JPH10197909A - Optical switching device - Google Patents

Optical switching device

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JPH10197909A
JPH10197909A JP73297A JP73297A JPH10197909A JP H10197909 A JPH10197909 A JP H10197909A JP 73297 A JP73297 A JP 73297A JP 73297 A JP73297 A JP 73297A JP H10197909 A JPH10197909 A JP H10197909A
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optical
signal
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慎吾 石原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switching device by a heterodyne detection system of simple constitution. SOLUTION: The light pulses generated by a titanium sapphire laser 2 are divided by a beam splitter 4 to pumping light 14 and probe light 15 and are made incident at the same point of a nonlinear optical element 18 by a lens 16. Glan-tailer polarization prism pairs 17, 21 of which the planes of polarization of transmitted light intersect orthogonally with each other are arranged on a probe optical path. The Kerr signal obtd. by simultaneously making the pumping light 14 and the probe light 15 incident and the probe transmitted light of the Glan-tailer polarization prism 21 generated by impressing a stress on the nonlinear optical element 18 by using a material holder 19 are made output. As this time, the external force shown by an arrow 27 is impressed on the nonlinear optical element 18 by the sample holder 19 so that heterodyne amplification is obtd. by the stress generated in the nonlinear optical element 18 in such a manner.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、次世代光通信技
術、光情報処理技術に必要な超高速で動作する光スイッ
チ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-high-speed optical switch device required for next-generation optical communication technology and optical information processing technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】高度情報化社会の到来に伴い、光通信、
光情報処理技術の分野で、超高速光スイッチ素子の必要
性が高まっている。例えば、光ファイバ通信システムを
用いた大容量基幹通信網を例に挙げると、現在、このシ
ステムでは、送信機、或いは受信機で、電気信号から光
信号への変換、或いはその逆変換を行っており、ここで
光スイッチの高速化が必要になる。
2. Description of the Related Art With the advent of an advanced information society, optical communications,
In the field of optical information processing technology, the need for ultra-high-speed optical switching devices has been increasing. For example, taking a large-capacity trunk communication network using an optical fiber communication system as an example, at present, in this system, a transmitter or a receiver performs conversion from an electric signal to an optical signal or vice versa. Here, the speed of the optical switch needs to be increased.

【0003】しかし、データ転送速度が更に上昇する
と、現状の電子回路では追随できなくなると指摘されて
おり、これを克服すべく様々な基礎研究が進められてい
る。なお、この点についての詳細な説明は、例えば、次
の文献に記載されている。“アイ トリプル イー サー
キット アンド デバイスマガジン”(P.W.Smith,IE
EE Circuits and devices magazine,May,9(1987))に
記載されている。
However, it has been pointed out that if the data transfer rate further increases, it will be impossible to follow the current electronic circuit, and various basic researches are being advanced to overcome this. A detailed description on this point is described in, for example, the following document. “I Triple E Circuit and Device Magazine” (PWSmith, IE
EE Circuits and devices magazine, May, 9 (1987)).

【0004】ところで、この超高速光スイッチ素子の候
補の1として、3次非線形光学効果を用いた光制御光ス
イッチがある。そこで、この光制御光スイッチの概念
を、図2に示すカーシャッタ配置縮退4光波混合法を用
いて説明する。
As one of the candidates for the ultrahigh-speed optical switch element, there is an optical control optical switch using a third-order nonlinear optical effect. Therefore, the concept of the light control optical switch will be described using a car shutter arrangement degenerate four-wave mixing method shown in FIG.

【0005】図2(a)、(b)において、図示してない光源
から発生した光をプローブ光32とし、その光路上に、
透過光に対する偏光面が直交する偏光子33、36を対
にして設置し、これらの間に、例えば二硫化炭素などの
非線形光学媒体35を設置する。ここで、図示のよう
に、偏光子33の偏光面は紙面と平行で、偏光子36の
偏光面は紙面と垂直であり、従って、偏光子33を透過
したプローブ光32の偏光面は鉛直方向に平行な直線偏
光プローブ光38になる。
In FIGS. 2 (a) and 2 (b), light generated from a light source (not shown) is used as a probe light 32.
Polarizers 33 and 36 whose polarization planes to the transmitted light are orthogonal to each other are installed in pairs, and a non-linear optical medium 35 such as carbon disulfide is installed between them. Here, as shown in the figure, the polarization plane of the polarizer 33 is parallel to the paper plane, and the polarization plane of the polarizer 36 is perpendicular to the paper plane. Therefore, the polarization plane of the probe light 32 transmitted through the polarizer 33 is in the vertical direction. Becomes a linearly polarized probe light 38 parallel to.

【0006】従って、このままの状態では、図2(a)に
示すように、第1の偏光子33を通過した垂直の直線偏
光プローブ光38が、そのまま非線形光学媒体35を通
過して第2の偏光子36に到達するので、ここで遮られ
てしまう。つまり、この図2(a)のように、プローブ光
32だけを非線形光学媒体35に入射した場合には、偏
光子36を透過する光は検出されないので、この状態を
スイッチOFF状態に対応させる。
Therefore, in this state, as shown in FIG. 2A, the vertical linearly polarized probe light 38 passing through the first polarizer 33 passes through the nonlinear optical medium 35 as it is, Since the light reaches the polarizer 36, it is blocked here. That is, as shown in FIG. 2A, when only the probe light 32 is incident on the nonlinear optical medium 35, the light transmitted through the polarizer 36 is not detected, and this state corresponds to the switch OFF state.

【0007】次に、図2(b)に示すように、プローブ光
32と同じ光源からの光を、プローブ光32から分岐さ
せてポンプ光34とし、これを鉛直方向から45°傾い
た直線偏光ポンプ光39とした上で、非線形光学媒体3
5の直線偏光プローブ光38の入射点と同一点に入射し
たとする。
Next, as shown in FIG. 2B, light from the same light source as the probe light 32 is branched from the probe light 32 to form a pump light 34, which is linearly polarized at an angle of 45 ° from the vertical direction. After the pump light 39, the nonlinear optical medium 3
It is assumed that the light is incident on the same point as the incident point of the linearly polarized probe light 38 of No. 5.

【0008】そうすると、このポンプ光39の入射によ
り、その偏光面に平行な方向と垂直な方向で、非線形光
学媒体35に屈折率の異方性が発生し、この結果、プロ
ーブ光の偏光面が直線偏光38から楕円偏光40とな
り、偏光子36を透過する光が現われるので、これをス
イッチON状態に対応させるのである。
Then, the incidence of the pump light 39 causes anisotropy of the refractive index in the nonlinear optical medium 35 in a direction perpendicular to the direction parallel to the plane of polarization of the pump light 39. As a result, the plane of polarization of the probe light is changed. The linearly polarized light 38 is converted into the elliptically polarized light 40, and light that passes through the polarizer 36 appears. This corresponds to the switch ON state.

【0009】ここで、このような光スイッチの性能指標
としては、一応、次の3種が選ばれている。 信号強度に対応する3次非線形光学感受率χ(3) スイッチング時間に対応する応答時間τ 透明性を示す吸収係数α
Here, as the performance index of such an optical switch, the following three types are tentatively selected. Third-order nonlinear optical susceptibility corresponding to signal strength χ (3) Response time τ corresponding to switching time Absorption coefficient α indicating transparency

【0010】そして、それらの目標値としては、それぞ
れ以下の通り挙げられている。 χ(3)>10-7〔esu〕 τ <1 〔ps〕 α <102〔cm-1
[0010] The target values are listed below. χ (3) > 10 -7 [esu] τ <1 [ps] α <10 2 [cm -1 ]

【0011】しかしながら、現状では、上記目標値を満
たす材料は見つかっていない。なお、この光スイッチに
ついての詳細な説明は、通商産業省工業技術院次世代産
業技術企画官室監修「世界に翔く次世代プロジェクト」
ケイブン出版(1992年)の第5章「光電子材料」に記
載されている。
However, at present, no material satisfying the above target value has been found. For a detailed description of this optical switch, please refer to the “Next-Generation Project Around the World”
It is described in Chapter 5 “Optoelectronic Materials” of Kabun Publishing (1992).

【0012】一方、上記の材料の開発と共に、このよう
な光スイッチの検出感度を高める研究も進められている
が、その中で、高感度が期待される検出方法として、光
ヘテロダイン検出法がある。そこで、このヘテロダイン
検出法について、図2に示したカーシャッタ配置の光ス
イッチに適用した場合を例にして、図3により説明す
る。この図3において、全体の配置は図2と同じである
が、ここでは、偏光子36の偏光軸51を、偏光子33
の偏光軸47との直交状態から微小角度(<1°)だけ回
転させ、プローブ光32の一部が、偏光子36から透過
されるようにしておく(38→40→46)。
On the other hand, along with the development of the above-mentioned materials, researches for increasing the detection sensitivity of such optical switches have been advanced. Among them, an optical heterodyne detection method is one of the detection methods expected to have high sensitivity. . Therefore, this heterodyne detection method will be described with reference to FIG. 3 by taking as an example a case where the heterodyne detection method is applied to the optical switch having the car shutter arrangement shown in FIG. In FIG. 3, the overall arrangement is the same as in FIG. 2, except that the polarization axis 51 of the polarizer 36 is
Is rotated by a small angle (<1 °) from the orthogonal state with the polarization axis 47 so that a part of the probe light 32 is transmitted from the polarizer 36 (38 → 40 → 46).

【0013】そして、この状態で、ポンプ光39を、プ
ローブ光32と同時に非線形光学媒体35に入射させ、
このときの偏光子36からの透過光46の光強度をIT
とすると、これは次の(1)式を満たす。 IT=ILO+n2c/(8π)(E* RLO+E* LOR)+IR …………(1) ここで、n2:線形屈折率 c :光速度 ILO:ポンプ光39とプローブ光32による信号光の光
強度 ELO:ポンプ光39とプローブ光32による信号光の光
電場、 IR:偏光子33、36のミスアライメントによるプロ
ーブ透過光の光強度 ER:偏光子33、36のミスアライメントによるプロ
ーブ透過光の光電場 なお、以後、プローブ透過光を参照光と記す場合もあ
る。
In this state, the pump light 39 is made incident on the nonlinear optical medium 35 simultaneously with the probe light 32,
At this time, the light intensity of the transmitted light 46 from the polarizer 36 is represented by I T
Then, this satisfies the following equation (1). I T = I LO + n 2 c / (8π) (E * R E LO + E * LO E R) + I R ............ (1) where, n 2: Linear refractive index c: light velocity I LO: Pump light intensity of the signal light by the optical 39 and the probe light 32 E LO: the optical field of the signal light by pumping light 39 and the probe light 32, I R: light intensity of the probe light transmitted by the misalignment of the polarizer 33, 36 E R: Optical field of probe transmitted light due to misalignment of polarizers 33 and 36 Note that the probe transmitted light may be hereinafter referred to as reference light.

【0014】上記(1)式の右辺で、第1項は通常の信号
光で、第2項は干渉によって得られたヘテロ増幅光とな
り、第3項が参照光によるものである。参照光IR が信
号光ILOに比べて大きい場合には、このヘテロ増幅光
は、通常の信号光ILOに比べて、2√|ER|/|ELO|大
きくなる。そこで、ヘテロダイン検出法では、この干渉
により得られたヘテロ増幅光を検出することにより、高
い感度が得られるようにしたものである。
In the right side of the above equation (1), the first term is a normal signal light, the second term is a hetero-amplified light obtained by interference, and the third term is a reference light. When the reference light I R is larger than the signal light I LO , the hetero-amplified light is larger than the normal signal light I LO by 2E | E R | / | E LO |. Therefore, in the heterodyne detection method, high sensitivity is obtained by detecting the hetero-amplified light obtained by the interference.

【0015】このヘテロダイン検出法について、McM
orrow等は、二硫化炭素溶液のヘテロダインカー測
定を行い、通常のカーシグナルの30〜50倍の強度の
シグナルを観測した。
This heterodyne detection method is described in McM
Orrow et al. performed heterodyne Kerr measurement of a carbon disulfide solution and observed a signal having an intensity 30 to 50 times that of a normal Kerr signal.

【0016】なお、このカーシャッタ配置ヘテロダイン
検出については、文献、アイトリプルイー ジャーナル
クオンタム エレクトロニクス(D.McMorrow、W.T.Lots
haw、and G.A. Kenney-Wallace、IEEE J.Quantum Electro
n.24巻、443頁(1988))に記載されている。
Note that this car shutter arrangement heterodyne detection is described in the literature, iTripleE Journal Quantum Electronics (D. McMorrow, WTLots
haw, and GA Kenney-Wallace, IEEE J. Quantum Electro
n. 24, p. 443 (1988)).

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光学
要素の配置に高精度を要する点について配慮がされてい
るとは言えず、構成が複雑化してしまうという問題があ
った。すなわち、上記した従来技術に夜カーシャッタ配
置光ヘテロダイン検出方式の装置では、プローブ光の光
路上にある偏光子対を直交状態から微小角度ずらす必要
があり、このためホルダに高精度が要求され、構成が複
雑になってしまうのである。本発明の目的は、簡単な構
成のヘテロダイン検出方式による光スイッチ装置を提供
することにある。
The prior art described above does not take into account the fact that the arrangement of the optical elements requires high precision, and has a problem that the configuration is complicated. That is, in the apparatus of the night car shutter arrangement optical heterodyne detection system according to the above-described conventional technology, it is necessary to shift the polarizer pair on the optical path of the probe light from the orthogonal state by a small angle. The structure becomes complicated. An object of the present invention is to provide an optical switch device using a heterodyne detection system having a simple configuration.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的は、3次非線形
光学効果を示す非線形光学媒体を用い、該非線形光学媒
体内におけるポンプ光とプローブ光の3次非線形光学過
程で発生する信号光と参照光により、上記信号光のヘテ
ロダイン増幅を行う方式の光スイッチ装置において、前
記非線形光学媒体を、応力により屈折率異方性が付与さ
れた媒体で構成することにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to use a nonlinear optical medium exhibiting a third-order nonlinear optical effect, and to refer to signal light generated in a third-order nonlinear optical process of pump light and probe light in the nonlinear optical medium. In the optical switch device of the type that performs heterodyne amplification of the signal light by light, it is achieved by configuring the nonlinear optical medium with a medium having a refractive index anisotropy given by stress.

【0019】換言すれば、本発明による光スイッチ装置
は、3次非線形光学効果を示す非線形光学媒体を用い、
1本以上のポンプ光と1本のプローブ光による3次非線
形光学過程で発生する信号光と前記非線形光学媒体に外
力を与え発生した参照光により前記信号光のヘテロダイ
ン増幅を行うことを特徴とする。
In other words, the optical switch device according to the present invention uses a nonlinear optical medium exhibiting a third-order nonlinear optical effect,
Heterodyne amplification of the signal light is performed by signal light generated in a third-order nonlinear optical process by one or more pump lights and one probe light, and reference light generated by applying an external force to the nonlinear optical medium. .

【0020】また、本発明は、前記ポンプ光及びプロー
ブ光を前記非線形光学媒体に入射する手段と、前記ポン
プ光及びプローブ光の偏光状態を制御する手段と、前記
非線形光学媒体に外力を与える手段と、前記信号光を検
出器に入射する手段と、前記信号光を検出する光検出器
を備えることを特徴とする。
Further, the present invention provides a means for injecting the pump light and the probe light into the nonlinear optical medium, a means for controlling a polarization state of the pump light and the probe light, and a means for applying an external force to the nonlinear optical medium. And means for making the signal light incident on a detector, and a photodetector for detecting the signal light.

【0021】次に、本発明は、非線形光学媒体に与える
外力を、ポンプ光或いはプローブ光に重畳する信号、又
はポンプ光或いはプローブ光の繰り返し数と同期させる
ことを特徴とする。
Next, the present invention is characterized in that the external force applied to the nonlinear optical medium is synchronized with a signal superimposed on the pump light or the probe light, or with the number of repetitions of the pump light or the probe light.

【0022】次に、本発明は、偏光面を直交させた状態
の2本のポンプ光を用いる点、1本のポンプ光の偏光状
態を円偏光で用いる点、又は1本のポンプ光をプローブ
光の偏光面に対して0度以外の角度を有する直線偏光で
用いる点を特徴とする。
Next, the present invention relates to the use of two pump light beams whose polarization planes are orthogonal to each other, the use of one pump light polarization state as circular polarization, or the use of one pump light probe. It is characterized by using linearly polarized light having an angle other than 0 degrees with respect to the polarization plane of light.

【0023】次に、本発明は、時分割マルチプレクサ
(MUX)、或いは時分割ジマルチプレクサ(DMLPX)
として用いることができる点を特徴とする。
Next, the present invention provides a time division multiplexer.
(MUX) or time-division demultiplexer (DMLPX)
The feature is that it can be used as.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明による光スイッチ装
置について、図示の実施形態を用いて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical switch device according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0025】実施形態例1 まず、本発明の動作原理を説明するため、非線形光学媒
体として石英を用い、これに対して外力を印加し、応力
を発生させた状態と、応力を発生させない状態でカーシ
ャッタ配置縮退4光波混合を行い、カーシグナルを求め
るようにした例について、図1の実施形態により説明す
る。
First Embodiment First, in order to explain the operation principle of the present invention, quartz is used as a nonlinear optical medium, an external force is applied thereto, and a stress is generated. An example in which a car signal is obtained by performing degenerate four-wave mixing in the car shutter arrangement will be described with reference to the embodiment of FIG.

【0026】この図1の例は、図(a)に示すように、ア
ルゴンレーザ1で励起されるチタンサファイアレーザ2
を用い、これにより発生した中心波長800nm、繰り
返し周波数76MHz、パルス幅80fs、パルスエネ
ルギー10nJの光パルス列をビームスプリッタ4によ
り2本のビームに分け、ポンプ光とプローブ光を得るよ
うにしたものである。ビームスプリッタ4で分けられた
ビームの一方は、光学可変遅延路5、グランテーラー偏
光プリズム6、ミラー7に導かれ、オプチカルチョッパ
8を通り、ポンプ光14となってレンズ16に入射さ
れ、他方は、ミラー9、10、11、1/2波長板1
2、ミラー13に導かれ、同じくオプチカルチョッパ8
を通り、プロープ光15となってレンズ16に入射され
る。
FIG. 1A shows a titanium sapphire laser 2 excited by an argon laser 1 as shown in FIG.
The optical pulse train having a center wavelength of 800 nm, a repetition frequency of 76 MHz, a pulse width of 80 fs, and a pulse energy of 10 nJ is split into two beams by the beam splitter 4 to obtain pump light and probe light. . One of the beams split by the beam splitter 4 is guided to an optical variable delay path 5, a Glan-Taylor polarizing prism 6, and a mirror 7, passes through an optical chopper 8, becomes pump light 14 and is incident on a lens 16, and the other is , Mirrors 9, 10, 11, 1/2 wavelength plate 1
2. Guided by the mirror 13, the optical chopper 8
, And becomes the probe light 15 and enters the lens 16.

【0027】ポンプ光14は、コンピュータ26で制御
される光学可変遅延路5に導かれるが、この光学可変遅
延路5は、ステッピングモータで動く直進ステージ上に
2枚のミラーを置いた構成をとり、直進方向に平行な入
射光を、向きが逆でかつ高さが等しい平行光として戻す
ものであり、ステッピングモータを1step回転させ
ると、光路は0.002mm変化するものである。
The pump light 14 is guided to an optical variable delay path 5 controlled by a computer 26. The optical variable delay path 5 has a configuration in which two mirrors are placed on a rectilinear stage driven by a stepping motor. The incident light parallel to the rectilinear direction is returned as parallel light having the opposite direction and the same height. When the stepping motor is rotated by one step, the optical path changes by 0.002 mm.

【0028】これにより、ポンプ光14とプローブ光1
5の光路長を等しくした上で平行光にしてレンズ16に
入射させ、非線形光学媒体となる試料18の同一地点に
集光させる。このとき、試料18に対するポンプ光14
とプローブ光15入射方向のなす角度は12度であっ
た。この試料18としては、厚さ1mm、面精度1/1
0波長の石英基板を用いている。
Thus, the pump light 14 and the probe light 1
The optical path length of the sample No. 5 is made equal, and then parallel light is made incident on the lens 16 to be condensed on the same point of the sample 18 as a nonlinear optical medium. At this time, the pump light 14
The angle formed by the incident direction of the probe light 15 was 12 degrees. The sample 18 has a thickness of 1 mm and a surface accuracy of 1/1.
A zero-wavelength quartz substrate is used.

【0029】試料18を透過したプローブ透過光、つま
り参照光は、レンズ22で他波長散乱光除去用分光器2
3に入射し、光電子増倍管24でシグナルを検出するよ
うになっており、ポンプ透過光はピンホール20を用い
て空間的に除去されるようになっている。
The light transmitted through the probe, ie, the reference light, transmitted through the sample 18 is passed through the lens 22 to remove the other wavelength scattered light.
3, and the signal is detected by the photomultiplier tube 24. The light transmitted through the pump is spatially removed by using the pinhole 20.

【0030】このとき、上記したように、ポンプ光路上
にグランテーラー偏光プリズム6を設置し、これによ
り、ポンプ光14は、図1(c)に示すように、水平方向
と平行な直線偏光29にされている。
At this time, as described above, the Glan-Taylor polarizing prism 6 is installed on the pump light path, and as a result, the pump light 14 is turned into a linearly polarized light 29 parallel to the horizontal direction as shown in FIG. Has been.

【0031】また、プローブ光15の光路上には、1/
2波長板12があり、さらに、レンズ16と試料18の
間には、透過光を水平方向から45°傾いた直線偏光に
するためのグランテーラー偏光プリズム17が設置して
あり、これにより、プローブ光15は、図1(c)に示す
ように、水平方向から45°傾いた偏光面をもつ直線偏
光28にされている。
Further, on the optical path of the probe light 15, 1 /
The two-wavelength plate 12 is provided, and a Glan-Taylor polarizing prism 17 is provided between the lens 16 and the sample 18 to convert transmitted light into linearly polarized light inclined at 45 ° from the horizontal direction. As shown in FIG. 1C, the light 15 is converted into linearly polarized light having a polarization plane inclined at 45 ° from the horizontal direction.

【0032】さらに試料18とレンズ22の間には、偏
光プリズム17の透過偏光面に垂直な直線偏光を通すグ
ランテーラー偏光プリズム21が設置してある。
Further, a Glan-Taylor polarizing prism 21 for passing linearly polarized light perpendicular to the transmission polarization plane of the polarizing prism 17 is provided between the sample 18 and the lens 22.

【0033】また、ポンプ光14とプローブ光15の光
路上には、デュアルになったチョッパ8が設けてあり、
これにより、ポンプ光14とプローブ光15に、それぞ
れ周波数f1 、f2 の強度変調をかけ、光電子増倍管2
4の出力電流をロックインアンプ25に入力し、参照周
波数“f1+f2”でロックイン検出することにより、ポ
ンプ光14とプローブ光15などの散乱光による影響を
除去するようになっている。
A dual chopper 8 is provided on the optical path of the pump light 14 and the probe light 15.
As a result, the pump light 14 and the probe light 15 are subjected to intensity modulation at frequencies f 1 and f 2 , respectively, so that the photomultiplier tube 2
4 is input to the lock-in amplifier 25 and lock-in is detected at the reference frequency “f 1 + f 2 ”, thereby removing the influence of scattered light such as the pump light 14 and the probe light 15. .

【0034】試料18は、図1(b)に示すように、円板
状の平面形状をもち、試料ホルダ19に保持されている
が、このホルダ19は、ねじなどによる加圧手段を備え
ており、この加圧手段により、矢印27に示すように、
試料18に鉛直方向の応力が掛けられるようになってい
る。
As shown in FIG. 1 (b), the sample 18 has a disk-shaped planar shape and is held by a sample holder 19. The holder 19 is provided with a pressing means such as a screw. With this pressurizing means, as shown by arrow 27,
A vertical stress is applied to the sample 18.

【0035】前述したように、この試料18に入射する
ポンプ光14は水平方向の偏光面を有する直線偏光29
で、プローブ光15は水平方向から45°傾いた偏光面
をもつ直線偏光28であり、この状態で、試料18に1
0N程度の応力を印加した場合、偏光プリズム21を通
過したプローブ光は、応力を掛けなかった場合と比し
て、約13倍にも大きくなった。
As described above, the pump light 14 incident on the sample 18 is linearly polarized light 29 having a horizontal plane of polarization.
The probe light 15 is linearly polarized light 28 having a polarization plane inclined by 45 ° from the horizontal direction.
When a stress of about 0 N was applied, the probe light that passed through the polarizing prism 21 was about 13 times larger than when no stress was applied.

【0036】図1(d)は、試料18に応力を掛けた場合
に検出された透過光特性30と、応力を掛けなかった場
合の透過光特性31を示したので、縦軸が透過光の強度
であり、試料18に対するポンプ光14とプローブ光1
5の到着時間の差を横軸にして求めたものである。そし
て、この遅延時間差は、光学可変遅延路5を用いたこと
により、最小6.7fs刻みで変えるることができる。
FIG. 1D shows a transmitted light characteristic 30 detected when stress is applied to the sample 18 and a transmitted light characteristic 31 obtained when no stress is applied. Pump light 14 and probe light 1
5 is obtained with the arrival time difference as the horizontal axis. The delay time difference can be changed at a minimum of 6.7 fs by using the optical variable delay path 5.

【0037】周知のように、試料18を構成する石英
は、励起波長800nmで吸収がないため、光信号はパ
ルス幅以下で緩和する。従って、特性30と31の波形
は、両方とも光パルス波形に類似し、時間原点に関して
対称形をとっている。
As is well known, the quartz constituting the sample 18 has no absorption at the excitation wavelength of 800 nm, and the optical signal is relaxed below the pulse width. Therefore, the waveforms of the characteristics 30 and 31 are both similar to the optical pulse waveform and are symmetric with respect to the time origin.

【0038】ここで、応力を掛けてない場合の特性31
では、信号強度は、(1)式の右辺第1項に示す値ILO
みになる。一方、応力を掛けた場合の特性30では、偏
光プリズム21を通過するプローブ光が発生し、(1)式
の右辺第2項で表わされる値のヘテロダイン増幅光が信
号となり、大きな強度になる。
Here, the characteristic 31 when no stress is applied
Then, the signal strength becomes only the value I LO shown in the first term on the right side of the equation (1). On the other hand, in the characteristic 30 when the stress is applied, the probe light passing through the polarizing prism 21 is generated, and the heterodyne amplified light having the value represented by the second term on the right side of the equation (1) becomes a signal and has a large intensity.

【0039】具体的には、時間t=0〔fs=10-15
秒〕のピーク値比較で、応力を掛けた場合の信号強度
は、応力を掛けてない場合の信号強度の86.5倍にな
り、2桁近く大きな信号強度を得ることができ、この結
果、本発明によれば、ポンプ光を制御入力とし、透過し
たプローブ光をスイッチ出力とする高感度光スイッチ装
置が得られることが判る。
Specifically, the time t = 0 [fs = 10 -15]
[Sec], the signal strength when stress is applied is 86.5 times the signal strength when no stress is applied, and a signal strength that is nearly two orders of magnitude higher can be obtained. According to the present invention, it can be seen that a high-sensitivity optical switch device in which pump light is used as a control input and transmitted probe light is used as a switch output is obtained.

【0040】実施形態例2 次に、本発明による光スイッチ装置を光ヘテロダイン増
幅変調器として具現した実施形態について、図4により
説明する。この図4の実施形態では、チタンサファイア
レーザの出力光を再生増幅器で増幅して励起光となる光
パルス列を得るようになっており、このときの光パルス
列は、中心波長が800nm、繰り返し周波数は1kH
z、出力は1W、パルス幅は90fsである。
Second Embodiment Next, an embodiment in which the optical switch device according to the present invention is embodied as an optical heterodyne amplification modulator will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 4, the output light of the titanium sapphire laser is amplified by a regenerative amplifier to obtain an optical pulse train serving as excitation light. In this case, the optical pulse train has a center wavelength of 800 nm and a repetition frequency of 1 kHz
z, the output is 1 W, and the pulse width is 90 fs.

【0041】この光パルス列は2系統に分けられ、図示
のように、ポンプ光53となるパルス列と、プローブ光
54となるパルス列とに分離される。そして、これらの
内、まず、ポンプ光53の光路上には、光強度変調器5
2が設けられており、ここで所定の信号により変調され
てから非線形光学媒体58に入射される。
This optical pulse train is divided into two systems, and is separated into a pulse train as the pump light 53 and a pulse train as the probe light 54 as shown in the figure. Of these, first, the light intensity modulator 5 is placed on the optical path of the pump light 53.
2 is provided, where the light is modulated by a predetermined signal before being incident on the nonlinear optical medium 58.

【0042】光強度変調器52は、ポッケルスセルの両
端に、透過光の偏光面が直交する偏光子を対にして設け
たもので、このポッケルスセルは、8.5kVの電圧を
印加したとき、透過光の偏光面を90度回転させる性能
をもつ。従って、ポンプ光53は、電圧が印加されたと
き100%透過し、電圧が印加されていないときは0%
透過(遮断)となる。
The light intensity modulator 52 has a pair of polarizers whose polarization planes of transmitted light are orthogonal to each other at both ends of a Pockels cell. When a voltage of 8.5 kV is applied to this Pockels cell, It has the ability to rotate the plane of polarization of transmitted light by 90 degrees. Therefore, the pump light 53 transmits 100% when a voltage is applied, and 0% when no voltage is applied.
It is transmitted (blocked).

【0043】このときのポッケルスセルに対する電圧印
加の有無は、電気的なクロック信号で制御するのである
が、このクロック信号は、以下のように、励起光から作
成される。
At this time, whether or not a voltage is applied to the Pockels cell is controlled by an electric clock signal. This clock signal is generated from the excitation light as follows.

【0044】まず、励起光パルス列の一部(光強度は4
mW)を分岐させ、次に、これをRNマッハ・ツェンダ
変調器(リシウムナイオベート結晶(Li Nb O3)を用い
たマッハ・ツェンダ変調器)に入射して強度変調をか
け、その出力をフォトダイオードに入射して電気信号に
変換し、クロック信号を得るのである。
First, a part of the excitation light pulse train (light intensity is 4
mW), the light is then incident on an RN Mach-Zehnder modulator (Mach-Zehnder modulator using a lithium niobate crystal (LiNbO 3 )), and intensity-modulated. The light enters the photodiode and is converted into an electric signal to obtain a clock signal.

【0045】このRNOマッハ・ツェンダ変調器として
は、消光比20dB程度、1/2波長電圧2V、挿入損
失(結合損失も含む)6dB程度のものを用い、それに対
する信号重畳用印加電圧には、ファンクションジェネレ
ータを用い、立ち上がり/立ち下がり時間が5ns、振
幅が2V、振幅最大及び最小時間領域がそれぞれ0.5
msの方形波を任意に重ねたものを用いた。
As the RNO Mach-Zehnder modulator, one having an extinction ratio of about 20 dB, a half-wave voltage of 2 V, and an insertion loss (including coupling loss) of about 6 dB is used. Using a function generator, the rise / fall time is 5 ns, the amplitude is 2 V, and the amplitude maximum and minimum time regions are each 0.5.
ms square waves arbitrarily superposed were used.

【0046】ポンプ光53の制御は、次のようにして行
なわれる。まず、ポンプ光53に信号“1”を重畳(ス
イッチONに相当)させる場合には、LNOマッハ・ツ
ェンダ変調器に上記の方形波を加えてポッケルスセルに
高電圧を印加し、ポンプ光53を100%透過させる。
The control of the pump light 53 is performed as follows. First, when superimposing the signal “1” on the pump light 53 (corresponding to switch ON), the above square wave is applied to the LNO Mach-Zehnder modulator, a high voltage is applied to the Pockels cell, and the pump light 53 is applied. Allow 100% transmission.

【0047】また、ポンプ光53に信号“0”を重畳
(スイッチOFFに相当)させる場合には、LNOマッハ
・ツェンダ変調器に方形波を印加せず、ポンプ光53を
0%透過にする。
The signal "0" is superimposed on the pump light 53.
In the case of switching (equivalent to switch OFF), a square wave is not applied to the LNO Mach-Zehnder modulator, and the pump light 53 is made to transmit 0%.

【0048】非線形光学媒体58としては、厚さ1mm
で、面精度1/10波長の石英板を用い、これにピエゾ
素子59を取付け、このピエゾ素子59に発生する変形
により、入射ポンプ光の偏光面と垂直な方向の応力が非
線形光学媒体58に掛けられるように構成してある。
The nonlinear optical medium 58 has a thickness of 1 mm.
Then, a quartz plate having a surface accuracy of 1/10 wavelength is used, and a piezo element 59 is attached to the quartz plate. Due to the deformation generated in the piezo element 59, the stress in the direction perpendicular to the polarization plane of the incident pump light is applied to the nonlinear optical medium 58. It is configured to be hung.

【0049】このピエゾ素子59は、鉛ジルコン酸塩チ
タン酸(PZT)多結晶セラミックを材料とし、1mV程
度の電圧を印加したとき、10N程度の応力を非線形光
学媒体59に加えることができるような性能のものとし
てある。
The piezo element 59 is made of a lead zirconate titanate (PZT) polycrystalline ceramic, and is capable of applying a stress of about 10 N to the nonlinear optical medium 59 when a voltage of about 1 mV is applied. As a performance thing.

【0050】次に、プローブ光54の光路上には、ビー
ムスプリッタ55と偏光子57が設けてあり、これらを
介して非線形光学媒体58に入射される。そして、この
非線形光学媒体58の後には、偏光子57と偏光面が直
交して対をなす偏光子60が設けてあり、これにより、
非線形光学媒体58に応力が掛けられておらず、且つ、
ポンプ光が入射されていない状態のとき、光検出器63
に光が到達しないように構成してある。
Next, a beam splitter 55 and a polarizer 57 are provided on the optical path of the probe light 54, and the light enters the nonlinear optical medium 58 via these components. After the nonlinear optical medium 58, a polarizer 60 whose polarization plane is orthogonal to the polarizer 57 is provided.
Stress is not applied to the nonlinear optical medium 58, and
When the pump light is not incident, the light detector 63
It is configured so that light does not reach.

【0051】また、ビームスプリッタ55では、プロー
プ光54の一部を分岐させ、ミラー56を介して、参照
光列62として取り出し、光検出器64に入射させるよ
うに構成してある。
In the beam splitter 55, a part of the probe light 54 is branched, extracted as a reference light train 62 via a mirror 56, and made incident on a photodetector 64.

【0052】そして、このビームスプリッタ55で取り
出される参照光列62の光強度は、非線形光学媒体58
に所定の応力が印加された状態で、信号“0”を重畳し
たポンプ光53を同時に非線形光学媒体58に入射した
場合に、偏光子60を透過する参照光IR の光強度に等
しくなるようにしてある。
The light intensity of the reference beam train 62 extracted by the beam splitter 55 is
In a state where a predetermined stress is applied to the signal "0" when entering the nonlinear optical medium 58 simultaneously pump light 53 obtained by superimposing, to be equal to the light intensity of the reference light I R which passes through the polarizer 60 It is.

【0053】光検出器63と64は、それぞれ分光感度
波長範囲が400〜1060nm、ピーク波長が900
nm、そして1ns以下の応答を示すPINシリコンフ
ォトダイオードを用いてあり、これら光検出器63、6
4で得られた信号を10MHz帯域の差動増幅器65に
入力する。
The photodetectors 63 and 64 have a spectral sensitivity wavelength range of 400 to 1060 nm and a peak wavelength of 900, respectively.
nm, and a PIN silicon photodiode exhibiting a response of 1 ns or less.
4 is input to the differential amplifier 65 in the 10 MHz band.

【0054】次に、ポンプ光53とプローブ光54は、
非線形光学媒体58の同一点に入射するようにし、この
とき、それぞれの光路長を調整することにより、各パル
ス列中の同じ番号((1)、(2)、……)を付した光パルス
が非線形光学媒体58内に同時に入射されるようにす
る。
Next, the pump light 53 and the probe light 54
The light pulses having the same number ((1), (2),...) In each pulse train are adjusted by adjusting the lengths of the respective optical paths. It is made to be simultaneously incident into the nonlinear optical medium 58.

【0055】そこで、ピエゾ素子59に所定の電圧を印
加し、これにより非線形光学媒体58に所定の応力が掛
けられた状態にした上で、まず、プローブ光54が入射
されている状態で、信号“0”を重畳したポンプ光53
を入射し、スイッチOFFに相当する状態にする。しか
して、このときは、非線形光学媒体58に非線形光学効
果が現われないため、光検出器63で検出されるのは参
照光だけとなり、その強度はIR になる。
Then, a predetermined voltage is applied to the piezo element 59 to apply a predetermined stress to the non-linear optical medium 58. First, a signal is applied while the probe light 54 is incident. Pump light 53 with “0” superimposed
To make a state corresponding to switch OFF. Thus, at this time, since the nonlinear optical medium 58 does not appear nonlinear optical effect, being detected by the photodetector 63 becomes only the reference beam, the intensity becomes I R.

【0056】次に、同じくプローブ光54が入射されて
いる状態で、信号“1”を重畳したポンプ光53を入射
し、スイッチONに相当する状態にする。そうすると、
今度は、非線形光学媒体58に非線形光学効果が起こ
り、この結果、偏光子60を透過する光が現われ、(1)
式で表わされる透過光IT が検出されることになる。
Next, while the probe light 54 is also being incident, the pump light 53 on which the signal "1" is superimposed is incident to make the state corresponding to the switch ON. Then,
This time, a nonlinear optical effect occurs in the nonlinear optical medium 58, and as a result, light transmitted through the polarizer 60 appears, and (1)
So that the transmitted light I T of the formula is detected.

【0057】そして、(1)式における通常信号光I
LOは、他の項に比して小さく無視できるので、結局、こ
のときは、ヘテロダイン増幅光と参照光IRが検出され
ることになる。そこで、光検出器63からの信号光列出
力と、光検出器64からの参照光列出力を差動増幅器6
5に入力し、参照光IRを除去することにより、ヘテロ
ダイン増幅光のみが検出できることになる。
Then, the normal signal light I in the equation (1)
LO Since negligibly small compared to other terms, after all, is this time, the reference light I R heterodyne amplified light is detected. Therefore, the signal light train output from the photodetector 63 and the reference light train output from the photodetector 64 are compared with the differential amplifier 6.
Type 5, by removing the reference beam I R, so that only the heterodyne amplified light can be detected.

【0058】このときのヘテロダイン増幅光の信号強度
を調べてみると、通常の信号に比べて約2桁大きい信号
強度となり、従って、この実施形態によれば、高感度の
光ヘテロダイン増幅変調器として動作する光スイッチ装
置を得ることができる。
When examining the signal intensity of the heterodyne amplified light at this time, the signal intensity becomes approximately two orders of magnitude higher than that of a normal signal. Therefore, according to this embodiment, a highly sensitive optical heterodyne amplification modulator is used. An operating optical switch device can be obtained.

【0059】実施形態例3 次に、本発明による光スイッチ装置を、光ヘテロダイン
増幅方式の時分割デマルチプレクサ(DEMUX)として
具現した実施形態について、図5により説明する。この
図5の実施形態では、まず、中心波長が800nm、繰
り返し周波数76MHz、出力1W、パルス幅90fs
のチタンサファイアレーザからの光パルス列を2系統に
分け、光パルス列からなるポンプ光68と、同じく光パ
ルス列からなるプローブ光70とする。
Embodiment 3 Next, an embodiment in which the optical switch device according to the present invention is embodied as a time division demultiplexer (DEMUX) of an optical heterodyne amplification system will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 5, first, the center wavelength is 800 nm, the repetition frequency is 76 MHz, the output is 1 W, and the pulse width is 90 fs.
The optical pulse train from the titanium sapphire laser is divided into two systems, a pump light 68 composed of an optical pulse train and a probe light 70 composed of an optical pulse train.

【0060】そして、まず、ポンプ光68を、図4の実
施形態における光変調器52と同じ構成の光変調器67
に入射し、信号を重畳させる。但し、この信号を重畳す
るためのファンクションジェネレータとしては、立ち上
がり1ns、振幅2V、振幅最大及び最小時間領域5n
sの方形波を発生できるものを用いている。
First, the pump light 68 is supplied to the optical modulator 67 having the same configuration as the optical modulator 52 in the embodiment shown in FIG.
And superimpose the signal. However, as a function generator for superimposing this signal, the rising edge is 1 ns, the amplitude is 2 V, and the amplitude is the maximum and minimum time region 5 n.
One that can generate a square wave of s is used.

【0061】一方、プローブ光70は、まずキャビティ
ーダンパー69に入射させて繰り返し数を76MHzか
ら1kHzに変化させている。なお、このキャビティー
ダンパーについての詳しい説明は、J.Herrman
n等著「超短光パルスレーザー」共立出版(1991年)
の第5章「同期励起レーザ」に記載されている。
On the other hand, the probe light 70 is first made incident on the cavity damper 69 to change the repetition rate from 76 MHz to 1 kHz. A detailed description of this cavity damper is described in J. Herrman
, "Ultra-short light pulse laser", Kyoritsu Publishing (1991)
Chapter 5, “Synchronous Pump Lasers”.

【0062】その他、この図5の実施形態でも、ビーム
スプリッタ55から差動増幅器65までの構成要素は、
それらによるプローブ光路と参照光路の構成も含めて、
図4の実施形態と同じである。しかして、この図5の実
施形態が、図4の実施形態と大きく異なる点は、非線形
光学媒体58に印加される応力が一定ではなく、プロー
ブ光70のパルス列に同期して掛けられるようにしてあ
る点にある。
In addition, also in the embodiment of FIG. 5, the components from the beam splitter 55 to the differential amplifier 65 are:
Including the configuration of the probe optical path and the reference optical path by them,
This is the same as the embodiment of FIG. The embodiment shown in FIG. 5 is greatly different from the embodiment shown in FIG. 4 in that the stress applied to the nonlinear optical medium 58 is not constant but is applied in synchronization with the pulse train of the probe light 70. At one point.

【0063】このため、この図5の実施形態では、プロ
ーブ光70の一部を分岐してPINフォトダイオードに
入射させ、これにより生成されたプローブ光70のパル
ス列(繰り返し数:1kHz)に同期して変化する振幅1
mVのパルス信号がピエゾ素子59に印加されるように
構成してある。
For this reason, in the embodiment of FIG. 5, a part of the probe light 70 is branched and made incident on the PIN photodiode, and the probe light 70 is synchronized with the pulse train (repetition rate: 1 kHz) of the probe light 70 generated thereby. Changing amplitude 1
The pulse signal of mV is configured to be applied to the piezo element 59.

【0064】ポンプ光68とプローブ光70は、非線形
光学媒体58の同一点に入射されるように調整され、さ
らに、それぞれの光路長が調整されることにより、プロ
ーブ光70のパルス(1)、(2)、及び(3)に、それぞれ
“1”、“0”、及び“1”の信号を重畳したポンプ光
68の各パルスが、非線形光学媒体58内に同時に入射
されるようにする。
The pump light 68 and the probe light 70 are adjusted so as to be incident on the same point of the nonlinear optical medium 58, and the respective optical path lengths are adjusted, so that the pulses (1), Each pulse of the pump light 68 in which the signals of “1”, “0”, and “1” are superimposed on (2) and (3), respectively, is made to enter the nonlinear optical medium 58 simultaneously.

【0065】そして、偏光子60を透過したプローブ光
70が、プローブ透過光77として光検出器63に入射
され、ビームスプリッタ55で分岐され、ミラー56で
導かれたプローブ光70の一部が参照光78として光検
出器64に入射されて、それぞれ電気信号に変換され、
差動増幅器65に供給されることになる。
Then, the probe light 70 transmitted through the polarizer 60 is incident on the photodetector 63 as probe transmitted light 77, is branched by the beam splitter 55, and a part of the probe light 70 guided by the mirror 56 is referred to. The light is incident on the photodetector 64 as light 78 and is converted into an electric signal.
This will be supplied to the differential amplifier 65.

【0066】この図5の実施形態においても、図4の実
施形態と同じく、ポンプ光68に信号“1”が重畳され
たとき、ヘテロダイン増幅光と参照光IR が発生し、ポ
ンプ光68に信号“0”が重畳されたときには参照光I
R だけが発生され、これにより、差動増幅器65から
は、ヘテロダイン増幅光による信号だけが検出されるこ
とになり、通常の信号に比べて約2桁大きい強度の信号
を得ることができる。
[0066] Also in the embodiment of FIG. 5, as in the embodiment of FIG. 4, when a signal "1" is superimposed on the pumping light 68, the reference light I R is generated heterodyne amplified light, the pump light 68 When the signal “0” is superimposed, the reference light I
Only R is generated, whereby only the signal based on the heterodyne amplified light is detected from the differential amplifier 65, and a signal having an intensity approximately two orders of magnitude higher than that of a normal signal can be obtained.

【0067】従って、この実施形態によれば、繰り返し
数76MHzの光パルス列からなるポンプ光68から、
繰り返し数1kHzの光パルス列からなるプローブ光6
9を用いて、繰り返し数1kHzの光パルス列からなる
信号82を取出すようにした時分割デマルチプレクサを
得ることができる。
Therefore, according to this embodiment, from the pump light 68 composed of an optical pulse train having a repetition rate of 76 MHz,
Probe light 6 consisting of an optical pulse train with a repetition rate of 1 kHz
9 to obtain a time-division demultiplexer that extracts a signal 82 composed of an optical pulse train having a repetition rate of 1 kHz.

【0068】そして、このとき、繰り返し数1kHzの
光パルス列からなるプローブ光69のパルス光が現われ
ていないときは、非線形光学媒体58にも応力が掛けら
れていないので、このとき、繰り返し数76MHzの光
パルス列からなるポンプ光68のパルス光が非線形光学
媒体58に入射されたことによる、この非線形光学媒体
58内での非線形光学効果発現の虞れが確実に抑えられ
ることになり、信号対ノイズ比を大きく向上させること
ができる。
When no pulse light of the probe light 69 consisting of an optical pulse train with a repetition rate of 1 kHz appears at this time, no stress is applied to the nonlinear optical medium 58. Due to the fact that the pulse light of the pump light 68 composed of the optical pulse train is incident on the nonlinear optical medium 58, the possibility of the occurrence of the nonlinear optical effect in the nonlinear optical medium 58 is surely suppressed, and the signal-to-noise ratio is reduced. Can be greatly improved.

【0069】更に本発明の実施形態としては、以下のも
のがある。まず、本発明における3次非線形光学過程と
は、電場の3乗に比例した電気分極により光が発生する
現象をさす。従って、本発明の実施形態の具体的例とし
ては、4光波混合過程、光誘起複屈折過程、誘導ラマン
過程、ブリリュアン過程、電子ラマン散乱過程、2光子
吸収過程等が挙げられるが、特にこれらに限定されるも
のではない。
Further, embodiments of the present invention include the following. First, the third-order nonlinear optical process in the present invention refers to a phenomenon in which light is generated by electric polarization proportional to the cube of an electric field. Accordingly, specific examples of the embodiment of the present invention include a four-wave mixing process, a light-induced birefringence process, a stimulated Raman process, a Brillouin process, an electron Raman scattering process, a two-photon absorption process, and the like. It is not limited.

【0070】ところで、従来技術で述べたカーシャッタ
配置縮退4光波混合過程とは、4光波混合過程の一形態
である。また、ここで言う3次非線形光学媒体とは、上
記3次非線形光学効果を示す材料のことである。しかし
て、物質は、一応、全て3次非線形光学効果を示すた
め、本発明の実施形態での対象媒体となり得る。
By the way, the car shutter arrangement degenerate four-wave mixing process described in the prior art is one form of the four-wave mixing process. The third-order nonlinear optical medium referred to here is a material that exhibits the above-described third-order nonlinear optical effect. Thus, since substances all exhibit a third-order nonlinear optical effect, they can be a target medium in the embodiments of the present invention.

【0071】具体的な例としては、ポリジアセチレン、
ポリアセチレン、ポリ−パラ−フェニレンベンゾビスチ
アゾール、ポリ−パラ−フェニレンベンゾビスチアゾー
ル、ポリ−パラ−フェニレンベンゾビスオキサゾール、
ポリ−メタ−フェニレン5、5’−ビベンツイミダゾー
ル、ポリアセン型ラダーポリマー、ポリメチルフェニル
シラン、ポリジ−n−ヘキシルシラン、ポリジ−n−ヘ
キシルゲルマン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニ
レン、ポリチエニレンビニレン、ポリナフチレンビニレ
ン、ポリ−オルト−置換フェニルアセチレン、ベータ−
カロチン、芳香族化合物、シアニン色素、フタロシアニ
ン化合物、ナフタロシアニン化合物、ニッケルジチオナ
ート錯体、シュードイソシアニン臭素塩J会合体、アン
トラセン、GaAs、ZnSe、CuCl、CuBr、
CbSe、CdTe、CdSSe、CdS、金属微粒
子、GaAs超格子、チタン酸バリウム等が挙げられる
が、特にこれらに限定されるものではない。
Specific examples include polydiacetylene,
Polyacetylene, poly-para-phenylene benzobisthiazole, poly-para-phenylene benzobisthiazole, poly-para-phenylene benzobisoxazole,
Poly-meta-phenylene 5,5'-bibenzimidazole, polyacene ladder polymer, polymethylphenylsilane, polydi-n-hexylsilane, polydi-n-hexylgermane, polythiophene, polyphenylenevinylene, polythienylenevinylene, polynaphthy Lenvinylene, poly-ortho-substituted phenylacetylene, beta-
Carotene, aromatic compound, cyanine dye, phthalocyanine compound, naphthalocyanine compound, nickel dithionate complex, pseudo isocyanine bromide J aggregate, anthracene, GaAs, ZnSe, CuCl, CuBr,
Examples include CbSe, CdTe, CdSSe, CdS, fine metal particles, GaAs superlattice, barium titanate, and the like, but are not particularly limited thereto.

【0072】また、本発明における上記非線形光学媒体
の作製方法としては、種々の単結晶育成技術、薄膜形成
技術、混合分散化技術等を用いることができる。まず、
単結晶育成技術の一例としては昇華法、濃度勾配溶液
法、温度勾配溶液法、ブリッヂマン法、チョコラルスキ
法、ゾーンメルト法等を挙げることができる。
As a method for producing the above-mentioned nonlinear optical medium in the present invention, various single crystal growing techniques, thin film forming techniques, mixed dispersion techniques and the like can be used. First,
Examples of the single crystal growing technique include a sublimation method, a concentration gradient solution method, a temperature gradient solution method, a Bridgeman method, a Czochralski method, and a zone melt method.

【0073】次に、薄膜形成技術としては、種々のドラ
イプロセスによる薄膜形成技術、例えば、真空蒸着法、
スパッタリング法、ICB(Ion Cluster Beam)法、M
BE(Molecular Beam Epitaxy)法、ALE(Atomic
Layer Epitaxy)法、MLE(Molecular Layer Epit
axy)法、MO−ALE(Metal Organic AtomicLayer
Epitaxy)法、MOCVD(Metal Organic Chemical
Vapor Depo-sition)法等や、種々のウエットプロセ
スによる薄膜形成術、例えば、スピンコート法、水面展
開法、LB(Langmuir−Blodgett)法、電解重合法等を
用いることができる。
Next, as a thin film forming technique, a thin film forming technique by various dry processes, for example, a vacuum deposition method,
Sputtering method, ICB (Ion Cluster Beam) method, M
BE (Molecular Beam Epitaxy) method, ALE (Atomic
Layer Epitaxy method, MLE (Molecular Layer Epit
axy) method, MO-ALE (Metal Organic Atomic Layer)
Epitaxy) method, MOCVD (Metal Organic Chemical)
A Vapor Depo-sition method or a thin film forming method by various wet processes, for example, a spin coating method, a water surface spreading method, an LB (Langmuir-Blodgett) method, an electrolytic polymerization method, or the like can be used.

【0074】また、混合分散化技術の例を示すと、混練
法、ガラス析出法、ポリマー析出法等を挙げることがで
きる。これら素子化技術の過程で種々の化合物を共存、
ドーピング等により混在させることができる。また、こ
れら素子化技術とは別の素子化技術により作製された種
々の化合物素子と混在、一体化させることも可能であ
り、本発明は上記記載のものに限定されない。
Examples of the mixing and dispersing technique include a kneading method, a glass precipitation method, and a polymer precipitation method. Various compounds coexist in the process of these elementization technologies,
They can be mixed by doping or the like. In addition, it is also possible to mix and integrate with various compound devices manufactured by a device forming technology different from these device forming technologies, and the present invention is not limited to those described above.

【0075】次に、共存、混在が可能な材料として、無
機物質には、例えば、水、ガラス、水晶、ダイヤモン
ド、二酸化珪素、雲母、大理石、方解石、単結晶シリコ
ン、非晶質シリコン、GaAs、CdS、KDP、KT
P(KTiOPO4)、ニオブ酸リチウム、臭化カリウ
ム、ロッシェル塩、硫酸銅、フッ化カルシウム、グラフ
ァイト、二酸化錫、チタン酸バリウム、赤血塩、陶磁
器、セラミックス、ベントナイト、セメント、金属また
は合金等が挙げられる。
Next, as materials which can coexist and coexist, inorganic materials include, for example, water, glass, quartz, diamond, silicon dioxide, mica, marble, calcite, single crystal silicon, amorphous silicon, GaAs, CdS, KDP, KT
P (KTiOPO 4 ), lithium niobate, potassium bromide, Rochelle salt, copper sulfate, calcium fluoride, graphite, tin dioxide, barium titanate, red blood salt, ceramics, ceramics, bentonite, cement, metal or alloy No.

【0076】同じく有機物質には、例えば、エタノー
ル、メタノール、アセトン、酢酸エチル、ポリカーボネ
ート、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリエ
チレンテレフタート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリブタジエン、ポリ
塩化ビニル、ポリ塩化ビニデン、石油樹脂、メラミン樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソプレンゴム、
エチレンプロピレンゴム、ノルボネン樹脂、シアノアク
リレート樹脂、スチレン樹脂、及びこれらの樹脂の共重
合体、セルロース、澱粉、キチン、寒天、絹糸、綿糸、
ナイロン系、アルブミン、グロブリンその他の蛋白質、
木質、骨粉等が挙げられる。
Similarly, organic substances include, for example, ethanol, methanol, acetone, ethyl acetate, polycarbonate, polysulfone, polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polysiloxane, polyethylene terephthalate, polyvinyl acetate, polyethylene,
Polypropylene, acrylic resin, polybutadiene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, petroleum resin, melamine resin, epoxy resin, phenol resin, isoprene rubber,
Ethylene propylene rubber, norbonene resin, cyanoacrylate resin, styrene resin, and copolymers of these resins, cellulose, starch, chitin, agar, silk thread, cotton thread,
Nylon, albumin, globulin and other proteins,
Wood, bone meal and the like can be mentioned.

【0077】さらに、低分子の有機物質としては、ナフ
タレン、アントラセン等の縮合芳香族化合物、染料、顔
料、尿素、酒石酸、光学活性アミノ酸等が挙げられる。
Further, examples of the low molecular organic substance include condensed aromatic compounds such as naphthalene and anthracene, dyes, pigments, urea, tartaric acid, optically active amino acids and the like.

【0078】本発明の実施形態における非線形光学媒体
は、その形成前後に、外観、特性の向上、長寿命化、高
機能化等のための処理を行ってもよい。こうした処理と
しては、熱アニーリング、放射線照射、電子線照射、光
照射、電波照射、磁力線照射、超音波照射等が挙げられ
るが、特に限定されない。
The non-linear optical medium according to the embodiment of the present invention may be subjected to a process for improving the appearance and characteristics, extending the service life, increasing the functionality, etc., before and after the formation. Examples of such processing include, but are not particularly limited to, thermal annealing, radiation irradiation, electron beam irradiation, light irradiation, radio wave irradiation, magnetic field line irradiation, and ultrasonic wave irradiation.

【0079】さらに本発明で用いる非線形光学媒体とし
ては、作製後、そのまま、もしくは適当なドーパントを
添加した塊状、平板状、繊維状、粉末状、薄膜状に形成
して用いることができる。そして、このときの形状にお
いて、異種材料、或いは本発明の構造の異なる他の材料
と共存、混在させて用いることができる。
Further, as the nonlinear optical medium used in the present invention, it can be used as it is, or after being formed into a block, plate, fiber, powder or thin film to which an appropriate dopant is added. In this case, in the shape at this time, it can be used together with a different material or another material having a different structure according to the present invention.

【0080】ところで、本発明の実施形態で使用する光
源としては、レーザが望ましい。また、3次非線形光学
過程が光の尖頭出力密度に依存するため、パルスレーザ
が望ましい。具体的には、モード同期ネオジウムヤグレ
ーザ、同期励起色素レーザ、同期励起色素レーザを用い
たインコヒーレント光源、カーレンズモード同期法を用
いたTi:Al23レーザ、Cr3 :LiSrAlF6
ーザ、Cr3 :LiCaAlF6レーザ、Cr3 :Li
SrGaF6レーザ、電流注入法或いは外部変調法によ
るAlGaAs系、GaInAsP系、AlGaAsS
b系、InAsSbP系の半導体レーザ、量子井戸レー
ザ、双安定半導体レーザ、及び分布帰還型レーザ等が挙
げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
Incidentally, a laser is desirable as a light source used in the embodiment of the present invention. Also, a pulsed laser is desirable because the third-order nonlinear optical process depends on the peak power density of light. Specifically, a mode-locked neodymium yag laser, a synchronously-excited dye laser, an incoherent light source using a synchronously-excited dye laser, a Ti: Al 2 O 3 laser using a Kerr-lens mode-locking method, a Cr 3 : LiSrAlF 6 laser, Cr 3 : LiCaAlF 6 laser, Cr 3 : Li
SrGaF 6 laser, AlGaAs, GaInAsP, AlGaAsS by current injection method or external modulation method
Examples include a b-based, InAsSbP-based semiconductor laser, a quantum well laser, a bistable semiconductor laser, and a distributed feedback laser, but are not particularly limited thereto.

【0081】次に、本発明におけるポンプ光とは、3次
非線形光学媒体の屈折率に異方性を与える光のことであ
り、また、プローブ光とは、上記非線形光学媒体に入射
し、媒体透過、或いは反射後の偏光状態変化から、上記
媒体の屈折率異方性を測定する光のことである。
Next, the pump light in the present invention is light that gives anisotropy to the refractive index of the tertiary nonlinear optical medium, and the probe light is incident on the nonlinear optical medium, This is light for measuring the refractive index anisotropy of the medium from the change in the polarization state after transmission or reflection.

【0082】また、本発明における外力とは、非線形光
学媒体に応力を発生させ、これより媒体の屈折率を変化
させ、印加方向と垂直な方向に屈折率異方性を生じさせ
るものを指す。そして、この外力を与えるための手段と
しては、ポッケルス効果、ピエゾ−電気効果、カー効
果、電歪効果、ファラデー効果、磁気誘電効果、或いは
コットン−ムートン効果などを用いたものが挙げられる
が、特にこれらに限定されるものではない。
In the present invention, the external force refers to a force that generates a stress in a nonlinear optical medium, thereby changing the refractive index of the medium and causing a refractive index anisotropy in a direction perpendicular to the application direction. Means for applying this external force include those using the Pockels effect, the piezo-electric effect, the Kerr effect, the electrostriction effect, the Faraday effect, the magneto-dielectric effect, or the Cotton-Mouton effect. It is not limited to these.

【0083】次に、本発明におけるヘテロダイン増幅と
は、ポンプ光とプローブ光による3次非線形光学過程で
発生する信号光が、上記数式(1)の右辺第2項に示され
たように、非線形光学媒体への外力印加時に発生するプ
ローブ偏光面に垂直な偏光面を有する参照光により増幅
されることを指す。
Next, the heterodyne amplification in the present invention means that the signal light generated in the third-order nonlinear optical process by the pump light and the probe light is a nonlinear light, as shown in the second term on the right side of the above equation (1). This means that the signal is amplified by reference light having a polarization plane perpendicular to the probe polarization plane generated when an external force is applied to the optical medium.

【0084】また、本発明で用いられている手段、すな
わち、ポンプ光及びプローブ光を非線形光学媒体に入射
する手段、及び信号光を光検出器に入射する手段として
は、ミラーとレンズを用いる手段、石英ファイバー、プ
ラスチックファイバー、複屈折光ファイバー、及び偏波
保存光ファイバーで直接入射する手段、或いは上記光フ
ァイバーとレンズを用いる手段が考えられるが、特にこ
れらに限定されるものではない。
As means used in the present invention, that is, means for inputting pump light and probe light to the nonlinear optical medium and means for inputting signal light to the photodetector, means using mirrors and lenses. Means for direct incidence using a quartz fiber, a plastic fiber, a birefringent optical fiber, and a polarization-maintaining optical fiber, or means using the above-mentioned optical fiber and lens are conceivable, but are not particularly limited thereto.

【0085】次に、本発明で用いられている偏光制御手
段とは、非線形光学媒体に入射するポンプ光及びプロー
ブ光の偏光面を制御させる手段を指す。具体的な例とし
ては、1/2波長板、ソレイユ・バビネ位相板、及びフ
ァイバ形偏波制御素子、或いはグラン・トムソン偏光プ
リズム、グラン・レーザ偏光プリズム、及びウォラスト
ンプリズム等の組み合わせが考えられるが、特にこれら
に限定されるものではない。
Next, the polarization control means used in the present invention refers to means for controlling the polarization plane of the pump light and the probe light incident on the nonlinear optical medium. Specific examples include a half-wave plate, a Soleil-Babinet phase plate, and a fiber-type polarization control element, or a combination of a Glan-Thomson polarizing prism, a Glan laser polarizing prism, and a Wollaston prism. However, the present invention is not particularly limited to these.

【0086】また、本発明で用いられている信号検出手
段とは、ヘテロダイン増幅をしたカーシグナルを検出す
る検出器を指す。本発明では、ヘテロダイン増幅をして
いるため、この検出器が、検出感度の高い素子である必
要はないが、高速で光スイッチを行うため、応答時間の
速い検出器が望ましい。
The signal detecting means used in the present invention refers to a detector for detecting a car signal subjected to heterodyne amplification. In the present invention, since the heterodyne amplification is performed, this detector does not need to be an element having high detection sensitivity. However, since the optical switch is performed at high speed, a detector having a fast response time is desirable.

【0087】具体的な例としては、PINフォトダイオ
ード、アバランシェフォトダイオード、ショットキ型フ
ォトダイオード、拡散型フォトダイオード、或いは光電
子増倍管が考えられるが、特に限定されるものではな
い。
Specific examples include a PIN photodiode, an avalanche photodiode, a Schottky photodiode, a diffusion photodiode, and a photomultiplier, but are not particularly limited.

【0088】次に、本発明による光スイッチ装置で構成
した時分割マルチプレクサ(MUX)は、マスタークロッ
クにより(2π/n)だけ位相がずれて互いに重ならない
ように設定されたモード同期パルス列Ii(i=l〜n)
が、各光変調器によりビット信号に変調されて光ファイ
バカプラ等の合波器で合流され、高ビットレートの通信
を行なうものを指す。このとき、前記合流先に非線形光
学媒体を設け、各光パルス列と同期をとったポンプ光列
を入射し、波形形成を行う。
Next, the time-division multiplexer (MUX) constituted by the optical switch device according to the present invention is shifted in phase by (2π / n) by the master clock so that the mode-locked pulse train Ii (i) is set so as not to overlap each other. = 1-n)
Are modulated into bit signals by the respective optical modulators, are combined by a multiplexer such as an optical fiber coupler, and perform high bit rate communication. At this time, a non-linear optical medium is provided at the junction, and a pump light train synchronized with each light pulse train is incident to form a waveform.

【0089】また、本発明による光スイッチ装置で構成
した時分割デマルチプレクサ(DEMUX)は、時分割マ
ルチプレクサ(MUX)等で作られた高繰り返し光パルス
列と、この繰り返し数の整数分の一の繰り返し数の低繰
り返し数パルス列の同期を取り、非線形光学媒体の同一
地点に入射して非線形光学効果より低繰り返し数光パル
ス列と等しい繰り返し数の信号光列を検出するものを指
す。
The time division demultiplexer (DEMUX) constituted by the optical switch device according to the present invention includes a highly repetitive optical pulse train formed by a time division multiplexer (MUX) and the like, and a repetition of an integral number of the repetition number. This means that a number of low repetition rate pulse trains are synchronized, and are incident on the same point of the nonlinear optical medium to detect a signal light train having a repetition number equal to the low repetition rate light pulse train due to the nonlinear optical effect.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明によれば、高精度のホルダなどが
不要で、簡単な構成のヘテロダイン増幅方式の光スイッ
チ装置を容易に得ることができ、高感度の光スイッチン
グを行なうことができる。
According to the present invention, it is possible to easily obtain a heterodyne amplification type optical switch device having a simple structure without requiring a high-precision holder or the like, and to perform high-sensitivity optical switching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光スイッチ装置の動作原理を説明
するための構成図と特性図である。
FIG. 1 is a configuration diagram and a characteristic diagram for explaining an operation principle of an optical switch device according to the present invention.

【図2】カーシャッタ配置縮退4光波混合法による光ス
イッチング動作の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical switching operation by a car shutter arrangement degenerate four-wave mixing method.

【図3】従来技術によるヘテロダイン増幅カーシャッタ
配置縮退4光波混合法による光スイッチング動作の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical switching operation by a conventional heterodyne amplification car shutter arrangement degenerate four-wave mixing method.

【図4】本発明の一実施形態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の一実施形態を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アルゴンレーザ 2 チタンサファイアレーザ 3、7、9〜11、13 ミラー 4 ビームスプリッタ 5 光学可変遅延路 8 オプティカルチョッパ 12 1/2波長板 14 ポンプ光 15 プローブ光 16 レンズ 6、17、21 グランテーラ偏光プリズム 18 石英板試料 19 試料ホルダ 20 アイリス 22 レンズ 23 分光器 24 光電子増倍管 25 ロックインアンプ 26 パソコン 27 応力方向を示す矢印 28 プローブ光偏光面 29 ポンプ光偏光面 30 応力印加時のカーシグナル 31 応力印加しない時のカーシグナル 32 プローブ光 33、36 偏光子 34 ポンプ光 35 非線形光学媒体 37 信号光 38 プローブ入射光偏光面 39 ポンプ光偏光面 40 プローブ透過光偏光面 46 信号光 47 偏光子42透過光偏光面 51 偏光子45透過光偏光面 52 ポンプ光用強度変調器 53 信号を重畳したポンプ光パルス列 54 プローブ入射光パルス列 55 ビームスプリッタ 56 ミラー 57、60 偏光子 58 非線形光学媒体 59 非線形光学媒体に応力をかけるピエゾ素子 61 プローブ出力光パルス列 62 参照光パルス列 63、64 光検出器 65 差動増幅器 66 検出信号列 67 変調器 68 ポンプ光パルス列 69 キャビティーダンパ 70 プローブ入射光パルス列 77 信号光パルス列 78 参照光パルス列 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Argon laser 2 Titanium sapphire laser 3, 7, 9-11, 13 Mirror 4 Beam splitter 5 Optical variable delay line 8 Optical chopper 12 1/2 wavelength plate 14 Pump light 15 Probe light 16 Lens 6, 17, 21 Glan-Taylor polarizing prism Reference Signs List 18 quartz plate sample 19 sample holder 20 iris 22 lens 23 spectrometer 24 photomultiplier tube 25 lock-in amplifier 26 personal computer 27 arrow indicating stress direction 28 probe light polarization surface 29 pump light polarization surface 30 Kerr signal at the time of applying stress 31 stress Kerr signal when not applied 32 Probe light 33, 36 Polarizer 34 Pump light 35 Nonlinear optical medium 37 Signal light 38 Probe incident light polarization plane 39 Pump light polarization plane 40 Probe transmitted light polarization plane 46 Signal light 47 Polarizer 42 transmitted light Polarization plane 51 Photon 45 Transmitted light polarization plane 52 Pump light intensity modulator 53 Pump light pulse train 54 with signal superimposed 54 Probe incident light pulse train 55 Beam splitter 56 Mirror 57, 60 Polarizer 58 Nonlinear optical medium 59 Piezo element for applying stress to nonlinear optical medium 61 Probe output light pulse train 62 Reference light pulse train 63, 64 Photodetector 65 Differential amplifier 66 Detection signal train 67 Modulator 68 Pump light pulse train 69 Cavity damper 70 Probe incident light pulse train 77 Signal light pulse train 78 Reference light pulse train

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3次非線形光学効果を示す非線形光学媒
体を用い、該非線形光学媒体内におけるポンプ光とプロ
ーブ光の3次非線形光学過程で発生する信号光と参照光
により、上記信号光のヘテロダイン増幅を行う方式の光
スイッチ装置において、 前記非線形光学媒体が、応力により屈折率異方性を付与
された媒体で構成されていることを特徴とする光スイッ
チ装置。
1. Using a nonlinear optical medium exhibiting a third-order nonlinear optical effect, the signal light and reference light generated in the third-order nonlinear optical process of the pump light and the probe light in the nonlinear optical medium are used to heterodyne the signal light. An optical switch device of an amplification type, wherein the nonlinear optical medium is formed of a medium having a refractive index anisotropy given by stress.
【請求項2】 請求項1の発明において、 前記応力が、前記ポンプ光とプローブ光の強度変化の少
なくとも一方に同期して間欠的に作用されるように構成
されていることを特徴とする光スイッチ装置。
2. The light according to claim 1, wherein the stress is intermittently applied in synchronization with at least one of the intensity changes of the pump light and the probe light. Switch device.
【請求項3】 請求項1の発明において、 前記ポンプ光の偏光状態が、円偏光、又は前記プローブ
光の偏光面に対して0度以外の角度を有する直線偏光と
なるように構成されていることを特徴とする光スイッチ
装置。
3. The invention according to claim 1, wherein the polarization state of the pump light is circularly polarized light or linearly polarized light having an angle other than 0 degrees with respect to the polarization plane of the probe light. An optical switch device comprising:
【請求項4】 請求項1の発明において、 前記応力が、ポッケルス効果、ピエゾー電気効果、カー
効果、電歪効果、ファラデー効果、磁気誘電効果、コッ
トン・ムートン効果の何れかの効果を利用した手段によ
り与えられるように構成されていることを特徴とする光
スイッチ装置。
4. The method according to claim 1, wherein the stress uses any one of a Pockels effect, a Piezoelectric effect, a Kerr effect, an electrostriction effect, a Faraday effect, a magnetodielectric effect, and a cotton Mouton effect. An optical switch device characterized by being provided by:
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