JPH08179385A - 全光スイッチ - Google Patents
全光スイッチInfo
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- JPH08179385A JPH08179385A JP6320801A JP32080194A JPH08179385A JP H08179385 A JPH08179385 A JP H08179385A JP 6320801 A JP6320801 A JP 6320801A JP 32080194 A JP32080194 A JP 32080194A JP H08179385 A JPH08179385 A JP H08179385A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal light
- light
- optical switch
- polarized
- delay time
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
- G02F1/3517—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/2257—Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure the optical waveguides being made of semiconducting material
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/29—Devices 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 for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3136—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of interferometric switch type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低パワー動作、超高速スイッチングが可能で
あり、長期の安定性に優れる全光スイッチを提供する。 【構成】 信号光を、２つの偏光成分に分離する偏光ビ
ームスプリッタ１と、分離された偏光成分に特定の伝搬
遅延時間差を与えた後に偏光成分を合波する偏光ビーム
スプリッタ２と、制御光により屈折率変化を生じる材料
に合波後の信号光を伝搬させることにより信号光に位相
変調を与える半導体導波路６と、半導体導波路６を通過
した信号光を、再び２つの偏光成分に分離する偏光ビー
ムスプリッタ７と、分離された偏光成分に前とは逆の伝
搬遅延時間差を与え、偏光をそろえた後に、これらを干
渉させるハーフミラー１３とを備える。
あり、長期の安定性に優れる全光スイッチを提供する。 【構成】 信号光を、２つの偏光成分に分離する偏光ビ
ームスプリッタ１と、分離された偏光成分に特定の伝搬
遅延時間差を与えた後に偏光成分を合波する偏光ビーム
スプリッタ２と、制御光により屈折率変化を生じる材料
に合波後の信号光を伝搬させることにより信号光に位相
変調を与える半導体導波路６と、半導体導波路６を通過
した信号光を、再び２つの偏光成分に分離する偏光ビー
ムスプリッタ７と、分離された偏光成分に前とは逆の伝
搬遅延時間差を与え、偏光をそろえた後に、これらを干
渉させるハーフミラー１３とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光で光を直接制御する
全光スイッチに関し、特に光ファイバー通信や光情報処
理等の分野で光制御素子として用いられる超高速全光ス
イッチに関する。
全光スイッチに関し、特に光ファイバー通信や光情報処
理等の分野で光制御素子として用いられる超高速全光ス
イッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバー通信や光情報処理システム
の高速化には、光制御を行う素子の高速化が必要不可欠
である。従来の光制御素子においては、電気信号により
光制御を行う方法（電気−光制御）が採られてきたが、
近年、より高速の動作が期待される方法として、光によ
り光を直接制御する方法（光−光制御）が注目されてい
る。光−光制御方式を用いた場合の利点として、電気回
路のＣＲ時定数により動作速度が制限されないこと、電
気パルスよりも超短パルスの発生が可能な光パルスが直
接利用可能なことが挙げられる。しかし、このような全
光素子を実現するためには、多くの課題が残されてい
る。特に、全光素子の実現においては、素子としての機
能、低パワー特性、信号光の高透過率、そして高い繰り
返しスイッチング速度等いくつもの条件を同時に満足す
る必要がある。機能に関しては、制御光により信号光の
ルートを切り替えるという機能、および従属接続が可能
なことが望ましい。これらを満足する素子形態として、
マッハツェンダー型もしくは方向性結合器型の導波路素
子が考えられる。このうち前者の動作に必要な光パワー
が後者の約半分であるため、マッハツェンダー型導波路
素子が最も優れていると考えられる。
の高速化には、光制御を行う素子の高速化が必要不可欠
である。従来の光制御素子においては、電気信号により
光制御を行う方法（電気−光制御）が採られてきたが、
近年、より高速の動作が期待される方法として、光によ
り光を直接制御する方法（光−光制御）が注目されてい
る。光−光制御方式を用いた場合の利点として、電気回
路のＣＲ時定数により動作速度が制限されないこと、電
気パルスよりも超短パルスの発生が可能な光パルスが直
接利用可能なことが挙げられる。しかし、このような全
光素子を実現するためには、多くの課題が残されてい
る。特に、全光素子の実現においては、素子としての機
能、低パワー特性、信号光の高透過率、そして高い繰り
返しスイッチング速度等いくつもの条件を同時に満足す
る必要がある。機能に関しては、制御光により信号光の
ルートを切り替えるという機能、および従属接続が可能
なことが望ましい。これらを満足する素子形態として、
マッハツェンダー型もしくは方向性結合器型の導波路素
子が考えられる。このうち前者の動作に必要な光パワー
が後者の約半分であるため、マッハツェンダー型導波路
素子が最も優れていると考えられる。
【０００３】どのような形態であろうとも、全光素子の
動作は非線形屈折率変化に基づく。すなわち、非線形屈
折率変化の速度や効率が、素子の速度や動作エネルギー
を決める。種々の非線形屈折率変化を伴う非線形光学現
象があるが、これらを大別すると、まず、共鳴増強型現
象であるか否かに分けられよう。非共鳴型効果を利用す
れば、現状でもＴＨｚ以上の超高繰り返し動作の可能な
素子は考えられるが、問題は、非常に高い光パワーが要
求されることである。そこで、共鳴増強より光強度を低
減することが考えられるが、共鳴増強型効果は、コヒー
レント効果か否かに大別される。超高速応答を達成する
ためには、応答時間が電子系の縦緩和時間により制限さ
れないコヒーレント効果が望ましい。ここで言うコヒー
レント効果とは、光と物質が相互作用する間、電子系の
波動関数の位相と光の位相の間に厳密な相関が保たれる
ものを言う。このためには、光のパルス幅が物質の位相
緩和時間（室温バルクＧａＡｓで０．１−０．２ｐｓ程
度）より短いことが条件となる。パルス幅が位相緩和時
間より広い場合は、キャリアの実励起が生じ、実励起に
よる遅い縦緩和により動作速度が制限されると同時に、
コヒーレント効果の発現を妨げることになる。光パルス
幅が位相緩和時間よりも短い場合でも、実際には２光子
吸収等で実励起が生ずることが指摘されている。実励起
の蓄積は、パルス繰り返し周波数が高いほど顕著にな
る。したがって、１００ＭＨｚ程度（キャリア寿命より
も遅い）のモードロックレーザの発生するフェムト秒級
極超短パルスで観測可能な超高速現象も、繰り返し周波
数を上げていくと、実励起の影響により観測されなくな
ると予測される。以上の理由により、現状ではＡＣ−Ｓ
ｔａｒｋ効果等の共鳴増強型コヒーレント効果を利用し
て超高繰り返し動作が可能な全光素子を実現することは
不可能と考えられる。
動作は非線形屈折率変化に基づく。すなわち、非線形屈
折率変化の速度や効率が、素子の速度や動作エネルギー
を決める。種々の非線形屈折率変化を伴う非線形光学現
象があるが、これらを大別すると、まず、共鳴増強型現
象であるか否かに分けられよう。非共鳴型効果を利用す
れば、現状でもＴＨｚ以上の超高繰り返し動作の可能な
素子は考えられるが、問題は、非常に高い光パワーが要
求されることである。そこで、共鳴増強より光強度を低
減することが考えられるが、共鳴増強型効果は、コヒー
レント効果か否かに大別される。超高速応答を達成する
ためには、応答時間が電子系の縦緩和時間により制限さ
れないコヒーレント効果が望ましい。ここで言うコヒー
レント効果とは、光と物質が相互作用する間、電子系の
波動関数の位相と光の位相の間に厳密な相関が保たれる
ものを言う。このためには、光のパルス幅が物質の位相
緩和時間（室温バルクＧａＡｓで０．１−０．２ｐｓ程
度）より短いことが条件となる。パルス幅が位相緩和時
間より広い場合は、キャリアの実励起が生じ、実励起に
よる遅い縦緩和により動作速度が制限されると同時に、
コヒーレント効果の発現を妨げることになる。光パルス
幅が位相緩和時間よりも短い場合でも、実際には２光子
吸収等で実励起が生ずることが指摘されている。実励起
の蓄積は、パルス繰り返し周波数が高いほど顕著にな
る。したがって、１００ＭＨｚ程度（キャリア寿命より
も遅い）のモードロックレーザの発生するフェムト秒級
極超短パルスで観測可能な超高速現象も、繰り返し周波
数を上げていくと、実励起の影響により観測されなくな
ると予測される。以上の理由により、現状ではＡＣ−Ｓ
ｔａｒｋ効果等の共鳴増強型コヒーレント効果を利用し
て超高繰り返し動作が可能な全光素子を実現することは
不可能と考えられる。
【０００４】これに対してキャリア実励起による共鳴型
インコヒーレント効果の場合は、１ワット以下の低パワ
ー動作が可能と考えられるため、極めて現実的である。
しかしながら、そのスイッチオフ時間（光線形屈折率の
緩和時間）は、キャリアの縦緩和時間（バンド間再結合
時間）により制限される。バンド間再結合時間は、Ｇａ
Ａｓの場合数ナノ秒であるため、光の高速性を生かすこ
とができない。
インコヒーレント効果の場合は、１ワット以下の低パワ
ー動作が可能と考えられるため、極めて現実的である。
しかしながら、そのスイッチオフ時間（光線形屈折率の
緩和時間）は、キャリアの縦緩和時間（バンド間再結合
時間）により制限される。バンド間再結合時間は、Ｇａ
Ａｓの場合数ナノ秒であるため、光の高速性を生かすこ
とができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで何らかの方法
で、バンド充填効果の緩和時間を短縮することが望まし
い。バンド充填効果の緩和時間の高速化にはいくつかの
方法が考えられる。例えば、プロトン照射等により再結
合中心を導入することであるが、場合によっては非線形
性の低下が考えられる。表面準位による緩和時間の高速
化は、エタロンのような単純な形態では有効であるが、
導波路型素子との整合性に疑問が残る上、高速化にも限
界がある。何れにしても、従来のこれらの方法では、光
の高速性を発揮するピコ秒級の動作は不可能であり、同
時に非線形性の低下などの問題が伴った。
で、バンド充填効果の緩和時間を短縮することが望まし
い。バンド充填効果の緩和時間の高速化にはいくつかの
方法が考えられる。例えば、プロトン照射等により再結
合中心を導入することであるが、場合によっては非線形
性の低下が考えられる。表面準位による緩和時間の高速
化は、エタロンのような単純な形態では有効であるが、
導波路型素子との整合性に疑問が残る上、高速化にも限
界がある。何れにしても、従来のこれらの方法では、光
の高速性を発揮するピコ秒級の動作は不可能であり、同
時に非線形性の低下などの問題が伴った。
【０００６】以上のような非線形材料の物性上の問題を
緩和するために、そのスイッチオフ時間が非線形効果の
縦緩和時間に依存しないマッハツェンダー型全光素子が
発明された（田島、特願平５−１６４４５５号、中村
他、アプライド・フィジックス・レターズ誌、６２巻，
９号，９２５−９２７ページ，１９９４年）。この発明
により、前記の非線形材料の緩和時間の問題は解決され
た。しかしながら、この発明による全光素子は、一対の
同一の非線形材料を要求する。現実問題として、完全に
同一の非線形材料を作成することは困難であるため、こ
れらの特性差を補う安定化回路などが要求されるという
問題があった。
緩和するために、そのスイッチオフ時間が非線形効果の
縦緩和時間に依存しないマッハツェンダー型全光素子が
発明された（田島、特願平５−１６４４５５号、中村
他、アプライド・フィジックス・レターズ誌、６２巻，
９号，９２５−９２７ページ，１９９４年）。この発明
により、前記の非線形材料の緩和時間の問題は解決され
た。しかしながら、この発明による全光素子は、一対の
同一の非線形材料を要求する。現実問題として、完全に
同一の非線形材料を作成することは困難であるため、こ
れらの特性差を補う安定化回路などが要求されるという
問題があった。
【０００７】本発明の目的は、そのスイッチオフ時間が
非線形効果の縦緩和時間に依存しないという特性を有す
るとともに、長期間の安定性に優れる全光スイッチを提
供することにある。
非線形効果の縦緩和時間に依存しないという特性を有す
るとともに、長期間の安定性に優れる全光スイッチを提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の全光スイッチ
は、信号光を、縦偏光成分および横偏光成分に分離する
手段と、この分離された２つの偏光成分に特定の伝搬遅
延時間差を与えた後に２つの偏光成分を合波する手段
と、制御光により屈折率変化を生じる材料に合波後の前
記信号光を伝搬させることにより信号光に位相変調を与
える半導体導波路と、この半導体導波路を通過した信号
光を、再び縦偏光成分および横偏光成分に分離する手段
と、この分離された２つの偏光成分に前記とは逆の伝搬
遅延時間差を与えると同時に、両ビームの偏光をそろ
え、これらを干渉させる手段とを備えることを特徴とし
ている。
は、信号光を、縦偏光成分および横偏光成分に分離する
手段と、この分離された２つの偏光成分に特定の伝搬遅
延時間差を与えた後に２つの偏光成分を合波する手段
と、制御光により屈折率変化を生じる材料に合波後の前
記信号光を伝搬させることにより信号光に位相変調を与
える半導体導波路と、この半導体導波路を通過した信号
光を、再び縦偏光成分および横偏光成分に分離する手段
と、この分離された２つの偏光成分に前記とは逆の伝搬
遅延時間差を与えると同時に、両ビームの偏光をそろ
え、これらを干渉させる手段とを備えることを特徴とし
ている。
【０００９】
【作用】本発明の全光スイッチは、効率の高いバンド充
填効果を用いても、効率の高い非線形光学効果の特徴で
ある遅い緩和時間により、そのスイッチング速度が制限
されず、ピコ秒クラスの超高速スイッチングが可能であ
る。また、対称マッハツェンダー型全光スイッチと異な
り、非線形導波路を一本しか要求しないため、長期の安
定性に優れている。
填効果を用いても、効率の高い非線形光学効果の特徴で
ある遅い緩和時間により、そのスイッチング速度が制限
されず、ピコ秒クラスの超高速スイッチングが可能であ
る。また、対称マッハツェンダー型全光スイッチと異な
り、非線形導波路を一本しか要求しないため、長期の安
定性に優れている。
【００１０】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の全光スイッチの一実施例
を示す構成図である。図１において、１，２，７は偏光
ビームスプリッタ、３，４，８，１０は全反射ミラー、
５は波長選択ミラー、６は単一モード半導体導波路、９
は半波長板、１１は直角ミラー、１２はコーナーキュー
ブ、１３はハーフミラーである。半導体導波路６のコア
はＧａＡｓ、クラッドはＡｌＧａＡｓにより構成されて
いる。信号光波長は、半導体導波路６の透明波長帯域で
ある９００ｎｍ、制御光波長は、吸収波長帯域の８７０
ｎｍである。波長選択ミラー５により、制御光は半導体
光導波路６へと結合される。制御光は半値幅１ｐｓの長
短パルスであるため、パルス入射後瞬時（１ｐｓ）に、
半導体導波路６内には平均密度で３×１０16／ｃｃの光
キャリア（電子−成功プラズマ）が生成される。この光
キャリア生成により半導体導波路コア部の屈折率が変化
（非線形屈折率変化）し、その結果、半導体導波路６を
通過する信号光は、位相にしてパイラヂアンの位相変調
を受ける。前記光キャリアの寿命は１ｎｓであり、位相
変調は、第一近似として初期値がパイラヂアンで時定数
１ｎｓの指数関数となる。図２のに、この様子を示
す。前記のごとく時定数が１ｎｓであるため、図２に示
すように、数十ピコ秒の間では、位相変調度、つまりキ
ャリア密度はほとんど変化しない。
て説明する。図１は、本発明の全光スイッチの一実施例
を示す構成図である。図１において、１，２，７は偏光
ビームスプリッタ、３，４，８，１０は全反射ミラー、
５は波長選択ミラー、６は単一モード半導体導波路、９
は半波長板、１１は直角ミラー、１２はコーナーキュー
ブ、１３はハーフミラーである。半導体導波路６のコア
はＧａＡｓ、クラッドはＡｌＧａＡｓにより構成されて
いる。信号光波長は、半導体導波路６の透明波長帯域で
ある９００ｎｍ、制御光波長は、吸収波長帯域の８７０
ｎｍである。波長選択ミラー５により、制御光は半導体
光導波路６へと結合される。制御光は半値幅１ｐｓの長
短パルスであるため、パルス入射後瞬時（１ｐｓ）に、
半導体導波路６内には平均密度で３×１０16／ｃｃの光
キャリア（電子−成功プラズマ）が生成される。この光
キャリア生成により半導体導波路コア部の屈折率が変化
（非線形屈折率変化）し、その結果、半導体導波路６を
通過する信号光は、位相にしてパイラヂアンの位相変調
を受ける。前記光キャリアの寿命は１ｎｓであり、位相
変調は、第一近似として初期値がパイラヂアンで時定数
１ｎｓの指数関数となる。図２のに、この様子を示
す。前記のごとく時定数が１ｎｓであるため、図２に示
すように、数十ピコ秒の間では、位相変調度、つまりキ
ャリア密度はほとんど変化しない。
【００１１】信号光は、図１の紙面に対して４５度に偏
光しているため、偏光ビームスプリッタ１で２分され
る。偏光ビームスプリッタ１を透過する成分は、横（紙
面内）に偏光しており、以後Ｐ偏光と呼ぶ。偏光ビーム
スプリッタ１で反射する成分は、縦偏光成分で３偏光と
呼ぶ。偏光ビームスプリッタ１で二分されたビームは、
再び偏光ビームスプリッタ２により合波されるが、光路
長差により、Ｓ成分およびＰ成分には時間差が生じる。
この状態を図２のに示す。実際には、２ビームは合波
されているが、簡単のために分けて示してある。その
後、合波された信号光は、波長選択ミラー５を通過し
て、半導体導波路６へ入射する。ここで前記のように半
導体導波路６は、制御光により励起され、図２のに示
された位相変調を信号光に加える。その結果、信号光の
位相は、図２のに示すように変化する。同図において
黒パルスのみがパイの位相シフトを受ける。半導体導波
路６を通過した信号光は、偏光ビームスプリッタ７によ
り、以前と同じようにＰ成分およびＳ成分に分解され
る。その後、直角ミラー１１とコーナーキューブ１２か
らなる光遅延回路で、Ｐ成分およびＳ成分に、以前とは
逆の時間差を与えると同時に、半波長板９により、Ｐ偏
光ビームをＳ偏光に回転させる。この様子を図２のに
示す。これらの２ビームは、ハーフミラー１３で干渉す
るが、そのとき互いに干渉する光の位相の差によって、
信号光の出口が異なる。この状態を図２のに示す。す
なわち、最初のパルスは、ともに位相変調を受けていな
いため、干渉の結果、信号光出口ａ方向では強め合い、
信号光出口ｂでは弱め合う。従って、最初のパルスは、
信号光出口ａに現れる。２番目のパルスは、２ビーム間
で位相がパイラヂアン異なる。その結果、干渉の状態が
逆転し、第２のパルスは、信号光出口ｂへと導かれる。
３番目のパルスは、両方ともパイラヂアンの位相変調を
受けたため、相対位相差はない。従って、第３のパルス
は、最初のパルスと同じ干渉を経て信号光出口ａに導か
れる。以上説明したように、本全光スイッチは、図２の
に示したように、緩和時間が遅い非線形屈折率変化
（高感度非線形屈折率の特徴）を用いているにもかかわ
らず、超高速スイッチングが可能であり、かつ非線形発
現部（半導体導波路６）を一つしか必要としないため、
長期の安定性に優れている。
光しているため、偏光ビームスプリッタ１で２分され
る。偏光ビームスプリッタ１を透過する成分は、横（紙
面内）に偏光しており、以後Ｐ偏光と呼ぶ。偏光ビーム
スプリッタ１で反射する成分は、縦偏光成分で３偏光と
呼ぶ。偏光ビームスプリッタ１で二分されたビームは、
再び偏光ビームスプリッタ２により合波されるが、光路
長差により、Ｓ成分およびＰ成分には時間差が生じる。
この状態を図２のに示す。実際には、２ビームは合波
されているが、簡単のために分けて示してある。その
後、合波された信号光は、波長選択ミラー５を通過し
て、半導体導波路６へ入射する。ここで前記のように半
導体導波路６は、制御光により励起され、図２のに示
された位相変調を信号光に加える。その結果、信号光の
位相は、図２のに示すように変化する。同図において
黒パルスのみがパイの位相シフトを受ける。半導体導波
路６を通過した信号光は、偏光ビームスプリッタ７によ
り、以前と同じようにＰ成分およびＳ成分に分解され
る。その後、直角ミラー１１とコーナーキューブ１２か
らなる光遅延回路で、Ｐ成分およびＳ成分に、以前とは
逆の時間差を与えると同時に、半波長板９により、Ｐ偏
光ビームをＳ偏光に回転させる。この様子を図２のに
示す。これらの２ビームは、ハーフミラー１３で干渉す
るが、そのとき互いに干渉する光の位相の差によって、
信号光の出口が異なる。この状態を図２のに示す。す
なわち、最初のパルスは、ともに位相変調を受けていな
いため、干渉の結果、信号光出口ａ方向では強め合い、
信号光出口ｂでは弱め合う。従って、最初のパルスは、
信号光出口ａに現れる。２番目のパルスは、２ビーム間
で位相がパイラヂアン異なる。その結果、干渉の状態が
逆転し、第２のパルスは、信号光出口ｂへと導かれる。
３番目のパルスは、両方ともパイラヂアンの位相変調を
受けたため、相対位相差はない。従って、第３のパルス
は、最初のパルスと同じ干渉を経て信号光出口ａに導か
れる。以上説明したように、本全光スイッチは、図２の
に示したように、緩和時間が遅い非線形屈折率変化
（高感度非線形屈折率の特徴）を用いているにもかかわ
らず、超高速スイッチングが可能であり、かつ非線形発
現部（半導体導波路６）を一つしか必要としないため、
長期の安定性に優れている。
【００１２】上記実施例では種々の光学部品を組み合わ
せて全光スイッチを構成したが、本発明のもう一つの優
れた点は、半導体チップにより実現可能である点にあ
る。このような半導体による実施例を図３に示す。図３
は、半導体チップの上面図である。図３において、１０
１，１０２，１０７はＴＥ−ＴＭスプリッタ、１０５は
波長選択カプラ、１０６は非線形導波路、１０９はＴＥ
−ＴＭ変換器、１１３は３ｄＢカプラである。この半導
体のウエハは、図１の半導体導波路６と同様の構造を持
っている。そのウエハ上に図３に示す構造をエッチング
により形成してある。エッチングはコア層よりも深いた
め、リッジ型の導波路としたが、これはストライプ挿袈
型など他の形式でもかまわない。ただし非線形導波路１
０６は、選択成長や埋め込み再成長などにより、他の導
波路部分よりバンドギャップが狭いコア層を持ってい
る。非線形導波路１０６が、図１の実施例の半導体導波
路６に相当する。また、図３において、ＴＥ−ＴＭスプ
リッタ１０１，１０２，１０７は、図１の偏光ビームス
プリッタ１，２，７に相当する。同様に、図３の波長選
択カプラ１０５、ＴＥ−ＴＭ変換器１０９、３ｄＢカプ
ラ１１３は、それぞれ図１の波長選択ミラー３，半波長
板５、そしてハーフミラー１３と同等の作用を持ってい
る。従って、図３の実施例の動作原理は、図１のものと
同じである。なお、ＴＥ−ＴＭスプリッタ１０１，１０
２，１０７やＴＥ−ＴＭ変換器１０９は、導波路のＴＥ
とＴＥモードの伝搬定数の差を適当に設定することによ
り実現可能である。
せて全光スイッチを構成したが、本発明のもう一つの優
れた点は、半導体チップにより実現可能である点にあ
る。このような半導体による実施例を図３に示す。図３
は、半導体チップの上面図である。図３において、１０
１，１０２，１０７はＴＥ−ＴＭスプリッタ、１０５は
波長選択カプラ、１０６は非線形導波路、１０９はＴＥ
−ＴＭ変換器、１１３は３ｄＢカプラである。この半導
体のウエハは、図１の半導体導波路６と同様の構造を持
っている。そのウエハ上に図３に示す構造をエッチング
により形成してある。エッチングはコア層よりも深いた
め、リッジ型の導波路としたが、これはストライプ挿袈
型など他の形式でもかまわない。ただし非線形導波路１
０６は、選択成長や埋め込み再成長などにより、他の導
波路部分よりバンドギャップが狭いコア層を持ってい
る。非線形導波路１０６が、図１の実施例の半導体導波
路６に相当する。また、図３において、ＴＥ−ＴＭスプ
リッタ１０１，１０２，１０７は、図１の偏光ビームス
プリッタ１，２，７に相当する。同様に、図３の波長選
択カプラ１０５、ＴＥ−ＴＭ変換器１０９、３ｄＢカプ
ラ１１３は、それぞれ図１の波長選択ミラー３，半波長
板５、そしてハーフミラー１３と同等の作用を持ってい
る。従って、図３の実施例の動作原理は、図１のものと
同じである。なお、ＴＥ−ＴＭスプリッタ１０１，１０
２，１０７やＴＥ−ＴＭ変換器１０９は、導波路のＴＥ
とＴＥモードの伝搬定数の差を適当に設定することによ
り実現可能である。
【００１３】以上、本発明の全光スイッチに関して、実
施例を用いて説明したが、本発明は実施例に限られるも
のではない。本実施例ではＧａＡｓ系の材料を用いた
が、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓなど他の材
料系でも、それぞれの波長において適用可能である。ま
た、本実施例では、半導体導波路のバンド充填効果によ
る非線形屈折率変化を用いたが、これはキャリアを電流
で注入された半導体の非線形性（Ｒ．Ｊ．マニング他、
エレクトロニクス・レターズ誌、第３０巻、１０合、７
８７−７８８ページ、１９９４年）を用いても全く同様
の効果を得ることができる。また、本実施例で用いた種
々の光学部品、コンポーネントも同様の効果を得ること
ができるものであれば、他の形式でもかまわない。
施例を用いて説明したが、本発明は実施例に限られるも
のではない。本実施例ではＧａＡｓ系の材料を用いた
が、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓなど他の材
料系でも、それぞれの波長において適用可能である。ま
た、本実施例では、半導体導波路のバンド充填効果によ
る非線形屈折率変化を用いたが、これはキャリアを電流
で注入された半導体の非線形性（Ｒ．Ｊ．マニング他、
エレクトロニクス・レターズ誌、第３０巻、１０合、７
８７−７８８ページ、１９９４年）を用いても全く同様
の効果を得ることができる。また、本実施例で用いた種
々の光学部品、コンポーネントも同様の効果を得ること
ができるものであれば、他の形式でもかまわない。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の全光スイ
ッチは、高感度非線形屈折率効果を用いることで低パワ
ー動作が可能であり、このような非線形屈折率変化の宿
命である遅い緩和時間により制限されない超高速光スイ
ッチングが可能であり、かつ非線形発現部を一つしか必
要としないため、長期の安定性に優れている。
ッチは、高感度非線形屈折率効果を用いることで低パワ
ー動作が可能であり、このような非線形屈折率変化の宿
命である遅い緩和時間により制限されない超高速光スイ
ッチングが可能であり、かつ非線形発現部を一つしか必
要としないため、長期の安定性に優れている。
【図１】本発明の全光スイッチの一実施例を示す構成図
である。
である。
【図２】本実施例の動作原理を説明する図である。
【図３】本発明の全光スイッチの他の実施例を示す半導
体チップの上面図である。
体チップの上面図である。
１，２，７ 偏光ビームスプリッタ ３，４，８，１０ 全反射ミラー ５ 波長選択ミラー ６ 半導体導波路 ９ 半波長板 １１ 直角ミラー １２ コーナーキューブ １３ ハーフミラー １０１，１０２，１０７ ＴＥ−ＴＭスプリッタ １０５ 波長選択カプラ １０６ 非線形導波路 １０９ ＴＥ−ＴＭ変換器 １１３ ３ｄＢカプラ
Claims (4)
- 【請求項１】信号光を、縦偏光成分および横偏光成分に
分離する手段と、 この分離された２つの偏光成分に特定の伝搬遅延時間差
を与えた後に２つの偏光成分を合波する手段と、 制御光により屈折率変化を生じる材料に合波後の前記信
号光を伝搬させることにより信号光に位相変調を与える
半導体導波路と、 この半導体導波路を通過した信号光を、再び縦偏光成分
および横偏光成分に分離する手段と、 この分離された２つの偏光成分に前記とは逆の伝搬遅延
時間差を与えると同時に、両ビームの偏光をそろえ、こ
れらを干渉させる手段とを備えることを特徴とする全光
スイッチ。 - 【請求項２】請求項１記載の全光スイッチにおいて、前
記半導体導波路は、コアがＧａＡｓで構成され、クラッ
ドがＡｌＧａＡｓで構成されていることを特徴とする全
光スイッチ。 - 【請求項３】請求項１記載の全光スイッチであって、半
導体チップで形成されていることを特徴とする全光スイ
ッチ。 - 【請求項４】信号光を、縦偏光成分および横偏光成分に
分離し、分離されたこれらの２ビームに特定の伝搬遅延
時間差を与えた後、これらの２ビームを合波し、合波後
のビームを屈折率変化の生じる材料を伝搬させることに
より位相変調を与え、その後再び縦偏光成分および横偏
光成分に分離し、前記とは逆の伝搬遅延時間差を与える
と同時に、両ビームの偏光をそろえ、これらを干渉させ
ることを特徴とする光制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320801A JP2629624B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 全光スイッチ |
| EP02020000A EP1262818A3 (en) | 1994-12-22 | 1995-12-12 | All-optical switch |
| EP95119591A EP0718669B1 (en) | 1994-12-22 | 1995-12-12 | All-optical switch |
| DE69531335T DE69531335T2 (de) | 1994-12-22 | 1995-12-12 | Rein optischer Schalter |
| US08/580,061 US5710845A (en) | 1994-12-22 | 1995-12-20 | All-optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6320801A JP2629624B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 全光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08179385A true JPH08179385A (ja) | 1996-07-12 |
| JP2629624B2 JP2629624B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=18125397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6320801A Expired - Fee Related JP2629624B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 全光スイッチ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5710845A (ja) |
| EP (2) | EP1262818A3 (ja) |
| JP (1) | JP2629624B2 (ja) |
| DE (1) | DE69531335T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6323992B1 (en) | 1998-06-29 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Wavelength converter and wavelength conversion method |
| US6337762B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-01-08 | Nec Corporation | All-optical switch and wavelength converter |
| US6498885B1 (en) | 1998-08-05 | 2002-12-24 | Nec Corporation | Semiconductor nonlinear waveguide and optical switch |
| US8086112B2 (en) | 2006-08-25 | 2011-12-27 | National Institute Of Information And Communications Technology | Optical signal processing circuit |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3751052B2 (ja) * | 1994-12-28 | 2006-03-01 | シャープ株式会社 | 集積型光制御素子およびその作製方法、並びにそれを備えた光集積回路素子および光集積回路装置 |
| KR100483981B1 (ko) | 1996-02-22 | 2005-11-11 | 가부시키가이샤 니콘 | 펄스폭신장광학계및이러한광학계를갖춘노광장치 |
| JPH10301151A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Nec Corp | 波長変換器 |
| US6314215B1 (en) | 1998-09-17 | 2001-11-06 | New Mexico State University Technology Transfer Corporation | Fast all-optical switch |
| US6721508B1 (en) * | 1998-12-14 | 2004-04-13 | Tellabs Operations Inc. | Optical line terminal arrangement, apparatus and methods |
| US6298180B1 (en) | 1999-09-15 | 2001-10-02 | Seng-Tiong Ho | Photon transistors |
| US6473541B1 (en) | 1999-09-15 | 2002-10-29 | Seng-Tiong Ho | Photon transistors |
| US6694066B2 (en) * | 2001-02-14 | 2004-02-17 | Finisar Corporation | Method and apparatus for an optical filter |
| US6603904B1 (en) | 2001-03-28 | 2003-08-05 | Jaffalight Holdings Llc | All optical narrow pulse generator and switch for dense time division multiplexing and code division multiplexing |
| US7106508B2 (en) * | 2001-06-11 | 2006-09-12 | Finisar Corporation | Hybrid cell |
| US6794265B2 (en) * | 2001-08-02 | 2004-09-21 | Ultradots, Inc. | Methods of forming quantum dots of Group IV semiconductor materials |
| US7005669B1 (en) | 2001-08-02 | 2006-02-28 | Ultradots, Inc. | Quantum dots, nanocomposite materials with quantum dots, devices with quantum dots, and related fabrication methods |
| US6710366B1 (en) | 2001-08-02 | 2004-03-23 | Ultradots, Inc. | Nanocomposite materials with engineered properties |
| US6819845B2 (en) * | 2001-08-02 | 2004-11-16 | Ultradots, Inc. | Optical devices with engineered nonlinear nanocomposite materials |
| US20030066998A1 (en) * | 2001-08-02 | 2003-04-10 | Lee Howard Wing Hoon | Quantum dots of Group IV semiconductor materials |
| US20040062465A1 (en) * | 2002-10-01 | 2004-04-01 | Woodley Bruce Robert | Apparatus and method for measuring optical power as a function of wavelength |
| US7432517B2 (en) * | 2004-11-19 | 2008-10-07 | Asml Netherlands B.V. | Pulse modifier, lithographic apparatus, and device manufacturing method |
| WO2007053677A2 (en) * | 2005-11-01 | 2007-05-10 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Polarization coupling cube-corner retro-reflectors |
| CN103837995B (zh) * | 2014-03-24 | 2015-12-30 | 电子科技大学 | 一种多路等差光延时系统 |
| CN109709685A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-03 | 曲阜师范大学 | 一种非偏振激光转线偏振激光的装置 |
| CN112558334A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种超快光开关及光调制的结构 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE4021293A1 (de) * | 1990-07-04 | 1992-01-16 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Bistabiler optischer schalter |
| US5305136A (en) * | 1992-03-31 | 1994-04-19 | Geo-Centers, Inc. | Optically bidirectional fast optical switch having reduced light loss |
| US5317658A (en) * | 1992-04-06 | 1994-05-31 | At&T Bell Laboratories | Apparatus and method for providing a polarization independent optical switch |
| JP2531443B2 (ja) * | 1993-07-02 | 1996-09-04 | 日本電気株式会社 | 全光素子 |
| US5455877A (en) * | 1994-10-27 | 1995-10-03 | Bell Communications Research, Inc. | Multi-channel wavelength-routing switch using acousto-optic polarization converters |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP6320801A patent/JP2629624B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-12 EP EP02020000A patent/EP1262818A3/en not_active Withdrawn
- 1995-12-12 DE DE69531335T patent/DE69531335T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-12 EP EP95119591A patent/EP0718669B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-20 US US08/580,061 patent/US5710845A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| DE69531335T2 (de) | 2004-04-15 |
| EP1262818A2 (en) | 2002-12-04 |
| US5710845A (en) | 1998-01-20 |
| EP1262818A3 (en) | 2003-04-23 |
| EP0718669A2 (en) | 1996-06-26 |
| EP0718669B1 (en) | 2003-07-23 |
| DE69531335D1 (de) | 2003-08-28 |
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