JPH07318989A - 光ゲート回路 - Google Patents

光ゲート回路

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JPH07318989A
JPH07318989A JP11680294A JP11680294A JPH07318989A JP H07318989 A JPH07318989 A JP H07318989A JP 11680294 A JP11680294 A JP 11680294A JP 11680294 A JP11680294 A JP 11680294A JP H07318989 A JPH07318989 A JP H07318989A
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謙一 鈴木
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岩月  勝美
Shigeto Nishi
成人 西
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/3515All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
    • G02F1/3517All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer
    • G02F1/3519All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer of Sagnac type, i.e. nonlinear optical loop mirror [NOLM]

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 サニャック干渉型光ゲート回路において、ル
ープの中点を見つける必要なしに非線形媒質の挿入位置
を決定できるようにする。 【構成】 ループの長さが、そのループを構成する媒質
中の光速Cと制御光の周期Tとの積で表される光路長L
=TCに対してnL+ΔL(nは正の整数、ΔLはΔL
<Lなる正の実数)に設定され、非線形媒質は、信号光
に位相差を生じさせる時間幅TG に対し、ループの中点
からmL/2+ΔG/2(mは0を除く整数でm=±
1、±2、…、±n、ΔGは実数で|ΔG|=TG C≦
L/2)の位置のいずれか一以上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超高速光伝送に利用す
る。特に、入力信号光パルス列から所望の時間位置の信
号光パルスを分離する技術に関する。さらに詳しくは、
伝搬光のパワーにより屈折率が変化する非線形現象を利
用したサニャック干渉計型の光ゲート回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は従来例のサニャック干渉計型光ゲ
ート回路の構成を示す。この光ゲート回路は、光ファイ
バ型の4ポート1:1光合分波器CLP1の一方の側の
二つのポート11、12を入出力端子とし、他方の側の
二つのポート13、14を光ファイバ21、22および
23からなる光ファイバループにより接続した干渉計で
ある。ループ内には、伝搬光のパワーにより屈折率が変
化する非線形媒質として半導体光増幅器SLAが挿入さ
れ、また、この半導体光増幅器SLAの屈折率を変化さ
せるための制御光パルスを導入する光ファイバ型の4ポ
ート光合分波器CPL2が挿入される。半導体光増幅器
SLAの両端には光ファイバとの接続のためのポートが
設けられ、その一方のポートは光ファイバ21を介して
光合分波器CLP1のポート13に接続される。半導体
光増幅器SLAの他方のポートは光ファイバ22を介し
て光合分波器CPL2の一方の側のひとつのポートに接
続される。この光合分波器CPL2の同じ側のもうひと
つのポートは開放となっている。光合分波器CPL2の
他方の側の二つのポートは、その一方が光ファイバ23
を介して光合分波器CPL1のポート14に接続され、
他方には制御光パルスCPが供給される。
【0003】ここで、光合分波器CLP1のポート1
3、14からの長さが等しい点を光ファイバループの中
点Mとし、ポート13からポート14の方向を時計回り
(CW)方向とする。また、半導体光増幅器SLAが挿
入されている位置は、CW方向を正として中点Mから−
ΔG/2の位置であるとする。
【0004】この構成において、ポート11から信号光
パルス列a、b、c、d、e…を入力し、光合分波器C
PL2から反時計回り(CCW)方向に、制御光パルス
CPを供給する。光ファイバループを互いに逆方向に伝
搬する信号光に位相差がなければ、干渉後の信号光はす
べてポート11に出力される。しかし、制御光パルスに
より半導体光増幅器SLAに屈折率変化を誘起すること
で、互いに逆方向に伝搬する信号光間に位相差が生じ、
この位相差がπになったときに信号光を光合分波器CP
L1のポート12から出力することができる。
【0005】図9は光ファイバループ中での信号光の配
置を示す。ここでは、信号光パルスcが互いに逆方向に
伝搬して中点Mで衝突し、制御光パルスCPは、CCW
方向に進む信号光パルスcと同一方向に、時間的に信号
光パルスcの直前に位置しているものとする。以下、こ
の図を参照して光ゲート回路の動作を説明する。
【0006】CCW方向に進む信号光パルスcは、制御
光パルスCPに続いて半導体光増幅器SLAに入射し、
制御光パルスCPによる屈折率変化を受ける。この屈折
率変化の立ち上がり時間Tr は数psと高速であるが、
立ち下がり時間Tf は数百ps程度と緩慢である。この
ため、TG =|ΔG/C|(Cは伝搬媒質中の光速)に
より定義されるゲート時間TG がTr <TG ≪Tf であ
るとき、立ち下がり時間Tf より十分に短いある程度の
時間は、制御光パルスCPが半導体光増幅器SLAを通
過した後も屈折率は変化したままとなる。このため、C
CW方向に伝搬する信号光パルスc以降に半導体光増幅
器SLAに入射する信号光パルスd、e、…もまた屈折
率変化を受けることになる。
【0007】一方、CW方向に進む信号光パルスcは、
制御光パルスCPが半導体光増幅器SLAに入射する前
にそこを通過しているため、屈折率変化は受けない。し
かし、信号光パルスcより後に半導体光増幅器SLAを
通過する信号光パルスd、e…は、ΔG/2の値によっ
ては屈折率変化を受ける。
【0008】図9では、制御光パルスCPが半導体光増
幅器SLAを通過した後に半導体光増幅器SLAにより
屈折率変化を受ける信号光パルスをハッチングにより示
す。このように、CW方向とCCW方向とにそれぞれ伝
搬した信号光パルスの間で、屈折率変化により位相差を
生じているのは信号光パルスcだけとする。したがっ
て、その位相差がπとなるように制御光パルスCPの強
度を調整することで、信号光パルス列から信号光パルス
cのみをポート12へ出力できる。
【0009】以上の説明からわかるように、この光ゲー
ト回路では、半導体光増幅器SLAの位置、すなわちΔ
G/2の値を調整することで、ゲート幅を調節できる。
このような光ゲート回路は、超高速多重分離回路として
利用することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ゲー
ト回路では、半導体光増幅器の挿入位置の光ファイバル
ープの中点Mからのずれ(ΔG/2)により光ゲート幅
が決まるため、ゲート幅を狭窄化して超高速光多重分離
回路として動作させるためには、中点Mを正確に見つけ
てΔG/2を決める必要があった。このため、例えば数
psのゲート幅を実現するには、1mm以下の精度で中
点Mを見つけてΔG/2を設定しなければならず、製造
上の困難があった。
【0011】本発明は、このような課題を解決し、中点
Mを見つける必要なしに非線形媒質の挿入位置が決定さ
れる構造の光ゲート回路を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の光ゲート回路
は、ループ状の光路と、このループ状の光路に信号光を
二つに分岐して互いに逆方向に伝搬させた後に互いに干
渉させる第一の光学手段と、ループ状の光路に周期的に
制御光を導入する第二の光学手段と、ループ状の光路に
挿入され、第二の光学手段が導入した制御光により屈折
率が変化して互いに逆方向に伝搬する信号光に位相差を
与える非線形媒質とを備え、第一の光学手段には、制御
光により位相差の生じた信号光による合波光が、実質的
に位相差のない信号光による合波光とは別に出力される
ポートが設けられた光ゲート回路において、ループ状の
光路、第二の光学手段および非線形媒質からなるループ
の長さが、そのループを構成する媒質中の光速Cと制御
光の周期Tとの積で表される光路長L=TCに対してn
L+ΔL(nは正の整数、ΔLはΔL<Lなる正の実
数)に設定され、非線形媒質は、信号光に位相差を生じ
させる時間幅TG に対し、ループの中点からmL/2+
ΔG/2(mは0を除く整数でm=±1、±2、…、±
n、ΔGは実数で|ΔG|=TG C≦L/2)の位置の
いずれか一以上に配置されたことを特徴とする。
【0013】第二の光学手段により前記ループ状の光路
に導入された制御光を第二の光学手段とは別の位置でル
ープ状の光路から除去する第三の光学手段を備えること
がよい。また、ループ状の光路に、前記非線形媒質の光
学的な位置を調節する光遅延回路を挿入することができ
る。
【0014】
【作用】ループ長を制御光の周期に対応する光路長Lよ
り長くとり、制御光の繰り返し周期の半分で決まる光路
長ごとに、制御光の周期の整数倍ずれた信号光どうしが
衝突する位置をループ内に複数存在させる。この衝突位
置からの非線形媒質の位置のずれで光ゲート幅が決定さ
れる。このため、中点Mを見つけることなく光ゲート回
路を実現できる。
【0015】さらに、ループ内に光遅延回路を挿入する
ことで、非線形媒質の位置を衝突位置とその隣り合う衝
突位置に対して精密に調整することが可能となり、非線
形媒質の挿入位置を意識することなく光ゲート回路を実
現できる。
【0016】
【実施例】図1は本発明第一実施例の光ループ回路を示
す図であり、基本的な構成を示す。この実施例は、光フ
ァイバ21〜24によりループ状の光路(光フイァバル
ープ)が形成され、この光ファイバループに信号光を二
つに分岐して互いに逆方向に伝搬させた後に互いに干渉
させる1:1光合分波器CPL1を備える。光合分波器
CPL1は入出力用のポート11、12と光ファイバル
ープが接続されるポート13、14とを備え、ポート1
3には光ファイバ21の一端が接続され、ポート14に
は光ファイバ24の一端が接続される。光ファイバ21
と22との間、22と23との間、および23と24と
の間にはそれぞれ、光合分波器CPL2、半導体光増幅
器SLA、光合分波器CPL3が挿入される。光合分波
器CPL2、CPL3は、光ファイバループへの周期的
な制御光の導入およびその制御光の光ファイバループか
らの除去を行う。半導体光増幅器SLAは、信号光の増
幅を行うとともに、制御光により屈折率が変化して、互
いに逆方向に伝搬する信号光に位相差を与える。逆方向
に伝搬した信号光に位相差がない場合には、その信号光
は光合分波器CPL1で合波されてポート11に出力さ
れる。これに対して信号光に位相差がある場合には、そ
の合波光はポート12に出力される。
【0017】ここで、光ファイバ21〜24、光合分波
器CPL2、CPL3および半導体光増幅器SLAから
なるループの長さは、そのループを構成する媒質中の光
速Cと制御光の周期Tとの積で表される光路長L=TC
に対して、nL+ΔL(nは正の整数、ΔLはΔL<L
なる正の実数)に設定される。また、半導体光増幅器S
LAは、信号光に位相差を生じさせる時間幅TG に対
し、ループの中点MからmL/2+ΔG/2(mは0を
除く整数でm=±1、±2、…、±n、ΔGは実数で|
ΔG|=TG C<L/2)の位置のいずれか一以上に配
置される。以下では、中点Mから正方向をCW(時計回
り)方向、負方向をCCW(反時計回り)方向として説
明する。
【0018】ここで、半導体光増幅器SLAが中点Mか
ら−L+ΔG/2の位置に挿入された場合、すなわちm
=−2、ΔG<0の場合の動作を説明する。ポート11
から時分割多重信号光パルスa、b、c、dが入力され
たとする。ここで信号光パルスは4ビットを周期として
繰り返し、この周期は制御光パルスの周期Tと等しく、
G =|ΔG/C|<T/4であるとする。−L+ΔG
/2の位置では、CW方向に伝搬する信号光パルスと、
その2T前のCWW方向の信号光パルスとが衝突する。
制御光パルスCPは光合分波器CPL3から供給され、
CCW方向の信号光パルスcの直前に半導体光増幅器S
LAに入射するものとする。また、信号光パルスおよび
制御光パルスの偏波はループ内で保持されているものと
する。
【0019】図2は動作を説明する図であり、ループ内
に信号光および制御光パルスが満たされた後の状態を示
す。この図は半導体光増幅器SLA、信号光パルスおよ
び制御光パルスのループ上での位置関係を示し、上部
は、CCW方向の信号光パルスが、制御光パルスCP3
より半導体光増幅器SLAにおいて、この時刻以降に受
ける位相変化を示す。また、図2の下部において、ルー
プ内の位置−Lの左側は、CW方向の信号光パルスが制
御光パルスCP3により半導体光増幅器SLAでこの時
刻以降に受ける位相変化を示す。図2の下部、ループ内
の位置−Lの右側は、制御光パルスCP3より前に半導
体光増幅器SLAに入射した制御光パルスによりCW方
向の信号光パルスが受けた位相変化を示す。
【0020】制御光パルスCP3が半導体光増幅器SL
Aに入射すると、図2に示すように、制御光パルスCP
3以降に半導体光増幅器SLAに入射する信号光のCC
W成分a3、b3、c3およびd3が位相変化を受け
る。一方、CCW方向の信号光a3、b3、c3、d3
と干渉するCW方向の信号光は、制御光パルスが周期的
であるため、制御光パルスCP3より二つ前に半導体光
増幅器SLAに入射した制御光パルスにより、b3、c
3およびd3がすでに位相変化を受けている。
【0021】図3は、CW方向およびCCW方向のそれ
ぞれの信号光パルスと、それらの時間的な位相変化と、
光合分波器CPL1のポート12から出力される信号光
パルスとの関係を示す。この図では、CW方向およびC
CW方向のそれぞれの信号光パルスが半導体光増幅器S
LAにより受けた位相を濃淡により示す。
【0022】図3に示すように、互いに逆方向に回る信
号光パルスa3、a4、a5の位相差がπとなるように
制御光パルスのエネルギを調整することで、これらの信
号光パルスa3、a4、a5がポート12から出力され
る。
【0023】半導体光増幅器SLAの挿入位置はL/2
毎にループ中に複数個あるため、中点Mからの半導体光
増幅器SLAの位置をL/2だけ移動できる光遅延回路
を用いれば、ゲート幅の調整が可能となる。
【0024】図4は本発明第二実施例の光ゲート回路を
示し、具体的な構成を示す。この実施例は、光ファイバ
ループへの制御光の導入および除去のために波長分割多
重光合分波器WDM1、WDM2を用い、光合分波器C
PL1のポート11に光サーキュレータCRCLが接続
されたことが第一実施例と異なる。光ファイバ21〜2
4としては偏波保持光ファイバが用いられ、これらの光
ファイバ21〜24と光合分波器CPL1、半導体光増
幅器SLAおよび波長分割多重光合分波器WDM1、W
DM2とは、ループ内で信号光パルスと制御光パルスと
のそれぞれの偏波状態が直線偏波として保たれるように
接続される。
【0025】光信号はその波長がλ1 であり、ポート1
5から光サーキュレータCRCLを介して光合分波器C
PL1のポート11に入力され、光ファイバ21、24
の主軸に入射する。光合分波器CPL1のポート13か
らポート14に到る光ファイバループの全長LLは、制
御光パルスの周期Tに対応する長さL(L=TC、Cは
ループを構成する媒質中の光速)に対して、 LL=nL+ΔL ただし、nは正の整数、ΔLはΔL<Lなる正の実数 であり、半導体光増幅器SLAの挿入位置MP は、光フ
ァイバループの中点Mを原点として、 MP =mL/2+ΔG/2 ただし、mは0を除く整数でm=|m|≦n、 ΔGは実数で|ΔG|<L/2 である。
【0026】制御光パルス列はλ2 の波長をもち、波長
分割多重光合分波器WDM1またはWDM2から光ファ
イバ22または23の主軸に入射される。特に半導体光
増幅器SLAの利得に偏波依存性がある場合には、半導
体光増幅器SLAの利得のある偏波面と制御光パルスの
偏波面とを一致させる。
【0027】この構成では、CW方向およびCCW方向
の信号光は、半導体光増幅器SLAにおいて、それぞれ
m周期ずれた制御光パルスにより生じた位相変化を受
け、両者の位相差が|ΔG/C|だけ大きくなる。この
位相差をπにするように制御光パルスのエネルギを調整
することにより、光ゲート回路を実現できる。
【0028】光ファイバループで位相差が生じなかった
信号光、すなわちポート11に出力された反射光につい
ては、光サーキュレータCRCLによりポート16に出
力する。
【0029】この実施例では光ファイバ21〜24とし
て偏波保持光ファイバを用いたが、偏波保持性のない光
ファイバを用いる場合には、ループ中に偏波状態制御器
を挿入することにより同様に本発明を実施できる。ま
た、すべての部品をバルクオプティクスで構成すること
もできる。
【0030】図5は本発明第三実施例の光ゲート回路を
示す。この実施例は、波長分割多重光合分波器WDM
1、WDM2の替わりに偏波ビームスプリッタPBS
1、PBS2を用い、光信号と制御光との偏波をループ
内で直交させている点が第二実施例と異なる。この実施
例では、信号光と制御光との波長が同一でもよい。
【0031】図6は本発明第四実施例の光ゲート回路を
示す。この実施例は、ループ内に光遅延回路ODLが挿
入されたことが第二実施例と異なる。すなわち、波長分
割多重光合分波器WDM2と光合分波器CPL1のポー
ト14との間に光遅延回路ODLが挿入され、波長分割
多重光合分波器WDM2と光遅延回路ODLとが光ファ
イバ24により接続され、光遅延回路ODLとポート1
4との間が光ファイバ25により接続される。光遅延回
路ODLは、ループの中点Mからの半導体光増幅器SL
Aの光学的な位置をL/2だけ動かせる遅延量を有す
る。このように、中点Mからの半導体光増幅器SLAの
位置をL/2だけ可変にすることにより、制御光パルス
周期T以内で光ゲート幅TG =|ΔG/C|の調整が可
能となる。
【0032】ここでは光遅延回路ODLがループ内の特
定の位置に挿入された例を示したが、ループ内のいずれ
の位置に挿入されてもよい。
【0033】図7は本発明第五実施例の光ゲート回路を
示す。この実施例は、ループ内に光遅延回路ODLが挿
入されたことが第三実施例と異なる。すなわち、偏波ビ
ームスプリッタPBS2と光合分波器CPL1のポート
14との間に光遅延回路ODLが挿入され、偏波ビーム
スプリッタPBS2と光遅延回路ODLとが光ファイバ
24により接続され、光遅延回路ODLとポート14と
の間が光ファイバ25により接続される。光遅延回路O
DLは、ループの中点Mからの半導体光増幅器SLAの
光学的な位置をL/2だけ動かせる遅延量を有する。こ
のように、中点Mからの半導体光増幅器SLAの位置を
L/2だけ可変にすることにより、制御光パルス周期T
以内で光ゲート幅TG =|ΔG/C|の調整が可能とな
る。
【0034】この実施例の場合にも、光遅延回路ODL
はループ内のいずれの位置に挿入されてもよい。
【0035】以上の実施例ではすべての部品間の接続を
偏波保持光ファイバにより行うものとしたが、偏波保持
性のない光ファイバを用いる場合には、ループ中に偏波
状態制御器を挿入することにより同様に本発明を実施で
きる。また、すべての部品をバルクオプティクスで構成
することもできる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ゲート
回路は、光ループの中点を見つけることなく非線形媒質
の挿入位置を決定できる。また、光遅延回路により中点
Mからの非線形媒質の位置を可変にすることにより、制
御光パルス周期で決まる時間幅以内の光ゲート幅を生み
出すことができる。したがって、光ゲート幅の制御性の
向上および製造の簡単化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す図であり、基本的な
構成を示す図。
【図2】動作を説明する図であり、ループ内に信号光お
よび制御光パルスが満たされた後の状態を示す図。
【図3】動作を説明する図であり、CW方向およびCC
W方向のそれぞれの信号光パルスと、それらの時間的な
位相変化と、光合分波器CPL1のポート12から出力
される信号光パルスとの関係を示す図。
【図4】本発明第二実施例の光ゲート回路を示す図。
【図5】本発明第三実施例の光ゲート回路を示す図。
【図6】本発明第四実施例の光ゲート回路を示す図。
【図7】本発明第五実施例の光ゲート回路を示す図。
【図8】従来例のサニャック干渉計型光ゲート回路の構
成を示す図。
【図9】従来例における光ファイバループ中での信号光
の配置を示す図。
【符号の説明】
11〜16 ポート 21〜25 光ファイバ CLP1〜CLP3 光合分波器 SLA 半導体光増幅器 WDM1、WDM2 波長分割多重光合分波器 PBS1、PBS2 偏波ビームスプリッタ CRCL 光サーキュレータ ODL 光遅延回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猿渡 正俊 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ループ状の光路と、 このループ状の光路に信号光を二つに分岐して互いに逆
    方向に伝搬させた後に互いに干渉させる第一の光学手段
    と、 前記ループ状の光路に周期的に制御光を導入する第二の
    光学手段と、 前記ループ状の光路に挿入され、前記第二の光学手段が
    導入した制御光により屈折率が変化して互いに逆方向に
    伝搬する信号光に位相差を与える非線形媒質とを備え、 前記第一の光学手段には、前記制御光により位相差の生
    じた信号光の合波光がが、実質的に位相差のない信号光
    による合波光とは別に出力されるポートが設けられた光
    ゲート回路において、 前記ループ状の光路、前記第二の光学手段および前記非
    線形媒質からなるループの長さが、そのループを構成す
    る媒質中の光速Cと前記制御光の周期Tとの積で表され
    る光路長L=TCに対してnL+ΔL(nは正の整数、
    ΔLはΔL<Lなる正の実数)に設定され、 前記非線形媒質は、信号光に位相差を生じさせる時間幅
    G に対し、前記ループの中点からmL/2+ΔG/2
    (mは0を除く整数でm=±1、±2、…、±n、ΔG
    は実数で|ΔG|=TG C≦L/2)の位置のいずれか
    一以上に配置されたことを特徴とする光ゲート回路。
  2. 【請求項2】 前記第二の光学手段により前記ループ状
    の光路に導入された制御光を前記第二の光学手段とは別
    の位置で前記ループ状の光路から除去する第三の光学手
    段を備えた請求項1記載の光ゲート回路。
  3. 【請求項3】 前記ループ状の光路には、前記非線形媒
    質の光学的な位置を調節する光遅延回路が挿入された請
    求項1または2記載の光ゲート回路。
JP11680294A 1994-05-30 1994-05-30 光ゲート回路 Expired - Fee Related JP3255208B2 (ja)

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