JPH11502634A

JPH11502634A - マルチモード干渉モードコンバータを使用した小型光−光スイッチおよび波長コンバータ

Info

Publication number: JPH11502634A
Application number: JP8523142A
Authority: JP
Inventors: ベッセ，ピエール−アンドレ; バッハマン，マウルス
Original assignee: ロイトルド，ユルグ
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1999-03-02
Also published as: EP0817980B1; US5933554A; EP0817980A2; DE59610596D1

Abstract

(57)【要約】新型の、小型かつ好適な許容性を持って製造可能な光−光スイッチおよび／または波長コンバータを提供することであり、これは以下の全てまたはいくつかの特性を有するものである：− 小型− 良好なオン／オフ・スイッチング比− カスケード接続および双方向動作が可能− 極性に依存せずに実現可能− 非常に高速なスイッチングが可能異なった次元のモードで使用でき、情報信号と制御信号とを合成かつ分離することができる構成要素が必要である。本発明に係る小型のコンバータ結合器ＭＭＩは：１）第一の基本モードを第一次のモードに変換する２）第一次元のモードを第二の基本モードの像と合成３）ＭＭＩは同時に存在するモード用のモード分割器として機能する。形成された高次のモードの初期モードへの再変換可能である。制御信号が入力信号の位相変化だけでなく強度の変化ももたらすため、出力における良好なオン／オフ・スイッチング比を達成するための処置が必要である。良好なオン／オフ・スイッチング比の問題は可変の分割比を有する好適なモードカプラを解決することかできる。光−光スイッチおよび波長コンバータに対する別の方法においては、本発明に係る光モードコンバータを全く使用しないが、それでもいくつかまたは全ての特性を備える。

Description

【発明の詳細な説明】マルチモード干渉モードコンバータを使用した小型光−光スイッチおよび波長コンバータ技術分野この発明は集積型光技術ならびに通信の分野に属する。この発明は好適なオン／オフ・スイッチ比を有する小型の光−光スイッチおよび波長コンバータに関する。光−光スイッチは少なくとも二つの光信号とともに動作する。これらを結合するには新型のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラを使用し、これは少なくとも一つの信号を−モード高い次元に変換し、他の信号を基本モードとして第一の信号と重ね合わせることができる。ＭＭＩは非常に小型のものである。従来の技術光通信においては光信号がグラスファイバを介して伝送される。光信号処理は通常集積光チップ上で行われる。このチップは例えば、ポリマ、半導体材料の薄型フィルム、ガラス質材料等から形成される。このチップ上において光が波導路内に誘導される［１］。波導路の臨界条件およびマックスウェル方程式を満たす光のみが誘導される。波導路内において許容される異なった不連続の光の状態を光りモードと呼称する。一つのモード内の強さの配分および位相の配分の位置の次に別の次元を割り当てる。それらは基本モード、第一次元のモード・・・と言われる。典型的な波導路構成としてマルチモード干渉計（ＭＭＩ）と呼ばれるものが知られている。このＭＭＩは光信号処理に関して様々な可能性を提供する。さらに、ＭＭＩは光分割および結合器［２］、いわゆる“バタフライ”ＭＭＩ［３］と呼ばれる可変分割比を有する光分割器、また“マルチレッグ”ＭＭＩ［４］として使用することができる。集積型光技術における新しい使用法は、高次元のモードを必要とする。モードコンバータは基本モードをより高い次元のモードに変換し、同時により高い次元のモードを別の基本モードと重ね合わせることを可能にする。モードコンバータは、断熱非対称型Ｙ−結合器［６］として、２×２デジタル光スイッチ［７］およびマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）［６］内において使用される。より高い次元のモードはより高速の光スイッチおよび波長コンバータ、すなわち光−光素子においても効果的に使用することができる。特に、位相交差変調（ＸＰＭ）光−光スイッチおよび波長コンバータが１Ｇビットをはるかに越えるスイッチングレートを達成することが知られている。その際、二つの光信号（故に光−光）が必要とされる。一方はコンバータ内の目標波長の信号にしたがってスイッチ内で転換する入力信号であり、他方はタイミングを提供する光制御信号である。これらの信号はマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）またはミケルソン干渉計（ＭＩ）上に付加され、これは位相変調を行うために非線形の材料（例えば、半導体増幅器等）を含んでいる。制御信号が存在するかどうかに応じて、ＭＺＩ内において入力信号の位相が変調される。位相は干渉計の一方のアーム上でシフトしなければならないため、基本的に非対称性［９］の構造を有する必要がある。この非対称性を実現するために様々な解決法が提案されている。以下のようなシステムが実施または提案されている： − 入力信号を非対称的にＭＺＩ内に分割する波長コンバータ［１０］。ここで信号分割器としていわゆる“方向性カプラ”が使用される。 − スイッチオンおよびオフを行うための信号出力を有する光−光スイッチ［１１］。入力信号は非線形の部分要素を有するＭＺＩ上に対称的に付加され、これに対して、制御信号が光合成器を使用してＭＺＩの一方のアーム上に非対称的に付加される。制御信号は断熱非対称型Ｙ−結合器によって第一次のモード（より高次元のモード）の変換される。これらのシステムが基盤としている理論は、非常に効果的なものである。しかしながら、高次元のモードを形成するための構成要素も、また光−光要素もいくつかの好ましくない特性を有する： − 高次元のモードへの変換、および同時になされる断熱非対称型Ｙ−結合器による別の光信号との重ね合わせは非常に良好に機能するが、大きな長さと、また製造時の許容性が限られていることが難点である。 − さらに、良好なスイッチング比を有するスイッチを提供することが望ましい。さらに、上記の構造は位相シフトにともなう強さの変化を考慮に入れていないため好適なものではない。この強さの変化を考慮しないと不良なスイッチング状態がもたらされ、すなわち二つの出力のうちの少なくとも一方においてオン／オフ比が不良なものとなる。 − 上記のスイッチは、入力または出力側の制御およびデータ信号を異なった波導路に付加しないため、構成要素を唯一のチップ上に良好にカスケード接続することはできない。また、制御信号がスイッチの一つの出力を妨害するため、双方向動作も困難となる。 − 小型の光−光スイッチを必要とする使用分野がある。新規のより短い構成が好適である。別の問題は、キャリアの再結合時間に関する。これは光−光スイッチのスイッチング速度を制限する。強力な制御信号はＭＺＩアームの非線形領域においてキャリアを削減し、したがって非線形領域が次の信号に際してさらに削減されたキャリア密度を有し、基本状態に回帰スイッチすることが困難である。この問題は、時間シフトされた第二の制御信号を他方のアームに付加し、非線形領域を対称的に放電させることによって回避することができる。制御信号を時間シフトする代わりに、２つのＭＺＩアーム上の２つの非線形領域を位置的にシフトすることもでき、これも同様な効果をもたらす［１２］。ＭＺＩ構成における両方の信号を時間シフトして同一の非線形領域に付加し、第二の信号が非線形領域に到達する前または非線形領域中にある最中に制御信号によってスイッチし、さらに再分離および干渉を生じさせることを達成したとしても、放電された異なる非線形領域の問題が残る。参照文献［１３］には、極性化に基づいた解決方法が示されている。新規のスイッチは極性に基づいたものであることが望ましい。［１］Ｔ．タミール著、“集積光工学”、応用物理学第７巻論説、１９８５年、スプリンガー社発行、第２版、ＩＳＢＮ０−３８７−０９６７３６。［２］Ｍ．バッハマン、Ｍ．Ｋ．スミット、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｅ．ジーニ、Ｈ．メルショア、およびＬ．Ｂ．ソルダーノ著、“ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ４ポートマッハ・ツェンダ干渉計を使用した極性非感応型低電圧波導スイッチ”、ＯＦＣ／ＩＯＯＣ´９３技術ダイジェスト、３２−３３頁、１９９３年２月、カリフォルニア州サンノゼ。［３］Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｅ．ジーニ、Ｍ．バッハマン、Ｈ．メルショア著、“ 出力分割比の自由選択を備えた新規の１×２マルチ・モード干渉カプラ”ＥＣＯＣ、１９９４年９月２５−２９日、フィレンツェ。［４］Ｍ．バッハマン、Ｃｈ．ナドラー、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著、“ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰにおける小型極性非感応１×４マルチ・レッグ・マッハ・ツェンダ干渉計スイッチ”ＥＣＯＣ、１９９４年９月２５−２９日、フィレンツェ。［５］Ｊ．デリ他著の電気学会フォトン技術報告書、１９９２年１１月、第４巻、１２３８−１２４０頁。［６］Ｗ．Ｋ．バーンズ、Ａ．Ｆ．ミルトン著：“誘電板波導路におけるモード変換”、電気学会ジェー・クォンタム電子、１９７５年、第ＱＥ−１１巻第一号、３２−３９頁。［７］Ｙ．シルバーベルグ他著、応用物理学報告書、１９９４年７月、第５１巻３９０５−３９１１頁。［８］Ｒ．Ｅ．スタブジェール他著、“光学波長コンバータ”、ＥＣＯＣ、１９９４年９月２５−２９日、フィレンツェ、６３５頁以降記載。［９］Ｔ．ダーハース他著、“マッハ・ツェンダ構造におけるＳＯＡによる全光波長変換”、電気学会フォトン技術報告書、１９９４年１月、第６巻第１１号５３頁以降記載。［１０］Ｖ．ボジュダーニ他著、“受動型非対称ＭＺＩにおける半導体光増幅器のモノリシック集積を使用した５Ｇビット／ｓ全光波長変換”、ＥＣＯＣ、１９９４年９月２５−２９日、フィレンツェ、９５頁以降記載。［１１］Ｇ．Ｊ．Ｍ．クリンジェン他著：“可変全光マッハ・ツェンダスイッチのモデリング”、波導光電子工学国際シンポジウム、１９９４年１０月２６− ２８日、ブルックリン；第VII．６頁。［１２］Ｋ．Ｉ．リング他著、“カスケード接続および集積可能な、超高速、全光、低制御エネルギ、短波長、非極性応答型スイッチの実演”、応用物理学報告書、１９９５年７月、第６７（５）号，６０５−６０７頁。［１３］Ｋ．タジマ他著、“超高速極性分離型マッハ・ツェンダ全光スイッチ ”、応用物理学報告書、１９９５年１２月、第６７号，３７０９−３７１１頁。発明の説明本発明の目的は、新型の、小型かつ好適な許容性を持って製造可能な光−光スイッチおよび／または波長コンバータを提供することであり、これは以下の全てまたはいくつかの特性を有するものである： − 小型 − 良好なオン／オフ・スイッチング比 − カスケード接続および双方向動作が可能 − 極性に依存せずに実現可能 − 非常に高速なスイッチングが可能情報信号および制御信号を合成および分離するために、まず異なった次元モードの使用を可能にする構成要素を開発すべきである。これは、すなわち、一方で基本モードから一つまたは複数のより高次元のモードへの光モード変換と、他方で変換されたモードの小型の構成要素を用いての光信号との重合を可能にする構成要素である。さらに、良好なオン／オフスイッチング比を達成する方法を提供し、これによって好適なスイッチを実現することが必要である。さらに、本発明に係る光コンバータを使用しないが、それにもかかわらず上記のいくつかのまたは全ての特性を有する光−光スイッチおよび波長コンバータに対する別の方式が開発された。本発明によれば、光−光スイッチ内における第一の次元モードの結合の課題は、新規の小型マルチモード干渉カプラによって解決する。このＭＭＩはモード変換、モード回帰変換、他のモードとの重合または異なった次元のモードを異なった強さをもって共通の波導路に形成することを可能にする。光−光スイッチを２つの良好なオン／オフ・スイッチング比を有するスイッチとして作動させることを可能にするため、ＭＺＩシステム内に２つの非対称性を形成する。この方式は、一般的に採用することができる。両方の非対称性は、ＭＺＩシステムの位相および強さをともに制御できるよう選択される。提案されたスイッチは、その配置にしたがって、カスケード接続可能かつ双方向動作が可能となり、これは容易に分離可能な異なる次元のモードで動作するからである。“内部”ＭＺＩを有するシステムを使用すれば、上記のＭＭＩを全く使用しないカスケード接続可能かつ双方向動作可能なシステムの構成が可能になる。速度を制限するキャリアの再結合時間は、例えば、時間シフトした第二の制御信号、または一つのモードを同一の非線形領域を前後して導通する異なった次元のモードへ分割することによって解決することができる。図面の簡単な説明図１は、より高次元のモードを生成するよう作用するＭＭＩの一実施例である。図２は、２つのモードを同一の波導路内に結合するとともに少なくとも一つのモードを高次元のモードに変換するよう作用する、一般的なＭＭＩ−システムの実施例である。図３は、本発明にしたがって、基本モードを一つまたは複数の第一の次元のモードおよび基本モード上に形成することができるＭＭＩを示す。図４は、ａ）具体例Ｋ＝１ｂ）具体例Ｋ＝２を有する“ゼネラル（３Ｋ）×（３Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”の構成原理である。図５は、ａ）具体例Ｋ＝１ｂ）具体例Ｋ＝２を有する“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”の構成原理である。図６は、“ＭＭＩコンバータ結合器”の変更例１の構成原理である。図７は、“ＭＭＩコンバータ結合器”の変更例２の構成原理である。図８は、“ＭＭＩコンバータ結合器”の変更例３の構成原理である。図９は、異なった対称性を有する２つのモード（ここでは基本モードおよび第一次元のモード）を異なった分割比をもってＫ個の出力に形成することを可能にするＭＭＩの構成原理の一例である。この例において、ＭＭＩ上の波導路への入力位置は、基本モードならびに第一次元のモードがいずれも同一の出力上において同一の分割比を有するよう選択されている。この実施例において例えばＫ＝２を選択すれば、第一次元のモードならびに基本モードのいずれについても、出力上における分割比は１５：８５となる。図１０は、２つの可能的な出力を有する光−光スイッチまたは波長コンバータの実施例であり、これは“ＭＭＩコンバータ結合器”内の制御信号を第一の次元のモードに変換すると同時に、ＭＺＩの波導アーム上に付加する。図１１は、一つの出力を有する光−光スイッチまたは波長コンバータの実施例であり、これは位相交差変調（ＸＰＭ）の原理にしたがって動作するとともに、コンバータ結合器ＭＭＩを介しての制御信号の結合および変換を可能にする。この反射性ＭＺＩ構造はＭＩ構造とも呼ばれる。図１２は、２つの可能的な出力を有するＸＰＭ光−光スイッチの実施例であり、これは入力信号Ｂを結合および分離するために非対称モード・カプラとして同等の“バタフライ”ＭＭＩ１３１および１３２を使用している。制御信号を結合するためにはＭＭＩコンバータ結合器１３３および１３７を使用する。図１３は、２つの可能的な出力を有するＸＰＭ光−光スイッチの実施例であり、これは入力信号Ｂを結合および分離するために異なる“バタフライ”ＭＭＩを非対称モード・カプラ１４１および１４２として使用している。制御信号を結合するためにはＭＭＩコンバータ結合器１４３および１４６を使用する。図１４は、第一次元のモード内における制御信号を、“３×３−ＭＭＩコンバータ結合器”（図４（ａ））を使用して、２つの可能的な出力を有するＸＰＭ光 −光スイッチ内に結合および変換する実施例を示す。図１５は、良好なオン／オフ・スイッチング比を有する２つの出力を備えた一般的なＸＰＭ光−光スイッチを示す。カプラ１６１および１６２はほぼ相反性または同一の信号強度分割比を有する“バタフライ”ＭＭＩである。中間部分１６３は、制御信号の結合および分離、非線形領域または位相シフタの形成の可能性を示している。図１６は、より改善されたオン／オフ・スイッチング比を有する２つの出力を備えたＸＰＭ光−光スイッチを示す。このスイッチは領域１７３および１７４における異なった大きさの非線形領域によって特徴づけられる。モード・カプラ１７１は１×２−ＭＭＩであり、モード・カプラ１７２は２×２−ＭＭＩである。図１７は、基本的モードのみを使用し、“外部”ＭＺＩおよび“内部”ＭＺＩから形成され、したがって信号Ｂおよび制御信号Ａが出力において良好に分離される光−光スイッチの一例である。図１８は、図１７と同等なＸＰＭ光−光スイッチを示す。モード・カプラ１７１および１７２としてほぼ相反性または同一の信号強度分割比を有する“バタフライ”ＭＭＩを使用し、したがって良好なオン／オフ分割比を有する。図１９は、本発明に係る小型の光−光スイッチを示しており、これは信号Ｂおよび制御信号Ａの結合に一つのカプラを要し、またこれらの分離にも一つのカプラを必要とする。３１１，３１２は４×４−コンバータ結合器ＭＭＩである。図２０は、ＸＰＭ光−光スイッチの一例であり、これは光信号Ｂをモードの次元によって識別可能な２つの成分Ｂ´およびＢ´´に分割するとともに時間的にシフトして非線形領域４１７内に付加し、したがって第二の信号Ｂ´´のみが屈折係数の変化の影響を受けるよう制御信号が時間的に伝送される。図２１は、図５ａにしたがった４×４−コンバータ結合器ＭＭＩを備える図２０と同等なＸＰＭ光−光スイッチの一例である。図２２は、図１５のＭＺＩ構成に基づいた良好なオン／オフスイッチング比を有する電気制御式の光−光スイッチの概略図である。図２３は、図１６のＭＺＩ構成に基づいた良好なオン／オフスイッチング比を有する電気制御式の光−光スイッチの概略図である。実施例まず以下のいくつかの概念の定義について説明する： − カプラ：モード分割器および／またはモード結合器の総称である。 − モード分割器：一つまたは複数の光モードを複数の光モードに分割するよう作用する構成要素である。一般的にモード結合器として使用することができる。 − モード結合器：異なる入力モードを強度および位相関係に基づいて異なる出力波導路上に合成する。一般的にモード分割器として使用することができる。 − モード分離器：異なる次元のモードをそれぞれ異なった一つの波導路上に形成する構成要素である。 − モード・フィルタ：異なる次元のモードを異なる波導路上に形成する構成要素である。 − 制御信号：非線形材料内において他の信号の位相を顕著に変化させることができる屈折係数の変化を形成するのに充分な強度を有する光信号である。状況に応じて制御信号を情報信号として解釈することができる。 − ＸＰＭ：“位相交差変調”の省略形である。マッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）またはミケルソン干渉計（ＭＩ）の正確な定義であり、非線形の媒体を有する少なくとも一つの領域を備える。 − ２つの良好な出力を有するスイッチ：入力波導路からの一つの入力信号を良好なオン／オフ・スイッチング比をもって２つの出力上に形成することができるスイッチである。以下においては、明確に記述しなくても、この種のスイッチはさらに２つの入力からの信号を良好なオン／オフ・スイッチング比をもって一つの出力上に形成できるものとする。これに加えて、例えばスイッチを逆方向に動作させるか、または２つの入力波導路を備えるスイッチを使用することができる。まず、ＭＭＩが光−光スイッチに対して使用されるためこの説明から開始し、また添付図面を参照して本発明を明示する。マルチモード干渉計は以下の構成要素（図１）を備えている： − 入力モードを誘導することができる少なくとも一つの波導路１１ − 干渉部材１９（ＭＭＩ自体） − 生成されたモードを誘導することができる波導路出力１２，１３。変換されたモード（より高次元のモード）はそれ自体の発生に対して重要な二つの特性を有する： − 変換されたモードは特徴的な強度曲線を有する。 − 変換されたモードは特徴的な位相関数を有する。波導路入力およびその出力の位置、ならびに例えば四角形、多角形等にすることができるＭＭＩの幾何学的構成を適宜に選択することによってモード変換の問題がＭＭＩの使用によって解決される。少なくとも二つのまたはそれ以上の波導路入力を使用することにより、異なった入力からの２つもしくはそれ以上のモードを同一の出力波導路内に結合し、同時にＭＭＩを使用して少なくとも一つのモードをモード返還する問題を解決することができる。例えば、図２の入力２１からの基本モードを第一次元のモードで出力２３上に投影するとともに、入力２２からの別の基本モードを同一の出力２３上に投影することが可能である。上記の一般的な構成を基礎にして、以下の特殊なＭＭＩ構成が提供される。次元Ｍ（例えば、基本モードに対してＭ＝０）の対称モードを次元２Ｍ＋１（例えば、第一次元のモード上の基本モード）の一つまたは複数のモード上および次元Ｍのモード上に投影することを可能とするＭＭＩ。変換する光モードに対する波導路入力の位置はＭＭＩ入力の端部に存在する。この種の“ＭＭＩコンバータ”の一例が図３に示されている。変換するモード (ここでは基本モードＡ)は波導路入力からＭＭＩ内に結合される。長さが文献から知られているＭ×Ｎ−ＭＭＩ(整数でＮ≧３)に相当する四角形のＭＭＩにおいて[Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁]、奇数値Ｎに対しては（Ｎ−１）／２モードまたは偶数値Ｎに対しては（Ｎ−２）／２モードの第一次元におけるモードならびに、１つないし２つの基本モードを投影する。図３においては、例えばＮとしては奇数値を選択している。続いて“ゼネラル（３Ｋ）×（３Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”について説明する。図４ａ）および図４ｂ）は例としてＫ＝１およびＫ＝２のケースについて示している。このＭＭＩは、光基本モードＡを第一次元における（３Ｋ−２）／２または（３Ｋ−１）／２個のモード上に投影する。したがって非常に小型のモードコンバータを使用することができる。変換効率は例えばＫ＝１については約６６％となる。同時にこのＭＭＩは、基本モードＢをＫ個の基本モード上に投影し、これを第一の次元のモードと重ね合わせることを可能にする。したがって、この構成によって３つの事柄をただ一つの小型構成要素内で達成することができる：１）基本モードＡの第一次元のモードへの変換。２）第一次元のモードの第二の基本モードＢの像との重合。３）このＭＭＩは、基本モードＡの第一次元のモード上への分割、ならびにこの基本モード上への基本モードＢの分割の双方を同時に行うモード分割器として作用する。“ゼネラル（３Ｋ）×（３Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”はちょうどＫ個のＭＭＩ出力上における分割および重合を可能する。第一次元のモードの基本モードＡのＫ個の出力への変換効率は約６６％となり、これらの出力上では重合が可能である。基本モードＢのＫ個の出力上への変換効率は理論的には１００％である。偶数値Ｋを選択した場合において、この構成要素はさらに別の特性を有する。さらに別の基本モードＣをＫ個の出力に結合することを可能にし、これらの出力にはさらにモードＡおよびＢの像が投影される。同様に第一の次元のモード上に投影された第４のモードＤも、同様に分離した入力を介してＫ個の重合する出力上に投影することができる。これらのＫ個の重合する出力上への変換効率も同じく約６６％となる。ＭＭＩの幾何学的構成はＭＭＩ上の波導路入力およびＭＭＩの幾何学的構成自体の設定によって決定される。自由に選択できるＭＭＩ幅Ｗについては、例えば四角形のＭＭＩに対しては、[Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁]にしたがった（３Ｋ）×（３Ｋ）−ＭＭＩのものに相当する長さが生じ：Ｌ_3K＝（１／３Ｋ）・３Ｌ_cならびにＬ_c＝４ｎＷ²／３λ （式１）ここでＫは整数からなる定数であり、ｎは実数値の実効屈折係数であり、ＷはＭＭＩの幅を現し、ここで幅とはＭＭＩ内におけるモードの近接する材料への進入深度を含めた幾何学的幅として理解され、さらにλは真空波長を示す。四角形のＭＭＩ形状から変化した場合に式１で与えられた長さが変化する。変換すべき基本モードＡを付加するモードＡの波導路入力（４１）はＭＭＩの下端および／または上端に位置する。自由選択可能なパラメータａは第一次元のモードの強度配分の形状を定義する。モードＢおよびＣに対する波導路入力の位置はＭＭＩの縦方向の縁から２Ｗ／３またはＷ／３の距離をおいて存在する。さらに“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”について記述する。図５ａ）および図５ｂ）は例としてＫ＝１およびＫ＝２の場合について示している。このＭＭＩは、光基本モードＡを２Ｋ−１個の第一次元のモードに投影することを可能にする。したがって、別の非常に小型のモード・コンバータの変更例として使用することができる。ここで変換効率はＫ＝１について約５０％となる。同時にこのＭＭＩは、基本モードＢをＫ個の基本モード上に投影し、これを第一の次元のモードと重ね合わせることを可能にする。したがって、この構成によって３つの事柄をただ一つの小型構成要素内で達成することができる：１）基本モードＡの第一次元のモードへの変換。２）第一次元のモードの第二の基本モードＢの像との重合。３）このＭＭＩは、基本モードＡの第一次元のモード上への分割、ならびにこの基本モード上への基本モードＢの分割の双方を同時に行うモード分割器として作用する。“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”はちょうどＫ個のＭＭＩ出力上における分割および重合を可能する。第一次元のモードの基本モードＡのＫ個の出力への変換効率は約５０％となり、これらの出力上では重合が可能である。基本モードＢのＫ個の出力上への変換効率は理論的には１００％である。このＭＭＩはさらに好適な特性を有する。同様に第一の次元のモード上に投影された第４のモードＤも、同様に分離した入力を介してＫ個の重合する出力上に投影することができる。これらのＫ個の重合する出力上への変換効率も同じく約５０％となる。ＭＭＩの幾何学的構成はＭＭＩ上の波導路入力およびＭＭＩの幾何学的構成自体の設定によって決定される。自由に選択できるＭＭＩ幅Ｗについては、例えば四角形のＭＭＩに対しては、［Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］にしたがった（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩのものに相当する長さが生じ：Ｌ_4K＝（１／４Ｋ）・３Ｌ_c （式２）となり、これについての備考は式１のものと同様である。基本モードＡおよびＤの波導路入力はＭＭＩの縦方向端部の直近に位置する。自由選択可能なパラメータａの位置はまず第一次元のモードの強度配分を定義する。モードＢに対する波導路入力の位置はＭＭＩの縦方向の縁からＷ／２の距離をおいて存在する。以下に種々の“コンバータ結合器ＭＭＩ”について記述し、それらは第一の基本モードＡをちょうどＫ個の第一次元のモードに投影し、これを第二の基本モードＢからなるちょうどＫ個の基本モードと重ね合わせる。モードの入力強度はＭＭＩのＫ個の出力に均等に配分される。この“コンバータ結合器ＭＭＩ”の利点は第一のモードＡならびに第二のモードＢがともにＫ個のＭＭＩ出力上にほぼ１００％重ね合わされることである。この種の“（１＋１）×ＫＭＭＩコンバータ結合器”の構成例１が、図６に概略的に示されている。この構成要素は、光基本モードＡを第一次元のモードとしてＫ個の波導路出力上に投影することを可能にする。ここで第一次元のモードへの変換効率は約１００％となる。ただ一つの入力のみを使用する場合、この構成要素は最も効果的なモードコンバータおよび分割器として機能する。同時にこの構成要素は、別の光基本モードＢをＭＭＩ出力上の波導路内のＫ個の基本モード上に分割し、したがってこれを前記Ｋ個の第一の次元のモードと重ね合わせることを可能にする。したがって、この構成によって別の３つの事柄をただ一つの構成要素内で達成することができる：１）基本モードＡのＫ個の第一次元のモードへの変換。２）第一次元のモードの第二の基本モードＢの像との重合。３）このＭＭＩは、基本モードＡのＫ個の第一次元のモード上への分割、ならびに基本モードＢのＫ個の基本モード上への分割の双方を同時に行うモード分割器として作用する。入力モードＡのＫ個の第一次元のモードの出力への変換効率、ならびに入力モードＢのＫ個の基本モード上への変換効率はともにほぼ１００％となる。この構成要素の変換するモードＡに対する入力部は、以下の要素からなる：２つの波導路出力６３を備える５０：５０のモード分割器。これは、例えば１×２ＭＭＩ、対称型Ｙ−分割器等から構成することができる。２つの出力のうちの一つの上には位相シフタ６４が設けられる。ここで位相シフタの構成は重要ではない。したがって、これは能動または受動型位相シフタとすることができる。受動型位相シフタの一例としては異なった半径を有する２つの同軸の波導管とすることかできる。一つの波導路６６上のモードと他の波導路６５上のモードとの間の位相シフトは、奇数値のＫに対して１８０°、また偶数値にＫ対しては０°となる。両方の波導路はさらに“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”６９に通じている。。四角形のＭＭＩ形状を選択することは必然的ではないことが理解される。モードＢの入力６２は、“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）− ＭＭＩコンバータ結合器”６９のＭＭＩ入力側の中央に位置する入力６２を鏡を介してＭＭＩ６９に付加する場合、モード分割器６３ならびに“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”６９を一つの構成要素として合成することができる。この構成要素はさらに、Ｋ＝１の場合、同一の波導路内に存在する基本モードおよび第一次元のモードを、モード分離器と反対の方向に完全に分離することが可能であるという特性を有する。この種の“（１＋１）×ＫＭＭＩコンバータ結合器”のＫ個の波導路出力を備える別の構成例２が、図７に示されている。この構成要素は構成例１と同様な能力および動作特性を有する。その相違は構成上のものだけであり：ここで出力７１上の基本モードＡは、Ｌ＝（１／２）・３Ｌ_c （式３）の長さからなる２×２ＭＭＩ［Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］において、２つのモード上に投影される。両方のモードは２×２ＭＭＩの後に波導路７５および７６上に付加される。さらに位相シフタ７４が接続されるとともに、二つのモードの間において、奇数値のＫについては１８０°の全位相差が存在し、偶数値のＫに対しては０°の全位相差が存在するように作用する。図７によれば、両方の波導路は“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”６９に通じており、そこでＫ個の第一次元のモードに分割される。基本モードＢは２×２ＭＭＩ７７の中間に結合され、変換はされずに２×２ＭＭＩの出力の中間から放出される。一つの波導路７７において基本モードＢが“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）− ＭＭＩコンバータ結合器”６９の入力側の中央に付加され、そこからＫ個の基本モード上に投影される。再びＫ個の基本モードＡおよび基本モードＢの像が集合する。図７のＭＭＩコンバータ結合器に加えて、独特な第三の構成例が存在する。これは、図８に示されている。この構成要素も構成例１と同様な能力および動作特性を有する。その相違は構成上のものだけであり：図７の中央部分の位相シフトは、“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”６９を前記の図７の２×２ＭＭＩ７３に対して回転することによって達成される。これらの両方のＭＭＩ：２×２ＭＭＩ７３ならびに“ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”６９は、ただ一つのＭＭＩ８９に合成することができる。上記のＭＭＩ構成は、モードフィルタとして使用することができる。図５の“ ゼネラル（４Ｋ）×（４Ｋ）−ＭＭＩコンバータ結合器”において中央の波導路入力５２のみを使用する場合、この波導路入力に付加される対称モード(例えば基本モード)はＭＭＩ出力上でＫ個の相当する対称モードに分割される。非対称モード(例えば第一次元のモード)も分割されるが、他のＭＭＩ出力上にである。したがって、対称モードと非対称モードへの分解が可能となる。図６，７および８のＭＭＩ構成は、Ｋ＝１の場合において、モード分離器として使用することができる。この構成を逆の方向に、すなわちこの構成の出力をＭＭＩの入力として使用すると、この波導路内における対称モードならびに非対称モードが異なる波導路出力上に配分される。例えば、対称性の基本モードは第一次元の非対称性のモードから分離され、第一次元のモードは基本モードに変換される。さらに、異なった強度を有する対称モード（例えば基本モード）ならびに非対称モード（例えば第一次元のモード）をＫ個の出力波導路上に投影することが可能なＭＭＩ構成が提供される。文献から知られている四角形の（２Ｋ）×（２Ｋ） −ＭＭＩにおいては、ＭＭＩの長さは次の式からから算出される：Ｌ_2K＝（１／２Ｋ）・３Ｌ_c （式４）Ｋは２以上の自然数である。Ｌ_cは前述において既に定義されている。波導路入力位置については、ｘ_i ⁱⁿ＝ｉＷ／２Ｋならびにｉ＝１，２，．．２Ｋ−１、波導路出力位置については、ｘ_j ^out＝Ｗ−ｊＷ／２Ｋならびにｊ＝１，２，．．２Ｋ−１かつｉ＋ｊが偶数となり、ここでｘはＭＭＩ入力に沿った縦方向縁部において計測され、出力ｊ上において以下の強度配分が得られる：対称モードについてはｒ² _ij＝（２／Ｋ）ｓｉｎ²（πｉ／２−ｊｉπ／４Ｋ）（式５）非対称モードについてはｒ² _ij＝（２／Ｋ）ｃｏｓ²（πｉ／２−ｊｉπ／４Ｋ）（式６）同一位置における標準化された対称ならびに非対称モードの双方に対して、位置ｉの入力を選択する場合、全ての出力ｊ上において、両方のモードの強度の合計について、等しく一定の強度配分を得る。同様に、標準化された対称モードに対して入力位置ｉ＝２ｐを、標準化された非対称モードに対して入力位置ｉ´＝２Ｋ−２ｐを選択した場合、全ての出力ｊ上において、同等な一定の強度配分を得る。これに対して、標準化された対称モードに対して入力位置ｉ＝２ｐ＋１を、標準化された非対称モードに対して入力位置ｉ´＝２Ｋ−２ｐ−１を選択した場合、出力ｊ上において両方のモード対して同等な強度比率を得る。この場合の入出力は図９に例示的に示されている。対称および非対称モードの入力について、任意の位置ｉおよびｉ´を選択すると、両方のモードに対して全く異なった出力分割比を得る。ＭＭＩの幾何学的形成を変更することにより、異なった分割比が得られる。コンバータ結合器ＭＭＩは非常に広範囲な分野の集積光技術において適用することができる。以下に記述する光−光スイッチにおける適用方法は、多数における一適用方法に過ぎない。以下に、光−光スイッチおよび波長コンバータならびにその実施形態について説明する。スイッチは一つの入力を良好なオン／オフ・スイッチング比をもって二つの出力上に投影するように開発されている。図１０には、２つの可能的な出力を備えた光−光スイッチの一例が示されており、これは位相交差変調（ＸＰＭ）の原理にしたがつて動作するとともにＭＭＩを介した制御信号の結合ならびに変換を可能にする。この種のスイッチは少なくとも以下の要素を備える： − システムを前方へ動作させる場合モード分割器１１１、またはシステムを逆方向に動作させる場合はモード分割器１１２を備え、これは光入力信号ＢをＭＺＩ構成上の２つの異なったアーム上に分割する。モード分割器内の入力数は任意とすることができ、入力信号を特定の比率で波導路アーム上に投影することのみが重要である。 − モード結合器１１２または１１１を備え、これは入力信号を結合するとともに、位相関係ならびに両方のＭＺＩアーム上への分配に応じて出力上に誘導する。二つの可能的な出力を有するスイッチに対して、モード結合器１１２上に少なくとも出力を必要とする。一つの出力を有するスイッチまたは波長コンバータに対しては、波導路出力で充分である。 − 構成要素１１３および／または１１７を備え、これは一つまたは複数の光制御信号を結合することを可能にする。 − 非線形部材１１４および／または１１８を有する少なくとも一つまたは二つの領域を備える。光制御信号が存在するから否かに応じてこの領域において入力信号内に位相シフトが形成される。光学的非線形部材内においては強度およぶ位相は独立的ではなく、クラマース・クロニッヒ変換を介して互いに相関する。この部材内において生成される光入力信号の位相シフトおよび強度変化が、スイッチの出力上におけるスイッチング特性を決定する。 − ＭＺＩアーム上のどこかに能動または受動型の位相シフタ１１５および／または１１９を設けることができる。受動型の位相シフタの一例は例えば２つの異なった長さを有するＭＺＩ−アームである。さらに位相シフタとして半導体増幅器を使用することもできる。しかしながら、これらは適宜に配置する必要がある。例えば、半導体増幅器１１５は構成要素１１６と１１２の間、または１１１と１１３の間に配置しなければならない。前述したスイッチ内において、制御信号の結合はＭＺＩアーム５または６のいずれかの上に直接行われる。光制御信号は“ＭＭＩコンバータ結合器”１１３および／または１１７を介して結合される。ここで、光制御信号Ａの基本モードが第一次元の変換され、同時に光入力信号Ｂと結合される。これは図２、図４、図５、図６、図７、図８、および図９についての記述にしたがった“ＭＭＩコンバータ結合器”に該当するものである。したがって、例えば“３×３−ＭＭＩコンバータ結合器”、“１＋１×１−ＭＭＩコンバータ結合器”等に該当するものである。適用方法に応じて光制御信号は構成要素１１６および／または１２０内において再び分離される。制御信号は、例えば逆方向に作動する“１＋１×１−ＭＭＩコンバータ結合器”内において再度分離して入力信号から除去するか、またはＭＭＩフィルタによって分離することができる。しかしながら、構成要素１１６および／または１２０を省略し、制御信号をモード結合器１１２上に付加することも可能である。別の可能性は、構成要素１１６および／または１２０を他の光信号（例えば、別の制御信号、ポンプ信号等）の結合に使用することである。図１０に示された構成要素は、２つの出力を有するスイッチとして作動することができる。光制御信号のための可能的な入力として入力１ないし４、または逆方向の動作においては入力８および９が使用される。光入力信号は、モード分割器１１１および結合器１１２の選択によって、左側または右側の入力を介して動作させることができる。この構成要素は、一つの出力上の波長λ２の光信号Ｂを波長λ１の制御信号Ａに相当させることにより、波長コンバータとして使用することができる。独立した出力上の制御信号を再度分離するか、または信号Ｂの出力上で強く抑制する可能性により、システムを従属接続するか、および／または双方向に作動させることが可能になる。図１１には、１つの可能的な出力を備えた光−光スイッチの一例が示されており、これは位相交差変調（ＸＰＭ）の原理にしたがって動作するとともにＭＭＩを介した制御信号の結合ならびに変換を可能にする。この種のスイッチは少なくとも以下の要素を備える： − モードカプラ１２１を備え、これは光入力信号ＢをＭＺＩ構成上の２つの異なったアーム上に分割する。モードカプラ内の入力数は任意とすることができ、入力信号を特定の比率で波導路アーム上に投影することのみが重要である。 − 反射層１２８を備える。 − 光制御信号の結合を可能にする少なくとも１つの要素１２２および／または１２５を備える。 − 非線形部材１２４および／または１２７を有する少なくとも一つまたは二つの領域を備える。光制御信号Ａが存在するか否かに応じて、この領域において入力信号Ｂ中に位相シフトが形成される。非線形部材は干渉計アームのいずれかの位置に設けることができる。 − ＭＺＩアーム上のどこかに能動または受動型の位相シフタ１２３および／または１２６を設けることができる。制御信号の結合はＭＺＩアーム５または６のいずれかの上に直接行われる。光制御信号は“ＭＭＩコンバータ結合器”１２２および／または１２６を介して結合される。ここで、光制御信号Ａの基本モードが第一次元の変換され、同時に光入力信号と結合される。これは図２、図４、図５、図６、図７、図８、および図９についての記述にしたがった“ＭＭＩコンバータ結合器”に該当するものである。入力信号ならびに制御信号はいずれも反射層上で反射される。制御信号はＭＭＩ１２２および／または１２５の選択に応じて再度分離される。反射された、波導路アーム５および６からの入力信号は、モード分割および結合器に付加され結合される。波導路５および６における位相相関性にしたがって、入力信号が波導路入力とは異なる出力に付加される。この反射型ＭＺＩ構成は、ＭＩ構成とも呼ばれる。図２に示された構成要素は、一つの出力を有するスイッチとして作動することができる。光制御信号のための可能的な入力として入力１ないし４が使用される。光入力信号は入力２または３を介して付加することができる。この構成要素は、一つの出力上の波長λ２の光信号Ｂを波長λ１の制御信号Ａに相当させることにより、波長コンバータとして使用することができる。二つの良好な出力、すなわち良好なオン／オフ・スイッチング比を有する光− 光スイッチを提供するという目的は、図１０についての記述によって得られるスイッチまたは波長コンバータと、入力信号を好適な分割比をもって両方のＭＺＩアーム上に分割もしくは合成することを可能にするモードカプラ１１１および１１２の選択とによって達成される。ここで、所与の位相シフトΔΦ１および両方のＭＺＩアーム上の入力信号の間の強度比ｐ１に対して、出力への特定のスイッチング状態が従属する。位相シフトをΔΦ２に、強度比をｐ２に変更すると、入力信号は第二の出力に付加される。ＸＰＭスイッチにおいて、制御信号により、例えばＭＺＩアーム５上において、非線形媒体の領域内で入力信号の位相が変換される。非線形媒体内においては、位相変化は大抵同じ信号の強度変化をもたらす。クラマース・クロニッヒ相関性（ＫＫ）がこの関係を現す。言い換えると、制御信号はＭＺＩアーム５上の二つの入力信号の２つの特徴的な数量、すなわち位相および強度を変化させる。２つの好適な出力を有するスイッチを提供するために、この入力信号の２つの特徴的な数量を適宜に制御し得る必要がある。５０：５０の分割比から偏移するモード分割器および結合器を備えるスイッチは、これら２つの数量を制御することを可能にする：１）制御信号の強度の選択によって、波導路アーム上において入力信号内に ΔΦ１からΔΦ２への位相シフトが制御信号の強度の関数として誘導される。２）ＭＺＩアーム５上の入力信号内に生じた位相シフトΔΦ１にともなって、クラマース・クロニッヒ（ＫＫ）関係にしたがって同一のＭＺＩの波導路アーム上の入力信号中のΔＩの強度変化が生じる。ここで、モード分割器および結合器内の分割比の選択によって、この強度変化がＭＺＩアーム上の両方の信号間の強度比ｐ１から第二のスイッチ状態に対して必要とされる比ｐ２に移行させるために要するものに相当するよう操作することができる。良好な一つの可能的出力を備える光−光スイッチを提供するという課題は、図１１に示されたスイッチまたは波長コンバータと、および５０：５０の分割比から偏移するモードカプラ１２１の選択とによって達成される。２つの可能的な出力を備えるスイッチの場合と同様に、このモードカプラ１２１は、ＸＰＭスイッチ内に発生する２つの数量を制御することを可能にする。次に、異なった分割比を有する入力信号を両方のＭＺＩアーム上に投影し得る “非対称モード分割”構成要素、および異なった強度を有する２つの信号をただ一つの出力信号に結合することができる“非対称モード結合”構成要素について説明する。しかしながら、この構成要素の幾何学的形状はほぼ対称形なものとすることができる。非対称モードカプラは、非対称モード分割器または非対称モード結合器のいずれとすることもできる。良好なオン／オフ・スイッチング比を有する二つの出力を備える光−光スイッチを提供するという目的は、図１０についての記述によって得られるスイッチまたは波長コンバータと、非対称モードカプラ１１１および１１２の選択とによって達成される。異なった分割比での分割器および結合器の選択によって、位相シフタがスイッチ状態の達成には必要とされないようスイッチを構成することができ、これは第二の非対称型結合器１１２を位相比に適応させることができるからである。モードカプラ１１１および１１２としては、“バタフライ”ＭＭＩ［Ｐ．Ａ．ベッセ他著、ＥＣＯＣ、ｐ．６６９−６７、１９９４年９月２５−２９、フィレンツェ］が適している。これは分割器および結合器として異なった分割比を提供する。分割器／結合器１１１および結合器／分割器１１２として２つの異なった “バタフライ”ＭＭＩを選択することも可能であり、これより位相シフタがスイッチ状態の達成には必要とされないようスイッチを構成することができ、これは第二の非対称型結合器／分割器１１２を位相比に適応させることができるからである。図１２には、２つの可能的な出力を備えるＸＰＭ光−光スイッチの一例が示されており、これは、入力信号Ｂを結合および分離するために同一の“バタフライ ”ＭＭＩを非対称型モードカプラとして使用し、制御信号を結合するために“ＭＭＩコンバータ結合器”を使用する。例えば２つの入力および出力を有する“バタフライ”ＭＭＩは、モードカプラとして使用することができる。制御信号の強度の選択とモードカプラ内の非対称性とによって、両方のスイッチ状態を最適化することが可能となる。一例として、ここでは、入力２上における入力信号Ｂの出力８または９へのスイッチング処理について図１２を参照しながら説明する。ここで、以下の備考が必要である：ＭＺＩアーム６上におけるアーム５に対する位相シフトは、ＭＭＩ１３１の直後においてΔΦ１´となり、入力信号が入力２に付加される場合はＭＭＩ１３２の直前においてはΔΦ１´´となる。入力３上の入力信号に対しては、位相シフトΔΦ２´およびΔΦ２´´を要し、ここにおいてもＭＺＩアーム６とＭＺＩアーム５との間のシフトに関するものである。基本的に位相シフトは常にアーム６のアーム５に対するものとして計算する。ΔΦ１は必要なオフセット位相シフトである。ΔΦ２は制御信号によって形成される位相シフトである。 − 入力２における入力信号を出力８上へ： “バタフライ”ＭＭＩ１３１は強度Ｉ₀を有する入力信号Ｂをｐ１＝Ｉ₁／Ｉ₂ の比率をもって両方のＭＺＩアーム５および６上に分割する。ここで、Ｉ₁はＭＺＩアーム５における入力信号の強度であり、Ｉ₂はアーム６におけるものである。ここでＩ₀＝Ｉ₁＋Ｉ₂が成立する。ＭＭＩ１３１の直後において両方のＭＺＩアーム上の両信号は互いに対してΔΦ１´の位相シフトを有する。これらのＭＺＩアーム５および６上の両信号を、“バタフライ”ＭＭＩ１３１と同様に形成し得る“バタフライ”ＭＭＩ結合器１３２の出力８において再び一つの信号に結合するため、信号は以前と同様に強度比ｐ１、ならびにΔΦ１´´＝−ΔΦ１´ の位相関係を有する必要がある。したがって、このスイッチング処理について、単に両方のＭＺＩアーム間の位相関係のみを適応させればよい。例えば、受動型位相シフタを用いて所要のＭＺＩアーム上にΔΦ１＝−２ΔΦ１´の位相シフトを誘導することができる。この位相シフトは一回のみ構造に適応させるだけで良く、その後は全てのスイッチ状態において固定することができる。 − 入力２における入力信号を出力９上へ： “バタフライ”ＭＭＩ１３１の直後において両方のＭＺＩアーム上の信号は再び強度比ｐ１および互いに対しての位相シフトΔΦ１´を有する。これらの両方のＭＺＩアーム上の信号を“バタフライ”ＭＭＩ結合器１３２の出力９において一つの信号に結合するため、強度比ｐ２＝１／ｐ１、ならびにΔΦ２´´＝−Δ Φ２´の位相関係を有する必要がある。例えばＭＺＩアーム６上に結合される制御信号を使用して、追加的に必要とされる位相シフトΔΦ２がＭＺＩアーム６上に生成される。前述において生成された位相シフトΔΦ１がなお同一のＭＺＩアーム上に生じているという条件下において、ΔΦ２＝ΔΦ１´−ΔΦ２´の位相シフトが必要となる。制御信号はさらにＭＺＩアーム６内に入力信号の強度変化ΔＩを生成する。非対称型“バタフライ” ＭＭＩの選択が、ｐ２＝１／ｐ１＝Ｉ₁／（Ｉ₂−ΔＩ）を満たすように設定された場合、信号が出力９上に結合される。図１３には、２つの可能的な出力を備えるＸＰＭ光−光スイッチの一例が示されており、これは、入力信号Ｂを結合および分離するためにそれぞれ異なった“ バタフライ”ＭＭＩを非対称型モード分割器／結合器１４１および結合器／分割器１４２として使用し、制御信号を結合するために“ＭＭＩコンバータ結合器” １４３および１４６を使用する。異なった分割比での分割器および結合器の選択によって、図１２においてはまだ必要とされている位相シフタ１３５および１３９がスイッチ状態の達成には必要とされないようスイッチを構成することができ、これは第二の非対称型結合器／分割器１４２を位相比に適応させることができるからである。しかしながら、全ての場合において技術的要件となる位相内のオフセットを消去するために、位相シフタを設けることは有効である。適用方法に従って制御信号を追加的な構成要素１４５および／または１４８内において再び分離、フィルタアウトするか、またはＭＺＩアーム５および／または６内に維持することができる。分離は図２、図４、図５、図６、図７、図８、および図９についての記述にしたがった“ＭＭＩコンバータ結合器”によって効果的に実施することができる。一例として、ここでは、入力２上における入力信号Ｂの出力９または８へのスイッチング処理について図１３を参照しながら説明する。 − 入力２における入力信号を出力９上へ： “バタフライ”ＭＭＩ１４１は強度Ｉ₀を有する入力信号Ｂをｐ１＝Ｉ₁／Ｉ₂ の比率をもって両方のＭＺＩアーム５および６上に分割する。ここで、図１２の説明と同様の備考を適用する。ＭＭＩの直後において両方のＭＺＩアーム上の両信号は互いに対してΔΦ１´の位相シフトを有する。これらのＭＺＩアーム５および６上の両信号を再び一つの出力信号に結合するため、ＭＺＩアーム上の強度比がｐ１であり両方の信号の位相間の位相シフトがΔΦ１´´＝ΔΦ１´である場合、信号が直接的に出力９上に投影されるように“バタフライ”ＭＭＩ１３２が選択される。図１２のスイッチに反して、“バタフライ”ＭＭＩ１４１は、“バタフライ”ＭＭＩ１４２のＭＺＩ出力上で必要とされるような、ちょうど適正な強度比および正確な位相関係をＭＺＩ入力上に形成する。追加的な位相シフタは必要ではなく、ΔΦ１＝０となる。前述のように機能する可能的な“バタフライ”ＭＭＩは実在する。ＭＭＩは実質的に干渉効果を可能にする拡幅された波導路から形成される。例えば、“バタフライ”ＭＭＩ１４１については中央部を絞った“バタフライ”ＭＭＩを使用するとことができる。対応する“バタフライ”ＭＭＩ１４２は逆数の分割比１／ｐ１を有する“バタフライ”ＭＭＩである。これは中央部が拡幅される必要がある。 − 入力２における入力信号を出力８上へ：スイッチング処理は図１２の説明に準ずるものとなる。制御信号によって、例えばＭＺＩアーム６上にΔΦ２＝ΔΦ２´−ΔΦ１´の位相シフトが生成される。制御信号はさらにＭＺＩアーム６内に入力信号の強度変化ΔＩを生成する。非対称型“バタフライ”ＭＭＩの選択が、ｐ２＝１／ｐ１＝Ｉ₁／（Ｉ₂−ΔＩ）を満たすように設定された場合、信号が出力８上に結合される。２つの好適な出力を有するＸＰＭ光−光スイッチ内に制御信号を結合するためには図４ａ）の“３×３−ＭＭＩコンバータ結合器”が特に適している。この構成要素は長さが非常に短く、大きな波長帯域を有する。このＭＭＩは、ほぼ１００％出力に誘導するため、入力信号に対しては影響を及ぼさない。制御信号は第一次元のモードとして約６６％の変換効率をもってＭＺＩアーム上投影される。図１４には、２つの可能的な出力を備えるＸＰＭ光−光スイッチの一例が示されており、これは、図１３についての説明と同様に、入力信号Ｂを結合および分離するためにそれぞれ異なった“バタフライ”ＭＭＩを非対称型モード分割器１５１および結合器１５２として使用する。制御信号を結合するために“３×３ＭＭＩコンバータ結合器”１５３および１５６を使用する。ＭＺＩの両側に異なったバタフライ”ＭＭＩを選択する代わりに、図１２において説明したように、ＭＺＩの両側に同一の“バタフライ”ＭＭＩを使用するスイッチも考えられる。構成要素１５９においては残りの３３％の制御信号が吸収層内に誘導される。この３３％に制御信号をシステムから除去する方法は他にも多数考えられる。適用方法に応じて、制御信号を追加的な構成要素１５５および／または１５８内で分離、フィルタアウトするか、またはＭＺＩアーム５および／または６上に放置することも可能である。さらに、“（１＋１）×１ＭＭＩコンバータ結合器”の構成例１，２または３は、２つの可能的な出力を有するＸＰＭ光−光スイッチ内に制御信号を結合するための別の方式を提供する。好適なオン／オフ・スイッチング比を有する２つの出力を備えた光−光スイッチは、図１２および図１３に示された方式によって実現することができる。好適なオン／オフ・スイッチング比を達成するために、信号ＢをどのようにＭＺＩ構成内に結合および分離するかの様式および方法が重要である。ＭＺＩアーム自体、中央部分の構造は、図１２または図１３の説明に記述された構成例から相違することが可能である。カプラ１６１および１６２を有する領域は図１２および図１３の説明に準じた構造となる。多数の異なった構成要素を形成する中央部分１６３は、制御信号の結合もしくは分離、また非線形効果もしくはその他の機能を実行するよう作用する。制御信号を結合するために、ＭＭＩコンバータ結合器または任意の他のカプラを使用することができる。例えば、２×２ＭＭＩ、“３ｄＢ方向カプラ”、非対称Ｙ結合器等とすることができる。制御信号は基本モードとして結合することもできる。しかしながら、１６３部分内の少なくとも一領域に非線形材料を設けることが必要である。図１６において、領域１７３および１７４の中間に位置する領域に２つの異なった強度または大きさの非線形領域（例えば、非線形媒体が半導体増幅器から形成されている場合異なった電流を付加する）を設けることによって、ＸＰＭスイッチ内のオン／オフ・スイッチング比を改善することができる。１７３および１７４はＭＺＩアームを構成しており、これは制御信号Ａを結合もしくは分離するための要素、ならびに非線形媒体もしくは位相シフタをともに含むものである。制御信号がＭＺＩアーム、例えばアーム５上の入力信号にΔＩの強度変化を生じさせるとすると、制御信号が存在していない場合にはアーム５上の入力信号がアーム６上のものよりΔＩ／２だけ大きくなるように、両方の非線形媒体の強さを選択することができる。アーム５に制御信号を付加した後、このアーム上の入力信号は、アーム６上のものよりΔＩ／２だけ小さくなる。この両方の出力波導路における非理想的なスイッチ状態の対称化は、ほぼ同一であり比較的良好な２つのオン／オフ・スイッチング比が２つの出力上に生成される効果をもたらす。同一の非線形媒体をもって開始する場合、制御信号無しでは好適なスイッチング比が得られるが、制御信号を付加した後不良なスイッチング比がもたらされる。異なった強度あるいは異なった大きさの非線形媒体の使用により、追加的な位相シフトがもたらされ、これは適正な５０：５０モードカプラ１７１および１７２を選択することによって補償することができる。モードカプラ１７１に対して、長さＬ：Ｌ＝（１／８）３Ｌｃ（式７）を有する１×２ＭＭＩが使用される。モードカプラ１７２に対しては、長さＬ：Ｌ＝（１／２）３ＬｃまたはＬ＝（１／６）３Ｌｃ（式８）を有する２×２ＭＭＩが使用される。ここでＭＭＩの正確な幾何学構成は参考文献［Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］から採用することができる。カプラの選択によって、追加的な位相シフタを必要とすることなく、ＭＺＩアームを対称型に形成することができる。２×２ＭＭＩに代えて、他の５０：５０カプラを使用することができ、これは入力信号に対するアナログ位相比を有し、これによってスイッチング状態が生成される。図１０の説明において、光−光スイッチをカスケード接続および／または双方向動作させることを可能にする方法が提案された。以下には、カスケード接続可能かつ双方向動作可能な光−光スイッチのさらに別の構成方法について記述され、これは図１０の方式とは異なり、単モードの波導路ならびに既存のモードカプラのみを備えている。全体的な方法は図１７に示されている。信号Ｂは例えば入力３上に結合される。カプラ２１１および２１２はマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を形成し、これはここで“外部”ＭＺＩと称する。非線形の強度変化を補償するとともにスイッチ／コンバータ内のクロスおよびバー状態に対して良好なオン／オフ・スイッチング比を得るためにカプラ２１１および２１２内の分割比が調整される。この調整は既に詳細に説明した。ＭＺＩの一つのアーム内には制御信号Ａが結合される。この信号を信号Ｂと識別するために、このアームは“内部”ＭＺＩと呼ばれる第二のＭＺＩとして形成される。これはモード混成器２１３および分解器２１６に基づいている。２１３および２１６は対称性の分割比を有するモードカプラである。信号Ｂと制御信号との間の区別は、“内部”ＭＺＩの両方のアーム内のモードの異なった比較位相によって保持される。光学的非線形領域２１４ａ，２１４ｂおよび２１８が設けられる。これらは、例えば半導体増幅器からなる。領域２１４ａおよび２１４ｂは連続するものともし得る。カプラ２１６および２１２を調整するため、能動あるいは受動型の位相シフタ２１５ａ，２１５ｂおよび２１９が“内部”ＭＺＩのいずれかの位置に取り付けられる。位相シフタ２１５ａまたは２１５ｂのうちの少なくとも一つが使用される。例えば、“内部”ＭＺＩがバー状態になるよう位相シフタ２１５ａを選択し、すなわち入力１が出力７に導通する。対称性のため、制御信号が結合されているか否かにかかわらず、“内部”ＭＺＩが常にバー状態に保持される。位相シフタ２１９は、制御信号を用いずに出力８または９のいずれかの上に試験信号が発生するよう設定される。モードカプラ２１６と２１２との間にさらに別の位相シフタを設けることができる。制御信号は、“内部”ＭＺＩとアーム６との間において強度および位相変化が発生するように作用する。強度変化は２１１および２１２の分割比の選択によって補償するか（図１５の説明）、または“外部”ＭＺＩのＭＺＩアーム上の異なった強度からなる非線形領域を有するモードカプラ２１１および２１２を適正に選択することよって補償することができる（図１６の説明）。位相変化は出力８および９の間において信号Ｂをスイッチするよう作用する。対称性の理由から、または第二の制御信号を結合したいため、アーム６上に第二の“内部”ＭＺＩを設けることができる。システム全体は、良好なオン／オフ・スイッチング比を有する純粋な光学非線形１×２スイッチとして動作することができる。信号Ｂならびに制御信号Ａがともに他の構成要素に再投入可能であるか、あるいは少なくとも良好に互いから分離しているため、カスケード接続が可能である。したがって信号ＡおよびＢは再び信号あるいは制御信号として使用することができる。信号Ｂならびに制御信号Ａはともに逆方向に結合することができ、スイッチを双方向に使用することができる。全ての図中において信号Ｂおよび制御信号Ａのモード形態が示されている。制御信号は白く示されている。信号Ｂは黒もしくは点線（出力９上）で示されている。全ての接続波導路は基本モードのみを有している。図１８には、図１７の光−光スイッチの構成例が示されている。“内部”ＭＺＩに対するモードカプラ２２３，２２６，２２７および２３０としては、５０：５０の分割比を有する２×２ＭＭＩが使用される。これについては複数の解決方法がある。モードカプラ２２１および２２２については“バタフライ”ＭＭＩを使用する。強度変化が全く生じないか、あるいはごく僅かである場合、四角形の幾何学的構成および対称性の分割比を有する通常のＭＭＩを使用する。分割比選択は図１５の説明にしたがったものとなる。構造を簡略化するために、行程差がＭＺＩアーム間に生じる位相シフトに相当するよう“内部”ＭＺＩを構成することができる（例えば“内部”ＭＺＩを円弧上に設置する）。その結果、位相シフタは必要なくなる。しかしながら、技術条件または構造条件による位相シフトを校正するために位相シフタを設けることは効果的である。以下に、ごく少数の要素のみから形成される小型のＸＰＭ光−光スイッチについて記述する。信号Ｂの分割および制御信号の結合は、ただ一つの構成要素、すなわちマルチモード干渉ＭＭＩモードカプラ（図５ａ）によって実施される。同じＭＭＩが信号Ｂの結合および制御信号の分離を可能にする。中間入力３０２、中間接続波導路３０８および中間出力３０５は両方のＭＭＩ３１１および３１２の中央に位置する。この波導路は、第一次元のモードが導通できるよう充分な幅を有する必要がある。外側の入力３０１，３０３、外側の接続波導路３０７，３０９、外側の出力３０４，３０６は、平坦またはほぼ平坦にＭＭＩの縁部に延在している。信号Ｂは２つの基本モードに分割し、これらは波導路３０７，３０９内、および波導路３０８内に誘導される第一次元のモード内に付加される。位相は第二のＭＭＩの入力に適応しなければならない。これは位相シフタ３１６，３１７および３１８によって受動または能動式に実施することができる。例えば、接続波導路の異なった長さによって受動式に以下の条件を満たすことができる：外側の波導路は、第二のＭＭＩの入力において、内側の接続波導路と比べて、±π／２の位相差を有する。制御信号がない場合、外側の出力に一つにおいて光が放出される。制御信号Ａが接続されている場合、中央の接続波導路３０８上に、非線形領域３１２内で形成された屈折係数差が生じる。これによって、信号Ｂは一つの外側出力波導路から別の波導路に接続される。このシステムは制御信号Ａならびに信号Ｂに対して双方向に動作することができる。信号ＡおよびＢが分離可能であるため、システムはカスケード接続可能である。低速なキャリア再結合時間によりスイッチ速度が低下する問題は、例えば、時間的に遅延する第二の光制御信号を第二のＭＺＩまたはＭＩアーム内に付加することによって解決することができる。または、２つの非線形の領域を位置的に互いに逆行して移動するとともに、制御信号を同時に両方のＭＺＩアームに伝送することもできる。前述した全ての本発明に係るスイッチはこの方式で動作させることができる。以下に、この問題を別の方式で解決するスイッチの実施例を示す。すなわち、光信号を時間的にシフトして同一の非線形領域に誘導するものである。スイッチは極性に関係なく構成することができる。これは特にマルチプレクサ、デマルチプレクサまたは短パルスの生成に適している。図２０は、ＸＰＭ光−光スイッチの実施例を示し、これは信号Ｂをモードの次元によって分別可能な２つの成分Ｂ´およびＢ´´に分割されるとともに、時間的にシフトして非線形領域４１７に付加される。構成はＭＺＩを形成する２つのモードカプラ４１１および４１２からなる。これは例えば図１５（２つの入力）または図１６（ただ一つの入力４０１）の説明にしたがったＭＺＩ構成とすることができる。さらに、両方の信号Ｂ´およびＢ´´が時間的に分離し再度相互に合成されるよう、波導路４０３，４０４ならびに４０６，４０７を配置する２つの領域がある。これは、例えばより長い波導路４１３および４１４によって実施することができる。一つの信号を第一次元のモードに変換および回帰変換するために、図４ａ，５ｂ，６，７および８の説明において提案されているように、“ コンバータ結合器ＭＭＩ”（４１５および４１６）が使用される。カプラ４１５または４１６の少なくとも一つが図５ａにしたがった４×４コンバータ結合器ＭＭＩであれば好適であり、したがって、制御信号を第一次元のモードとして結合することができる。“コンバータ結合器ＭＭＩ”４１５および４１６の選択に応じて、損失モードを除去するため、波導路４０５ｄ−ｇを追加する必要がある。さらに、制御信号を基本モードとして適宜に選択したカプラによって波導路アーム４０５上に結合することができる。強度ならびに位相を構成するため、位相シフタ４１９ａおよび４１９ｂならびに信号増幅器をカプラ４１６と４１２の間のどこかに配置すれば好適である。基本モードと第一次元のモードは同じ強度で増幅してはならず、波導路上に等しい屈折係数を強制してはならないことを注意する必要がある。スイッチの機能は：第一の信号Ｂ´が通過した後制御信号が４１７に結合されない場合、後続の信号Ｂ´´には追加的な位相シフトは付加されない。これに対して信号Ｂ´´の前または信号Ｂ´´と同時に４１７に制御信号が存在する場合、信号Ｂ´´に位相シフトが付加される。このことにより、信号Ｂが出力波導路から他の波導路に接続される。構成要素の配置にしたがって、スイッチは両側において動作することができる。波導路４０５の領域に他の要素を配置することができる。図２１は、図２０の方法の可能的な実現例を示している。信号の時間的分離および再結合は異なった半径を有する曲線、もしくは４０３または４２９ａと４０４または４２９ｂとの間の変移によって達成される。カプラ４２５および４２６は４×４コンバータ結合器ＭＭＩ（図５ａ）である。この選択は、波導路４０４からの信号をほぼ１００％波導路４０６へ、波導路４０２上の制御信号をほぼ１００％、４０８へ投影することを可能にする。能動型または受動型の位相シフタ４２８ａ−ｃは３つの波導路上の位相を適正に調節することに使用される。４２９ａおよびｂは追加的で有用であるが、不可欠ではない位相シフタである。信号増幅器４３０ａおよびｂは有用ではあるが、不可欠ではない。制御信号Ａは、３つの非線形領域の全てにおける位相およびキャリア変化をもたらす。信号Ｂ´´ については非線形領域４２７ｂ上のものだけが重要である。位相変化の強さに応じて、出力４０９ａからの信号出力４０９ｂへ、またその反対に接続される。非線形領域４２７ａ−ｃは同じ形状を有する必要はない。図１５および図１６において説明された、良好なオン／オフ・スイッチング比を有する光学式スイッチは電気制御されたスイッチとして動作することもできる。ここで、図２２および図２３に示されるように、入出力ならびに光制御信号用のカプラが削除される。これに対して、ＭＺＩは図１５および／または図１６の方法に従って形成される。非線形領域として半導体増幅器５１３，５１４，５２３および５２４が設けられる。屈折係数および強度の変化は、変調された電流を非線形領域、例えば５１３または５２３上に付加することによって達成される。他の非線形領域には一定の電流が供給される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年８月２９日【補正内容】の要素を備える： − モードカプラ１２１を備え、これは光入力信号ＢをＭＺＩ構成上の２つの異なったアーム上に分割する。モードカプラ内の入力数は任意とすることができ、入力信号を特定の比率で波導路アーム上に投影することのみが重要である。 − 反射層１２８を備える。 − 光制御信号の結合を可能にする少なくとも１つの要素１２２および／または１２５を備える。 − 非線形部材１２４および／または１２７を有する少なくとも一つまたは二つの領域を備える。光制御信号Ａが存在するか否かに応じて、この領域において入力信号Ｂ中に位相シフトが形成される。非線形部材は干渉計アームのいずれかの位置に設けることができる。 − ＭＺＩアーム上のどこかに能動または受動型の位相シフタ１２３および／または１２６を設けることができる。制御信号の結合はＭＺＩアーム５または６のいずれかの上に直接行われる。光制御信号は“ＭＭＩコンバータ結合器”１２２および／または１２６を介して結合される。ここで、光制御信号Ａの基本モードが第一次元の変換され、同時に光入力信号と結合される。これは図２、図４、図５、図６、図７、図８、および図９についての記述にしたがった“ＭＭＩコンバータ結合器”に該当するものである。入力信号ならびに制御信号はいずれも反射層上で反射される。制御信号はＭＭＩ１２２および／または１２５の選択に応じて再度分離される。反射された、波導路アーム５および６からの入力信号は、モード分割および結合器に付加され結合される。波導路５および６における位相相関性にしたがって、入力信号が波導路入力とは異なる出力に付加される。この反射型ＭＺＩ構成は、ＭＩ構成とも呼ばれる。図１１に示された構成要素は、一つの出力を有するスイッチとして作動することができる。光制御信号のための可能的な入力として入力１ないし４が使用される。光入力信号は入力２または３を介して付加することができる。この構成要素は、一つの出力上の波長λ２の光信号Ｂを波長λ１の制御信号Ａに相当させることにより、波長コンバータとして使用することができる。スイッチ状態の対称化は、ほぼ同一であり比較的良好な２つのオン／オフ・スイッチング比が２つの出力上に生成される効果をもたらす。同一の非線形媒体をもって開始する場合、制御信号無しでは好適なスイッチング比が得られるが、制御信号を付加した後不良なスイッチング比がもたらされる。異なった強度あるいは異なった大きさの非線形媒体の使用により、追加的な位相シフトがもたらされ、これは適正な５０：５０モードカプラ１７１および１７２を選択することによって補償することができる。モードカプラ１７１に対して、長さＬ：Ｌ＝（１／８）３Ｌｃ（式７）を有する１×２ＭＭＩが使用される。モードカプラ１７２に対しては、長さＬ：Ｌ＝（１／２）３ＬｃまたはＬ＝（１／６）３Ｌｃ（式８）を有する２×２ＭＭＩが使用される。ここでＭＭＩの正確な幾何学構成は参考文献［Ｍ．バッハマン、Ｐ．Ａ．ベッセ、Ｈ．メルショア著“位相相関性を有するＮ×Ｎマルチモード干渉カプラにおける一般的な自投影特性”、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］から採用することができる。カプラの選択によって、追加的な位相シフタを必要とすることなく、ＭＺＩアームを対称型に形成することができる。２×２ＭＭＩに代えて、他の５０：５０カプラを使用することができ、これは入力信号に対するアナログ位相比を有する。良好なオン／オフ・スイッチング比を有するＸＰＭスイッチも図１５および図１６の説明による方法によって生成することができる。この種のスイッチは例えば、“バタフライ”ＭＭＩ１６１および５０：５０カプラ１７２とからなり、ここでＭＺＩアーム上に異なった強さの非線形媒体を設けることによって形成される。以下に、カスケード接続および双方向動作光−光スイッチ実施例が示されている。この方法において、いわゆる“内部ＭＺＩ”の２つのアーム上の２つの基本モードが、ともにより高次元のモードを形成する。ここで、“内部”ＭＺＩの波導路の間の距離を接触するまで縮小すると、基本モードをより高次元のモードとして解釈できることが明白である。“内部”ＭＺＩはＭＭＩによって形成することができる。したがって、ＭＭＩを別の方式によって請求項１にしたがったモード変換に使用することができる。全体的な方法は図１７に示されている。信号Ｂは例えば入力３上に結合される。カプラ２１１および２１２はマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を形成し、これはここで“外部”ＭＺＩと称する。非線形の強度変化を補償するとともにスイッチ／コンバータ内のクロスおよびバー状態に対して良好なオン／オフ・スイッチング比を得るためにカプラ２１１および２１２内の分割比が調整される。この調整は既に詳細に説明した。ＭＺＩの一つのアーム内には制御信号Ａが結合される。この信号を信号Ｂと識別するために、このアームは“内部”ＭＺＩと呼ばれる第二のＭＺＩとして形成される。これはモード混成器２１３および分解器２１６に基づいている。２１３および２１６は対称性の分割比を有するモードカプラである。信号Ｂと制御信号との間の区別は、“内部”ＭＺＩの両方のアーム内のモードの異なった比較位相によって保持される。光学的非線形領域２１４ａ，２１４ｂおよび２１８が設けられる。これらは、例えば半導体増幅器からなる。領域２１４ａおよび２１４ｂは連続するものともし得る。カプラ２１６および２１２を調整するため、能動あるいは受動型の位相シフタ２１５ａ，２１５ｂおよび２１９が“内部”ＭＺＩのいずれかの位置に取り付けられる。位相シフタ２１５ａまたは２１５ｂのうちの少なくとも一つが使用される。例えば、“内部”ＭＺＩがバー状態になるよう位相シフタ２１５ａを選択し、すなわち入力１が出力７に導通する。対称性のため、制御信号が結合されているか否かにかかわらず、“内部”ＭＺＩが常にバー状態に保持される。位相シフタ２１９は、制御信号を用いずに出力８または９のいずれかの上に試験信号が発生するよう設定される。モードカプラ２１６と２１２との間にさらに別の位相シフタを設けることができる。制御信号は、“内部”ＭＺＩとアーム６との間において強度および位相変化が発生するように作用する。強度変化は２１１および２１２の分割比の選択によって補償するか（図１５の説明）、または“外部”ＭＺＩのＭＺＩアーム上の異なった強度からなる非線形領域を有するモードカプラ２１１および２１２を適正に選択することよって補償することができる（図１６の説明）。位相変化は出力８および９の間において信号Ｂをスイッチするよう作用する。対称性の理由から、または第二の制御信号を結合したいため、アーム６上に第二の“内部”ＭＺＩを設けることができる。システム全体は、良好なオン／オフ・スイッチング比を有する純粋な光学非線形１×２スイッチとして動作することができる。信号Ｂならびに制御信号Ａがともに他の構成要素に再投入可能であるか、あるいは少なくとも良好に互いから分離しているため、カスケード接続が可能である。したがって信号ＡおよびＢは再び信号あるいは制御信号として使用することができる。信号Ｂならびに制御信号Ａはともに逆方向に結合することができ、スイッチを双方向に使用することができる。全ての図中において信号Ｂおよび制御信号Ａのモード形態が示されている。制御信号は白く示されている。信号Ｂは黒もしくは点線（出力９上）で示されている。全ての接続波導路は基本モードのみを有している。図１８には、図１７の光−光スイッチの構成例が示されている。“内部”ＭＺＩに対するモードカプラ２２３，２２６，２２７および２３０としては、５０：５０の分割比を有する２×２ＭＭＩが使用される。これについては複数の解決方法がある。モードカプラ２２１および２２２については“バタフライ”ＭＭＩを使用する。強度変化が全く生じないか、あるいはごく僅かである場合、四角形の幾何学的構成および対称性の分割比を有する通常のＭＭＩを使用する。分割比選択は図１５の説明にしたがったものとなる。構造を簡略化するために、行程差がＭＺＩアーム間に生じる位相シフトに相当するよう“内部”ＭＺＩを構成することができる（例えば“内部”ＭＺＩを円弧上に設置する）。その結果、位相シフタは必要なくなる。しかしながら、技術条件または構造条件による位相シフトを校正するために位相シフタを設けることは効果的である。以下に、ごく少数の要素のみから形成される小型のＸＰＭ光−光スイッチについて記述する。信号Ｂの分割および制御信号の結合は、ただ一つの構成要素、すなわちマルチモード干渉ＭＭＩモードカプラ（図５ａ）によって実施される。同じＭＭＩが信号Ｂの結合および制御信号の分離を可能にする。中間入力３０２、中間接続波導路３０８および中間出力３０５は両方のＭＭＩ３１１および３１２の中央に位置する。この波導路は、第一次元のモードが導通できるよう充分な幅を有する必要がある。外側の入力３０１，３０３、外側の接続波導路３０７，３０９、外側の出力３０４，３０６は、平坦またはほぼ平坦にＭＭＩの縁部に延在している。信号Ｂは２つの基本モードに分割し、これらは波導路３０７，３０９内、および波導路３０８内に誘導される第一次元のモード内に付加される。位相は第二のＭＭＩの入力に適応しなければならない。これは位相シフタ３１６，３１７および３１８によって受動または能動式に実施することができる。例えば、接続波導路の異なった長さによって受動式に以下の条件を満たすことができる：外側の波導路は、第二のＭＭＩの入力において、内側の接続波導路と比べて、±π／２の位相差を有する。制御信号がない場合、外側の出力に一つにおいて光が放出される。制御信号Ａが接続されている場合、中央の接続波導路３０８上に、非線形領域３１２内で形成された屈折係数差が生じる。これによって、信号Ｂは一つの外側出力波導路から別の波導路に接続される。このシステムは制御信号Ａならびに信号Ｂに対して双方向に動作することができる。信号ＡおよびＢが分離可能であるため、システムはカスケード接続可能である。低速なキャリア再結合時間によりスイッチ速度が低下する問題は、例えば、時間的に遅延する第二の光制御信号を第二のＭＺＩまたはＭＩアーム内に付加することによって解決することができる。または、２つの非線形の領域を位置的に互いに逆行して移動するとともに、制御信号を同時に両方のＭＺＩアームに伝送することもできる。前述した全ての本発明に係るスイッチはこの方式で動作させることができる。以下に、この問題を別の方式で解決するスイッチの実施例を示す。すなわち、光信号を時間的にシフトして同一の非線形領域に誘導するものである。スイッチは極性に関係なく構成することができる。これは特にマルチプレクサ、デマルチプレクサまたは短パルスの生成に適している。図２０は、ＸＰＭ光−光スイッチの実施例を示し、これは信号Ｂをモードの次元によって分別可能な２つの成分Ｂ´およびＢ´´に分割されるとともに、時間的にシフトして非線形領域４１７に付加される。構成はＭＺＩを形成する２つのモードカプラ４１１および４１２からなる。これは例えば図１５（２つの入力）または図１６（ただ一つの入力４０１）の説明にしたがったＭＺＩ構成とすることができる。さらに、両方の信号Ｂ´およびＢ´´が時間的に分離し再度相互に合成されるよう、波導路４０３，４０４ならびに４０６，４０７を配置する２つの領域がある。これは、例えばより長い波導路４１３および４１４によって実施することができる。一つの信号を第一次元のモードに変換および回帰変換するために、図４ａ，５ｂ，６，７および８の説明において提案されているように、“ コンバータ結合器ＭＭＩ”（４１５および４１６）が使用される。カプラ４１５または４１６の少なくとも一つが図５ａにしたがった４×４コンバータ結合器ＭＭＩであれば好適であり、したがって、制御信号を第一次元のモードとして結合することができる。“コンバータ結合器ＭＭＩ”４１５および４１６の選択に応じて、損失モードを除去するため、波導路４０５ｄ−ｇを追加する必要がある。さらに、制御信号を基本モードとして適宜に選択したカプラによって波導路アーム４０５上に結合することができる。強度ならびに位相を構成するため、位相シフタ４１９ａおよび４１９ｂならびに信号増幅器をカプラ４１６と４１２の間のどこかに配置すれば好適である。基本モードと第一次元のモードは同じ強度で増幅してはならず、波導路上に等しい屈折係数を強制してはならないことを注意する必要がある。スイッチの機能は：第一の信号Ｂ´が通過した後制御信号が４１７に結合されない場合、後続の信号Ｂ´´には追加的な位相シフトは付加されない。これに対して信号Ｂ´´の前または信号Ｂ´´と同時に４１７に制御信号が存在する場合、信号Ｂ´´に位相シフトが付加される。このことにより、信号Ｂが出力波導路から他の波導路に接続される。構成要素の配置にしたがって、スイッチは両側において動作することができる。波導路４０５の領域に他の要素を配置することができる。図２１は、図２０の方法の可能的な実現例を示している。信号の時間的分離および再結合は異なった半径を有する曲線、もしくは４０３または４２９ａと４０４または４２９ｂとの間の変移によって達成される。カプラ４２５および４２６は４×４コンバータ結合器ＭＭＩ（図５ａ）である。この選択は、波導路４０４からの信号をほぼ１００％波導路４０６へ、波導路４０２上の制御信号をほぼ１００％、４０８へ投影することを可能にする。能動型または受動型の位相シフタ４２８ａ−ｃは３つの波導路上の位相を適正に調節することに使用される。４２９ａおよびｂは追加的で有用であるが、不可欠ではない位相シフタである。信号増幅器４３０ａおよびｂは有用ではあるが、不可欠ではない。制御信号Ａは、３つの非線形領域の全てにおける位相およびキャリア変化をもたらす。信号Ｂ´´ については非線形領域４２７ｂ上のものだけが重要である。位相変化の強さに応じて、出力４０９ａからの信号出力４０９ｂへ、またその反対に接続される。非線形領域４２７ａ−ｃは同じ形状を有する必要はない。図１５および図１６において説明された、良好なオン／オフ・スイッチング比を有する光学式スイッチは電気制御されたスイッチとして動作することもできる。ここで、図２２および図２３に示されるように、入出力ならびに光制御信号用のカプラが削除される。これに対して、ＭＺＩは図１５および／または図１６の方法に従って形成される。非線形領域として半導体増幅器５１３，５１４，５２３および５２４が設けられる。屈折係数および強度の変化は、変調された電流を非線形領域、例えば５１３または５２３上に付加することによって達成される。他の非線形領域には一定の電流が供給される。【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１月３日【補正内容】請求の範囲１．）光モードを低次元からより高次元へ変換するものであり、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）を使用してモード変換を行うことを特徴とする方法。２．）他の光モードとの重ね合わせるため、ＭＭＩ上に好適な追加的波導路入力を形成することを特徴とする請求項１記載の光モードの変換方法。３．）Ｍ次元の対称モードを（Ｍ＝０，２．．．．）（例えば基本モード）一つまたは複数の２Ｍ＋１次元のモード（例えば第一次元のモードの基本モード）およびＭ次元のモードに変換するための装置であり、請求項１の方法を実施するために、少なくとも一つの波導路入力(３１)、Ｎ×Ｎ−ＭＭＩ(３９)(Ｎ＝３，４，５...)、自由選択可能な幅Ｗ、これから生じる四角形ＭＭＩに対する長さＬはＬ＝１／Ｎ・４ｎＷ²／（３λ）ここでｎは有効屈折係数、λは真空波長を示し、変換する光モードに対する波導路（３１）の位置はＭＭＩの縦方向の縁部上に選択し、ここで縦方向縁部は長さＬのＭＭＩの長い方の境界に相当することを特徴とする装置。４．）光基本モード（Ａ）をＫが奇数である場合（３Ｋ−１）／２個の第一次元のモードに変換し、Ｋが偶数の際は（３Ｋ−２）／２個の第一次元のモードに変換するとともに、請求項２の方法を実施するため第一次元のＫ個のモードを第二の基本モード（Ｂ）のＫ個の像と重ね合わせるための装置であり、請求項３にしたがったＭＭＩ（Ｎ＝３Ｋ，Ｋ＝１，２，３．．．．．）と少なくとも１つの追加的な波導路入力（４３），（４２）とからなり、追加的な波導路入力（４３），（４２）は２Ｗ／３またはＷ／３の距離をもってＭＭＩの縦方向縁部から離間して位置することを特徴とする装置。５．）光基本モード（Ａ）を２Ｋ−１個の第一次元のモードに変換するとともに、請求項２の方法を実施するため第一次元のＫ個のモードを第二の基本モード（Ｂ）のＫ個の像と重ね合わせるための装置であり、請求項３にしたがったＭＭＩ（Ｎ＝４Ｋ，Ｋ＝１，２，３．．．．．）と少なくとも１つの別の波導路入力とからなり、追加的な波導路入力（５２）はＷ／２の距離をもってＭＭＩの縦方向縁部から離間して位置することを特徴とする装置。６．）光基本モード（Ａ）を第一次元のモードとしてＫ個の波導路出力上に完全に投影するとともに、同時に別の光基本モード（Ｂ）をＫ個の基本モードに分割し、これに前記Ｋ個の第一次元のモードを重ね合わせ、ここで基本モード（Ａ）のＫ個の第一次元のモードへの変換、ならびに基本モード（Ｂ）のＫ個の基本モードへの変換のいずれに対する変換効率もほぼ１００％となり、さらにＫ＝１で逆方向に動作する際にモード分割器として同一波導路上にある基本モードと第一次元のモードを分離することができ、少なくとも一つの請求項５記載のＭＭＩ構成要素を使用することを特徴する請求項２記載の方法。７．）請求項６記載の方法を実施するためのＭＭＩ要素を備えた装置であり、光基本モード（６１）および（６２）に対する２つの波導路入力と、入力モード（Ａ）を２つの同等部分に分割し２つの波導路出力（６５）および（６６）に付加する５０：５０モード分割器（６３）と、１つまたは２つの位相シフタ（６４）と、請求項５のＭＭＩ（６９）とからなり、基本モード（Ｂ）をＭＭＩ（６９）の入力側中央に付加し、波導路（６５）および（６６）をＭＭＩ（６９）の前面の下方および上方にそれぞれ接続することを特徴とする装置。８．）請求項６記載の方法を実施するためのＭＭＩ要素を備えた装置であり、 “ゼネラル２×２ＭＭＩ”５０：５０分光器（７３）と、幅Ｗ、長さＬ＝１／２・４ｎＷ²／（３λ）とからなり、ここでｎは有効屈折係数、λは真空波長を示し、“ゼネラル２×２ＭＭＩ”は二つの波導路入力（７１），（７２）および３つの波導路出力（７５），（７６）および（７７）とを備え、さらに、一つの波導路上に設けられた位相シフタ（７４）と、請求項５のＭＭＩ（６９）とからなり、基本モード（Ｂ）を誘導する波導路（７２）が２×２ＭＭＩ（７３）の中央に接続され、さらに波導路（７１）が変換すべきモードを２×２ＭＭＩの縦方向縁部からｂの距離をおいて２×２ＭＭＩ（７３）内に誘導し、ここでｂ＜Ｗ／２となり、波導路（７５）および波導路（７６）を備え、これらは縦方向縁部から同じ距離ｂ離れて２×２ＭＭＩから外側に出ており、それぞれＭＭＩ（６９）の上方および下方の縁面に接続していることを特徴とする装置。９．）請求項６記載の方法を実施するためのＭＭＩ要素を備えた装置であり、 “ゼネラル２×２ＭＭＩ”５０：５０分光器（７３）と、幅Ｗ、長さＬ＝１／２・４ｎＷ²／（３λ）とからなり、ここでｎは有効屈折係数、λは真空波長を示し、請求項５に記載されるとともに図６において使用されたＭＭＩ（６９）を備え、“ゼネラル２×２ＭＭＩ”（７３）は少なくとも２つの波導路入力を備えるとともに直接的に接続され、したがってただ一つのＭＭＩ（８９）を形成してなり、奇数値のＫに対して必要とされる１８０°の位相シフトを第二のＭＭＩ（６９）を２ ×２ＭＭＩ（７３）に対して回転することによって生成することを特徴とする装置。１０．）標準化された対称および標準化された非対称モードに対して同一の入力波導路を選択した場合、異なった出力上の強度の合計が一定に保持される特性と、異なった対称性を有する両方のモードに対して適宜な入力波導路を選択した場合カプラは出力上において等しい強度比を有するという特性を満たすようなカプラを実現する方法であり、（２Ｋ）×（２Ｋ）−ＭＭＩと（Ｋ＝１，２，３，．．．）、四角形のＭＭＩについては自由に選択可能な幅ｗならびに長さＬ＝１／（２Ｋ）・４ｎＷ²／（３λ）と、四角形ではないＭＭＩについては長さＬを有しこれは計算されたものから偏異することができ、ここでｎは有効屈折係数、 λは真空波長を示し、入力位置の選択をｘ_i ⁱⁿ＝ｉＷ／２Ｋならびにｉ＝１，２，．．２Ｋ−１出力位置をｘ_j ^out＝Ｗ−ｊＷ／２Ｋならびにｊ＝１，２，．．２Ｋ−１ここでｉ＋ｊが偶数、とし、標準化された対称および標準化された非対称モードに対して同一の入力位置を選択した場合、または対称モードに対して入力位置ｉ＝２ｐ：ｐ＝１，２，．．．Ｋおよび非対称モードについてｉ´＝２Ｋ−２ｐを選択した場合、全ての出力ｊにおいて等しい一定の強度が得られ、さらに、対称モードに対して入力位置ｉ＝２ｐ＋１および非対称モードについてｉ´＝２Ｋ−２ｐ−１を選択した場合、出力ｊにおいて異なった対称性を有する両方のモードについて等しい強度比を得ることを特徴とする方法。１１．）２つの出力を有する位相交差変調（ＸＰＭ）光−光スイッチまたは波長コンバータであり、モード分割器（１１１）もしくは、逆方向動作する際には（１１２）と、少なくとも一つの光信号（Ｂ）のための波導路入力とを備え、これは入力信号（Ｂ）をマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の２つのアーム（５）および（６）に分割し、さらに非線形の光学材料（１１４）および／または（１１８）からなる一つまたは２つの領域と、能動または受動型の位相シフタ（１１５）および／または（１１９）と、モード結合器（１１２）または（１１１）とを備え、このモード結合器は両方のＭＺＩアーム上の入力信号（Ｂ）を強度比および位相関係に基づいて両方の出力波導路（８）または（９）のいずれか一方に投影することができ、ここでモード分割器とモード結合器の選択に応じて入力信号を出力波導路（８）または（９）への結合を実施することもでき、さらに１つまたは２つのモード結合器（１１３）および／または（１１７）を設け、これは制御信号の結合を可能にし、さらに構成要素（１１６）および（１２０）を設け、制御信号の抽出またはフィルタ・アウトまたはさらに別の信号の結合を可能にし、制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項２および４ないし９に記載の“マルチモード干渉計（ＭＭＩ）コンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする方法。１２．）２つの出力を有する位相交差変調（ＸＰＭ）光−光スイッチまたは波長コンバータであり、光入力信号（Ｂ）のための少なくとも一つの波導路入力を有するモードカプラ（１２１）を備え、これは入力信号（Ｂ）をミケルソン干渉計（ＭＩ）の２つのアーム（５）および（６）分割し、さらに非線形の光学材料（１２４）および／または（１２７）からなる一つまたは２つの領域と、能動または受動型の位相シフタ（１２３）および／または（１２６）と、反射性の層（１２８）とを備え、これは進入した光入力信号を反射しするとともにモードカプラ（１２１）内の出力波導路上に投影し、さらに一つまたは２つのモードカプラ（１２２）および／または（１２５）を備え、これは制御信号の結合を可能にし、制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項２および４ないし９に記載の“ＭＭＩコンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする方法。１３．）良好なオン／オフ・スイッチング比を有する（ＸＰＭ）光−光スイッチ／波長コンバータを得ること製造するための方法でありモードカプラ（１１１）および（１１２）を備え、これは各入力信号（Ｂ）を異なった分割比をもってＭＺＩアーム（５）および（６）投影するとともに出力上で再結合し得ることを特徴とする請求項１１記載の方法。１４．）良好なオン／オフ・スイッチング比を有する（ＸＰＭ）光−光スィッチ／波長コンバータを得ること製造するための方法であり、非対称モード分割器（１２１）を備え、これは入力信号（Ｂ）を異なった分割比をもって両方のＭＺＩアーム（５）および（６）上に投影し、特徴とする請求項１２記載の方法。１５．）２つの可能的な出力を有する請求項１３記載のＸＰＭ光−光スイッチまたは波長コンバータを使用するものであり、異なったモードカプラ（１１１）および（１１２）を設け、この追加的な選択性により位相シフタ（１１５）および／または（１１９）内のオフセットを消去し、位相シフタをＭＺＩアーム上のどこかに設け、これは有効であるが不可欠ではないことを特徴とする方法。１６．） “バタフライ”−ＭＭＩモード分割器／−結合器（１１１）および“ バタフライ”−ＭＭＩモード結合器／−分割器（１１２）を使用することを特徴とする請求項１５記載の方法。１７．）可能な限り同一の“バタフライ”−ＭＭＩをモードカプラ（１３１）および（１３２）として使用することを特徴とする請求項１３記載の装置。１８．）互いにほぼ逆数の分割比または結合比率を有するモード分割器／−結合器（１４１）およびモード結合器／−分割器（１４２）として“バタフライ” −ＭＭＩを使用することを特徴とする請求項１６記載の方法。１９．）制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項４に記載の“３×３ＭＭＩコンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。２０．）制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、 “（１＋１）×１ＭＭＩコンバータ結合器” 変更例１（請求項７） “（１＋１）×１ＭＭＩコンバータ結合器” 変更例２（請求項８）を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。２１．）請求項１７または１８記載の光−光スイッチの出力上の良好なオン／オフ・スイッチング比改善するためのものであり、中央部材（１６３）を設け、これは任意のカプラを使用して一つまたは複数の制御信号を結合および／または分離し、このカプラは制御信号を基本モードもしくはより高次元のモードとして許容し、前記部分は少なくとも一つの非線形材料または位相シフタまたは他の光学要素を有する領域を備えることを特徴とする方法。２２．）光−光スイッチまたは波長コンバータの出力上の良好なオン／オフ・スイッチング比改善するためのものであり、ＭＺＩ構成またはＭＩ構成（例えば請求項１１または１２）を設け、これは制御信号を基本モードまたはより高い次元のモードとしてＭＺＩアーム（１７３）および／または（１７４）内に結合および分離するためのカプラを備え、ここで制御信号はカプラの選択によって左および／または右から結合することができ、ＭＺＩまたはＭＩアーム（１７３）および／または（１７４）上の異なった強度または異なった大きさの非線形領域を設けることによってオン／オフ・スイッチング比改善し、したがって出力上に２つのほぼ同一の比較的良好なオン／オフ・スイッチング比改善を得ることができ、モードカプラ（１７１）は（式７）にしたがった構成の１×２ＭＭＩであり、モードカプラ（１７２）は（式８）にしたがった構成の２×２ＭＭＬまたは同等な能力を有する３ｄＢカプラであることを特徴とする方法。２３．）制御信号を結合するために請求項４または６記載のコンバータ結合器ＭＭＩ使用することを特徴とする請求項２２記載の方法。２４．）光−光スイッチまたは波長コンバータの出力上のオン／オフ・スイッチング比改善するためのものであり、請求項２１および２２に記載の方法を組み合わせることを特徴とし、ここで組合せの要点は一つの非対称“バタフライ”ＭＭＩのみを使用し、第二の“バタフライ”−ＭＭＩをＭＺＩアーム上の異なった強度を有する非線形媒体によって代替することを特徴とする方法。２５．）請求項２４記載の方法を実施するためのものであり、請求項４および請求項５に記載のコンバータ結合器ＭＭＩ、または請求項６記載の方法を実施するＭＭＩを使用して制御信号を結合することを特徴とする装置。２６．）ＸＰＭ光−光スイッチを製造するためのものであり信号Ｂおよび制御信号Ａの合成および分解が“内部”ＭＺＩによって達成され、ここで対称性の理由または別の制御信号が使用されるため、さらに別の“内部” ＭＺＩを“外部”ＭＺＩ上に配置することができるとともに“内部ＭＺＩ”として２ ×２ＭＭＩを使用することを特徴とする方法。２７．）請求項２６記載の方法を実施するためのものであり、請求項２１，２２および２４に記載のオン／オフ・スイッチング比改善するため方法を使用することを特徴とする装置。２８．）小型のＸＰＭ光−光スイッチを構成するためのものであり、信号（Ｂ）および制御信号（Ａ）を結合および分離するため請求項５記載の２つのＭＭＩ（３１１）および（３１２）のみを使用し、ここでこのＭＭＩは２つまたは３つの入力および３つの出力を使用することを特徴とする方法。２９．）光−光スイッチを構成するためのものであり、非線形領域（４１７）内に結合される制御信号によって信号Ｂを一つまたは他の出力（４０９ａ）または（４０９ｂ）に結合するものであり、信号Ｂをモードカプラ（４１１）および（４１２）または（４２１）および（４２２）からなるＭＺＩ内に付加し、ＭＺＩの両方の信号Ｂ´およびＢ´´時間的に分離して異なった次元のモードとして非線形の領域（４１７）あるいは（４２７ａ，ｂ，ｃ）内に付加し、基本モードに再変換し異なる波導路上に投影し、これらがモードカプラ（４１２）また（４２２）内で干渉を生じさせるように再び時間的に一致させ、ここでモード変換に請求項２記載のＭＭＩを使用することを特徴とする方法。３０．）スィッチング処理が制御信号ではなく電流変調によって非線形領域（５１３）または（５１４）のいずれかで実施されることを特徴とする請求項２１記載の方法。３１．）スイッチング処理が制御信号ではなく電流変調によって非線形領域（５２３）または（５２４）のいずれかで実施されることを特徴とする請求項２２記載の方法。３２．）スイッチング処理が制御信号によってではなく、両方の非線形領域への電流変調によって行われることを特徴とする請求項２４記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号５０８／９５−１ (32)優先日 1995年２月22日 (33)優先権主張国スイス（ＣＨ） (31)優先権主張番号２１７７／９５−３ (32)優先日 1995年７月25日 (33)優先権主張国スイス（ＣＨ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＵＳ【要約の続き】ンバータに対する別の方法においては、本発明に係る光モードコンバータを全く使用しないが、それでもいくつかまたは全ての特性を備える。

Claims

【特許請求の範囲】１．）マルチモード干渉計（ＭＭＩ）を使用してモード変換を行うことを特徴とする光モードを低次元からより高次元へ変換する方法。２．）さらに別の光モードを変換されたモード重ね合わせることが可能であり、ここでモードコンバータとしての専用の使用を除外する必要はないことを特徴とする請求項１記載の方法。３．）Ｎ×Ｎ−ＭＭＩ（３９）と、自由に選択可能な幅Ｗならびにそれによって生じる［Ｍ．バッハマン他著、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５− ３９１１頁］にしたがった四角形ＭＭＩの長さと、少なくとも一つの波導路入力（３１）とからなり、変換すべき光モードに対する波導路入力（３１）の位置の選択をＭＭＩの縦方向の一縁部に選定し、次元Ｍの対称モード（例えば基本モード）を一つまたは複数の次元２Ｍ＋１のモード（例えば第一次元の基本モード）、および次元Ｍのモード上に投影することを特徴とする請求項１記載の装置。４．）請求項３に記載のＮ＝３ＫであるＭＭＩおよび少なくとも一つの別の波導路入力（４３），（４２）からなり、追加的な波導路入力（４３），（４２）が２Ｗ／３またはＷ／３の距離をもってＭＭＩの縦方向縁部から離間して位置し、さらに光基本モード（Ａ）をＫが奇数であるかまたは偶数であるかにしたがって（３Ｋ−１）／２または（３Ｋ−２）／２個の第一次元のモード上に投影し、これからＫ個の像をＫ個の第二の基本モード（Ｂ）の像と重ね合わせ、ここで基本モード（Ｂ）の像を基本モード上に投影することを特徴とする請求項２記載の装置。５．）請求項３に記載のＮ＝４ＫであるＭＭＩおよび少なくとも一つの別の波導路入力からなり、追加的な波導路入力（５２）がＷ／２の距離をもってＭＭＩの縦方向縁部から離間して位置し、さらに光基本モード（Ａ）を２Ｋ−１個の第一次元のモード上に投影し、これからＫ個の像をＫ個の第二の基本モード（Ｂ）の像と重ね合わせ、ここで基本モード（Ｂ）の像を基本モード上に投影することを特徴とする請求項２記載の装置。６．）少なくとも一つの請求項５に記載のＭＭＩ要素からなり、光基本モード（Ａ）を第一次元のモードとして完全にＫ個の波導路出力上に投影し、同時に別の光基本モード（Ｂ）をＫ個の基本モード上に分割するとともに前記Ｋ個の第一次元のモードと重ね合わせ、基本モード（Ａ）のＫ個の第一次元のモードへの変換、ならびに基本モード（Ｂ）のＫ個の基本モードへの変換のいずれに対する変換効率もほぼ１００％となることを特徴する請求項２記載の方法。この構成要素はさらにＫ＝１で逆方向に動作する際にモード分割器として同一波導路上にある基本モードと第一次元のモードを完全に分離することができることを特徴とする。７．）光基本モード（６１）および（６２）に対する２つの波導路入力と、入力モード（Ａ）を２つの同等部分に分割し２つの波導路出力（６５）および（６６）に付加する５０：５０モード分割器（６３）と、必要に応じて１つまたは２つの位相シフタ（６４）と、請求項（５）のＭＭＩ（６９）とからなり、基本モード（Ｂ）をＭＭＩ（６９）の入力側中央に付加し、一つのモードが他のモードに対してＫが奇数の際に１８０°、Ｋが偶数の際には０°の位相差を有するよう位相シフタの生成する波導路（６５）および（６６）内のモードの位相シフトを選択し、その後ＭＭＩ（６９）の前面の下方および上方に接続することを特徴とする請求項６記載のＭＭＩ要素を有する装置。８．）二つの波導路入力（７１），（７２）および３つの波導路出力（７５），（７６）および（７７）とを備える参照文献［Ｍ．バッハマン他著、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］にしたがった“ゼネラル２× ２ＭＭＩ”と、一つの波導路上に設けられた位相シフタ（７４）と、請求項５のＭＭＩ（６９）とからなり、波導路（７２）内の基本モード（Ｂ）が２×２ＭＭＩ（７３）の中央に付加され、大きな変化を受けることなくここから送出されるとともに波導路（７７）ならびに波導路（７１）を介してＭＭＩ（６９）の中央に付加され、さらに変換すべきモードとともに２×２ＭＭＩ（７３）内において等しい強度を有する２つのモードに分割され、そのうち一つのモードが位相シフタ（７４）内において他のモードに対してＫが奇数の際に１８０°、Ｋが偶数の際には０°の位相差を有するよう位相シフトされ、その後ＭＭＩ（６９）の前面の下方および上方に接続することを特徴とする請求項６記載のＭＭＩ要素を有する装置。９．）［Ｍ．バッハマン他著、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５− ３９１１頁］にしたがった“ゼネラル２×２ＭＭＩ”を備え、これは少なくとも２つの波導路入力を備えるとともに請求項５に記載のＭＭＩに直接的に接続し、したがってただ一つのＭＭＩ（８９）を形成してなり、請求項６の特性を得るために必要とされる位相シフトを第二のＭＭＩ（６９）を２×２ＭＭＩ（６３）に対して回転することによって生成することを特徴とする請求項６記載のＭＭＩ要素を有する装置。１０．）（２Ｋ）×（２Ｋ）−ＭＭＩと、自由に選択可能な幅Ｗならびにそれによって生じる［Ｍ．バッハマン他著、１９９４年７月、応用光学３３巻、３９０５−３９１１頁］にしたがった四角形ＭＭＩの長さと、少なくとも一つの波導路入力とからなり、ここで形状は必ずしも四角形である必要はなく、長さは計算されたものから偏異することができ、可能的な位置ｘ_i ⁱⁿ＝ｉＷ／２Ｋならびにｉ＝１，２，．．２Ｋ−１において２つの波導路を有し、出力：ｘ_j ^out＝Ｗ−ｊＷ／２Ｋならびにｊ＝１，２，．．２Ｋ−１かつｉ＋ｊが偶数、における強度の合計が、標準化された対称および標準化された非対称のモードに対して同一の入力位置を選択した場合、あるいは対称モードに対して入力位置ｉ＝２ｐを非対称モードに対してｉ´＝２Ｋ−２ｐを選択した際、全ての出力ｊにおいて等しい一定の強度配分が生じることを特徴とする装置。さらに構成要素は、対称モードに対してｉ＝２ｐ＋１および非対称モードに対してｉ´＝２Ｋ−２ｐ−１を選択した際に異なった対称性を有する両方のモードに対する出力ｊにおける強度比が等しいことを特徴とする。一般的に対称性および非対称性の出力モードの異なった強度分割比を有することを特徴とする。１１．）２つの出力を有する位相交差変調（ＸＰＭ）光−光スイッチまたは波長コンバータであり、モード分割器（１１１）もしくは、逆方向動作する際には（１１２）と、少なくとも一つの光信号（Ｂ）のための波導路入力とを備え、これは入力信号（Ｂ）をマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の２つのアーム（５）および（６）に分割し、さらに非線形の光学材料（１１４）および／または（１１８）からなる一つまたは２つの領域と、能動または受動型の位相シフタ（１１５）および／または（１１９）と、モード結合器（１１２）または（１１１）とを備え、このモード結合器は両方のＭＺＩアーム上の入力信号（Ｂ）を強度比および位相関係に基づいて両方の出力波導路（８）または（９）のいずれか一方に投影することができ、ここでモード分割器とモード結合器の選択に応じて入力信号を出力波導路（８）または（９）への結合を実施することもでき、さらに１つまたは２つのモード結合器（１１３）および／または（１１７）を設け、これは制御信号の結合を可能にし、さらに制御信号の抽出またはフィルタ・アウトまたはさらに別の信号の結合を可能にし、制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項２および４ないし９に記載の“マルチモード干渉計（ＭＭＩ）コンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする方法。１２．）２つの出力を有する位相交差変調（ＸＰＭ）光−光スイッチまたは波長コンバータであり、光入力信号（Ｂ）のための少なくとも一つの波導路入力を有するモードカプラ（１２１）を備え、これは入力信号（Ｂ）をミケルソン干渉計（ＭＩ）の２つのアーム（５）および（６）に分割し、さらに非線形の光学材料（１２４）および／または（１２７）からなる一つまたは２つの領域と、能動または受動型の位相シフタ（１２３）および／または（１２６）と、反射性の層（１２８）とを備え、これは進入した光入力信号を反射しするとともにモードカプラ（１２１）内の出力波導路上に投影し、さらに一つまたは２つのモードカプラ（１２２）および／または（１２５）を備え、これは制御信号の結合を可能にし、制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項２および４ないし９に記載の“ＭＭＩコンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする方法。１３．）モードカプラ（１１１）および（１１２）を備え、これは各入力信号（Ｂ）を異なった分割比をもってＭＺＩアーム（５）および（６）に投影するとともに出力上で再結合することを可能にし、したがって良好なオン／オフ・スイッチング比を有するスイッチ／波長コンバータを得ること特徴とする請求項１１記載の方法。１４．）非対称モード分割器（１２１）を備え、これは入力信号（Ｂ）を異なった分割比をもって両方のＭＺＩアーム（５）および（６）上に投影し、良好なオン／オフ・スイッチング比を得ること特徴とする請求項１２記載の方法。１５．）２つの可能的な出力を有するＸＰＭ光−光スイッチまたは波長コンバータであり、異なったモードカプラ（１１１）および（１１２）を設け、この追加的な選択性により位相シフタ（１１５）および／または（１１９）内のオフセットを消去し、位相シフタをＭＺＩアーム上のどこかに設け、これは有効であるが不可欠ではない（対称性ＭＺＩ構造において）ことを特徴とする請求項１３記載の方法。１６．） “バタフライ”−ＭＭＩモード分割器／−結合器（１１１）および“ バタフライ”−ＭＭＩモード結合器／−分割器（１１２）を使用することを特徴とする請求項１５記載の方法。１７．）可能な限り同一の“バタフライ”−ＭＭＩをモードカプラ（１３１）および（１３２）として使用することを特徴とする請求項１３記載の装置。１８．）互いにほぼ逆数の分割比または結合比率を有するモード分割器／−結合器（１４１）およびモード結合器／−分割器（１４２）として“バタフラィ” −ＭＭＩを使用することを特徴とする請求項１６記載の方法。１９．）制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、請求項４に記載の“３×３ＭＭＩコンバータ結合器”を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。２０．）制御信号を結合するとともにこれを第一次元のモードへの変換し、 “（１＋１）×１ＭＭＩコンバータ結合器” 変更例１（請求項７） “（１＋１）×１ＭＭＩコンバータ結合器” 変更例２（請求項８）を使用して第一次元のモードを入力信号と重ね合わせることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。２１．）中央部材（１６３）を設け、これは任意のカプラを使用して一つまたは複数の制御信号を結合および／または分離し、このカプラは制御信号を基本モードもしくはより高次元のモードとして許容し、前記部分は少なくとも一つの非線形材料または位相シフタまたは他の光学要素を有する領域を備えることを特徴とする請求項１７または１８記載の光−光スイッチの出力上の良好なオン／オフ・スイッチング比改善する方法。２２．）ＭＺＩ構成またはＭＩ構成（例えば請求項１１または１２）を設け、これは制御信号を基本モードまたはより高い次元のモードとしてＭＺＩアーム（１７３）および／または（１７４）内に結合および分離するためのカプラを備え、ここで制御信号はカプラの選択によって左および／または右から結合することができ、ＭＺＩまたはＭＩアーム（１７３）および／または（１７４）上の異なった強度または異なった大きさの非線形領域を設けることによってオン／オフ・スイッチング比改善し、したがって出力上に２つのほぼ同一の比較的良好なオン／オフ・スイッチング比改善を得ることを特徴とする光−光スイッチまたは波長コンバータの出力上の良好なオン／オフ・スイッチング比改善する方法。非同一かつ非線形の媒体に由来するオフセット位相シフトの必要な調整はモードカプラ（１７１）および／または（１７２）の適正な選択によって達成される。モードカプラ（１７１）は（式８）にしたがった構成の１×２ＭＭＩであり、モードカプラ（１７２）は（式９）にしたがった構成の２×２ＭＭＩであり、または位相関係を有する３ｄＢカプラであり、これはたとえが構成の２×２ＭＭＩ（式９）のような位相関係を有する。２３．）制御信号を結合するために図４または６記載のコンバータ結合器ＭＭＩ使用することを特徴とする請求項２２記載の方法。２４．）信号Ｂおよび制御信号Ａの合成および分解が“内部”ＭＺＩによって達成され、ここで対称性の理由または別の制御信号が使用されるため、さらに別の“内部”ＭＺＩを“外部”ＭＺＩ上に配置することができることを特徴とするＸＰＭ光−光スイッチの製造方法。２５．）請求項２１に係る“外部”ＭＺＩに対する非対称カプラとして“バタフライ”ＭＭＩを使用し、“内部”ＭＺＩに対して２×２ＭＭＩを使用することを特徴とする請求項２４記載の装置。２６．）請求項２２に係る“外部”ＭＺＩに対する対称カプラとして１×２ＭＭＩ、２×２ＭＭＩを使用し、“内部”ＭＺＩに対して２×２ＭＭＩを使用することを特徴とする請求項２４記載の装置。２７．）信号（Ｂ）および制御信号（Ａ）の結合および分離のために２つのＭＭＩ（３１１）および（３１２）のみを設け、請求項５にしたがってＫ＝１で使用することができ、ここでＭＭＩは２つまたは３つの入力と３つの出力で使用することがでる。２８．）信号（Ｂ）はモードカプラ（４１１）および（４１２）からなるＭＺＩ誘導され、ＭＺＩの信号Ｂ´およびＢ´´は時間的に分離されて異なった次元のモードとして非線形領域（４１７）に付加され、さらに基本モードに再変換され異なる波導路内に投影され、モードカプラ（４１２）内で干渉するように時間的に調整することを特徴とする光−光スイッチの構成方法。制御信号が信号Ｂ´ の後Ｂ´´より前かまたは遅くともＢ´´と同時に非線形領域内に結合されることにより、信号Ｂは一つまたは他の出力（４０９ａ）または（４０９ｂ）に結合される。２９．）請求項５にしたがって２×２コンバータ結合器ＭＭＩ（４２５）または（４２６）を使用することを特徴とする請求項２８記載の装置。３０．）スイッチング処理が制御信号ではなく電流変調によって非線形領域（５１３）または（５１４）のいずれかで実施されることを特徴とする請求項２１記載の方法。３１．）スイッチング処理が制御信号ではなく電流変調によって非線形領域（５２３）または（５２４）のいずれかで実施されることを特徴とする請求項２２記載の方法。