合波ミラー、 ３０７−ａ，−ｂ…光結合用レンズ、 ３０８…λ／４位相板、 ３０９…検光子、 ３１０…波長フィルタ、 ３１１…信号光パルス、 ３１２…制御光パルス、 ３１３…出力光パルス、 ４０１…ＫＴＰ結晶基板、 ４０２…ＫＴＰのＹ分岐導波路、 ４０３、４０４…ＫＴＰの導波路、 ４０５、４０６…電極、 ４０７、４０８…電圧電源、 ４０９…偏波ビームスプリッター、 ４１０−ａ，−ｂ…光結合レンズ、 ４１１、４１２…偏光保持ファイバ、 ４１３…圧電素子、 ４１４…４１３の電源、 ４１５…ファイバ型カップラー、 ４１６…偏光子、 ４１７…信号光パルス、 ４１８…制御光パルス、 ４１９…出力光パルス、 ５０１…３次の非線形光学媒質、 ５０２…信号光パルス、 ５０３…制御光パルス、 ５０４…偏光子、 ５０５…合波ミラー、 ５０６、５０７…結合レンズ、 ５０８…波長フィルタ、 ５０９…検光子、 ５１０…スイッチングされた信号光パルス。
プリッター、 ２０５…ファイバ型３ｄＢカップラー、 ２０６、２０７、２０８…光結合用レンズ、 ２０９…光のローパスフィルタ、 ２１０…偏波保持ファイバ、 ２１１…信号光パルス、 ２１２…制御光パルス、 ２１３…出力光パルス、 ３０１…ＡＡＮＰコアファイバ、 ３０２…温度調整器、 ３０３…λ／２位相板、 ３０４、３０５…偏光子、 ３０６…合波ミラー、 ３０７−ａ，−ｂ…光結合用レンズ、 ３０８…λ／４位相板、 ３０９…検光子、 ３１０…波長フィルタ、 ３１１…信号光パルス、 ３１２…制御光パルス、 ３１３…出力光パルス、 ４０１…ＫＴＰ結晶基板、 ４０２…ＫＴＰのＹ分岐導波路、 ４０３、４０４…ＫＴＰの導波路、 ４０５、４０６…電極、 ４０７、４０８…電圧電源、 ４０９…偏波ビームスプリッター、 ４１０−ａ，−ｂ…光結合レンズ、 ４１１、４１２…偏光保持ファイバ、 ４１３…圧電素子、 ４１４…４１３の電源、 ４１５…ファイバ型カップラー、 ４１６…偏光子、 ４１７…信号光パルス、 ４１８…制御光パルス、 ４１９…出力光パルス、 ５０１…３次の非線形光学媒質、 ５０２…信号光パルス、 ５０３…制御光パルス、 ５０４…偏光子、 ５０５…合波ミラー、 ５０６、５０７…結合レンズ、 ５０８…波長フィルタ、 ５０９…検光子、 ５１０…スイッチングされた信号光パルス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 茂雄 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 非線形光学効果を利用して、角周波数ω
2 の制御光を用いて角周波数ω1 の信号光の強度を制御
する全光型スイッチにおいて、 ２次の非線形効果を有し媒質の複屈折を利用した和周波
数の発生が可能な光路長Ｌの光学媒質を備え、 前記信号光と前記制御光の和周波光（角周波数ω3 ＝ω
1 ＋ω2 ）を発生する場合に、前記光学媒質内で前記信
号光、前記制御光、および前記周波光の伝搬定数β1 、
β2 、およびβ3 が ０＜｜β3 −β2 −β1 ｜＜１０π／Ｌ の関係を満足することを特徴とする全光型スイッチ。 - 【請求項２】 マッハツェンダー干渉計の構造を有し、
前記マッハツェンダー干渉計の一方のアームに前記光学
媒質が挿入されていることを特徴とする請求項１記載の
全光型光スイッチ。 - 【請求項３】 前記制御光と前記信号光を合波して前記
光学媒質の一方の端に入射させる光結合手段と、前記光
学媒質の他方の端から出力される前記信号光と前記制御
光を分岐する光分岐手段と、２つの入力端子と２つの出
力端子を持つ光カップラーを有し、 前記光カップラーの２つの出力端が前記光結合手段また
は前記光分岐手段を介して前記光学媒質の両端にそれぞ
れ光学的に結合されていることを特徴とする請求項１記
載の全光型光スイッチ。 - 【請求項４】 前記信号光と前記信号光に対してその偏
光方向が４５度傾いた前記制御光を合波して前記光学媒
質に入射する光結合手段と、前記光学媒質の出力光の中
から信号光のある偏光成分だけを選択して透過させる光
フィルタリング手段を有することを特徴とする請求項１
記載の全光型スイッチ。 - 【請求項５】 マッハツェンダー干渉計の構造を有し、
前記マッハツェンダー干渉計の両方のアームに前記光学
媒質が挿入されており、一方のアーム１の前記非線形光
学媒質中において前記信号光、前記制御光、および前記
和周波光の伝搬定数β11、β21、β31が ０＜β31−β21−β11＜１０π／Ｌ の関係を満足し、他方のアーム２の前記非線形光学媒質
中において前記信号光、前記制御光、および前記和周波
光の伝搬定数β12、β22、β32が ０＞β32−β22−β12＞−１０π／Ｌ の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の全光
型光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103218A JPH06315009A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 全光型スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103218A JPH06315009A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 全光型スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06315009A true JPH06315009A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14348367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5103218A Pending JPH06315009A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 全光型スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06315009A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08194238A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5103218A patent/JPH06315009A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08194238A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光学装置 |
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