JPH11511869A - 干渉計スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マッハ・ツェンダ・スイッチのようなコンパクトなモノリシック干渉計スイッチが、入力カプラと出力カプラの間の導波路の１つに、共振非線形性を示す材料を含めることにより、ポンプ・パワーがそれを伝搬する際、その屈折率が、変化するように形成される。導波路のそれぞれが、異なる伝搬定数を備えているので、希土類を含む（オリジナルではｒａｒｅとしか記されていないがｒａｒａ ｅａｒｔｈ ｅｌｅｍｅｎｔのタイプ・ミスと判断して訳出）非線形導波路を伝搬するポンプ・パワーがなければ、信号光が各光路毎にさまざまな遅延を被ることになる。スイッチの入力に加えられる入力信号は、ポンプ・パワーが非線形導波路を伝搬しなければ、第１の出力端子に生じることはなく、ポンプ・パワーが非線形導波路に加えられると、第２の出力端子に生じる。スイッチングは、ポンプ・パワーの比較的低いレベルで発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉計スイッチ 発明の背景 本発明は、光学パワー・スイッチング装置に関するものである。スイッチング速 度が１ギガヘルツまでの光学スイッチは、ローカル・エリヤ・ネットワーク、セ ンサ・アレイ、及び、通信システムを含む多くの用途に必要とされている。多様 な形態の光学スイッチング装置が開発されている。典型的な例には、複数量子井 戸導波路スイッチ、歪み超格子方向性結合器、及び、光ファイバ・スイッチがあ る。これらの装置は、それらを形成する材料の非線形効果に基づくものである。 半導体装置の場合、スイッチに必要とされる臨界パワーは、１ｍＷ未満である。 最近まで、光ファイバ・スイッチは、シリカ・ベースのコアを備えた光ファイバ から製作されていた。シリカの非線形係数が極めて小さいので、これらの光ファ イバ・スイッチに必要な光パワーはおよそ数キロワットである。 １９９２年２月１５日のＯｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ ．４，ｐｐ．２５５−２５７にＰ．Ｌ．Ｃｈｕ他によって発表された「Ｏｐｔｉ ｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ Ｔｗｉｎ−Ｃｏｒｅ Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏ ｐｅｄ Ｆｉｂｅｒｓ」の報告によれば、エルビウムをドープしたファイバは、 溶融シリカの約１００万倍の非線形係数を備えることが立証された。しかし、エ ルビウムをドープしたフィアバにおける非線形屈折率が大きくなると、それに付 随して、吸収損失が増大し、応答時間が遅くなる。Ｃｈｕ他による開示のスイッ チは、２．２６メートルの長さのエルビウムをドープしたツイン・コア光ファイ バから構成される。ツイン・コアまたはダブル・コア光ファイバは、光の入出力 が困難である。さらに、Ｃｈｕ他によるエルビウムをドープした長いファイバが 必要になる。また、２つのコアのパワー差が結合メカニズムに影響するため、低 クロス・トークを実現することができない。これについては、１９８８年２月の Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍ ｅｒｉｃａ Ｂ，ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２，ｐｐ．４７２−４８２のＣａｇｌｉｏ ｔ ｉ他による「Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｔｏ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉ ｔｃｈｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｕｐｌｅｒｓ ｉｎ ｔ ｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ」に解説されている。２ コア・ファイバは、曲げによって誘発される移相のような環境によって誘発され る移相を阻止するように構成するために必要とされる、大パワー入力または長い ファイバ長を必要とする。 １９９３年９月のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．９，ｐｐ１４１６−１４２４にＲ．Ｈ．Ｐａｎ ｔｅｌｌ他によって発表された「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ａｎ Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅ ｄ Ｆｉｂｅｒ」には、それぞれ、エルビウムをドープしたコアを利用するマッ ハ・ツェンダ構成と２モード・ファイバ構成の両方を用いたスイッチ構成が論じ られている。 Ｐａｎｔｅｌｌ他は、３．４ｍの長さの２モード・ファイバが用いられた実験 に関して述べている。πの移相には、１５．５ｍＷの吸収ポンプ・パワーを必要 とした。信号を放出して、ＬＰ０１及びＬＰ１１にほぼ等しいパワーが注入され た。このタイプの信号注入は、実施が困難であり、該装置は、外部振動及び摂動 に対して不安定である。 Ｐａｎｔｅｌｌ他のマッハ・ツェンダ装置の移相領域における１つ以上のファ イバが、エルビウムをドープしたファイバから製造されており、ポンプ・パワー は、そのうちの１つだけにしか結合されない。１４１７頁に記載のように、２つ のモード・ファイバ（ＴＭＦ）スイッチのポンプ・パワー要件は、一般に、相当 するマッハ・ツェンダ（ＭＺ）・スイッチの場合より２〜４倍大きいので、パワ ーが一定のままであれば、このタイプのマッハ・ツェンダ・スイッチは、約８５ 〜１７０ｃｍの長さということになる。ポンプ・パワーがなければ、信号パワー の全てが出力ポート２に生じる。十分なポンプ・パワーを加えて、π／２の移相 差を生じさせると、信号は、出力ポート３にスイッチされる。Ｐａｎｔｅｌｌ他 の指摘するように、ファイバ・コアは、ファイバ・コアのポンプ・パワーによる フォノンの発生によって加熱されるが、２モード・ファイバでは、２つのモード が、同じガイド領域を利用し、従って、環境変化に対して同様の反応を示すので 、マッハ・ツェンダ干渉計に比べて有利である。 Ｐａｎｔｅｌｌの２モード装置は、２モード・ファイバの全長に沿った放射条 件及び摂動に対して極めて敏感である。また、該装置は、単一モード動作に直接 適合することができない。 コンパクトさと取扱いの容易さを実現するため、マッハ・ツェンダ・タイプの 非線形スイッチは、モノリシック構造として形成するのが有利である。こうした 装置が実用的であるためには、その長さを約１５ｃｍ以下とすべきである。 発明の概要 従って、本発明の目的は、先行技術によるスイッチの既述の欠点を克服する光 学スイッチを提供することにある。本発明のもう１つの目的は、コンパクトで、 低パワー、低クロストークの、非線形光学スイッチを提供することにある。 要するに、本発明の態様の１つによるモノリシック干渉計スイッチは、入力信 号をＮの等しい信号成分に分割するための入力結合手段を備えている（ここで、 Ｎ＞１）。少なくとも第１と第２の出力端子を備えた組み合わせ手段が、Ｎの成 分を組み合わせるために設けられている。Ｎの光導波路によって、Ｎの信号成分 が組み合わせ手段に接続される。導波路の少なくとも１つには、共振非線形性を 備えた材料が含まれており、このため、ポンプ・パワーがそれを通って伝搬する と、その屈折率が変化する。入力結合手段及び組み合わせ手段には、非線形材料 がない。入力結合手段、組み合わせ手段、及び、光導波路は、マトリックス・ガ ラス本体と熱的に接触している。 実施態様の１つでは、該スイッチは、マトリックス・ガラスの細長い本体を縦 方向に延びる第１と第２の光ファイバから構成される。該本体には、移相領域と 、移相領域の両端に間隔をあけて配置された２つの結合領域が含まれている。本 体の直径及びファイバの直径は、移相領域よりも結合領域において小さくなって いる。第１のファイバの少なくとも移相領域にある部分には、共振非線形性が含 まれおり、このため、ポンプ・パワーがそれを伝搬すると、第１のファイバの屈 折率が変化する。第１のファイバを伝搬するポンプ・パワーがなければ、該ファ イ バの移相領域における伝搬定数が異なるため、それを伝搬する光は、第２のファ イバを伝搬する光が被る遅延とは異なる遅延を被ることになる。 本発明のもう１つの態様によれば、マッハ・ツェンダ・スイッチまたは他の干 渉計スイッチのような干渉計スイッチには、第１及び第２の光カプラと、これら のカプラの間に延びる第１及び第２の導波路が含まれている。該スイッチには、 さらに、第１のカプラに接続された第１の入力ポート、及び、第２のカプラに接 続された第１の出力ポートを形成する手段が含まれている。導波路の少なくとも １つは、共振非線形性を備えた材料を組み込んだ非線形導波路である。材料の屈 折率、従って、非線形導波路の光路長は、導波路に加えられる光学パワーに応答 して変化する。さらに後述するように、「光路長」という用語は、所定の波長で 、所定の伝搬モードの光信号が導波路を一方の端部からもう一方の端部まで通過 するのに必要とする時間の測度である。光路長は、導波路の物理的長さ、及び、 導波路内の材料の屈折率や導波路の物理的構成といった導波路における光の位相 速度を決める導波路のパラメータに関連している。光ポンピング・パワーがなけ れば、光路長は、互いに異なることになる。該装置は、第１の入力ポートから供 給されて、第１の出力ポートに生じる光の部分と波長を関連づけるゼロ・パワー 伝達関数を備えている。本開示において用いられる限りにおいて、「ゼロ・パワ ー伝達関数」という用語は、低パワー条件下、すなわち、非線形導波路の特性が ポンピング・パワーによってほとんど影響を受けない条件下において効果のある 伝達関数を表している。ゼロ・パワー伝達関数は、従来のマッハ・ツェンダ干渉 計装置の伝達関数と似ており、第１の波長の少なくとも１つの山と、第２の波長 の少なくとも１つの谷を含んでいるが、一般には、交番する一連の山と谷を含ん でいる。各山において、入力ポートから供給されるほぼ全ての光が、第１の出力 ポートに生じ、一方、各谷において、第１の入力ポートから加えられる光は、第 １の出力ポートにほとんど生じない。最も望ましいのは、処理すべき信号波長範 囲に対応する動作範囲内の波長に関するゼロ・パワー伝達関数の山と谷が、比較 的近接した間隔をなす、すなわち、約１００ｎｍ未満、できれば、約１０ｎｍ未 満、最も望ましいのは、約６ｎｍ以下で、典型的なのは、約１ｎｍ〜約６ｎｍの 間の波長差△λだけ離隔していることである。 本発明のこの態様において実現されるのは、ゼロ・パワー伝達関数に比較的間 隔の近接した山と谷が組み込まれている場合、入力ポートから供給された所定の 信号波長の光のほぼ全てが、第１の出力ポートに生じる第１の状態と、第１の入 力ポートから加えられた前記信号波長の光が、第１の出力ポートにほとんど生じ ない第２の状態の間において装置をスイッチするのに、非線形導波路の光路長を ほんのわずかしか変化させる必要がないということである。スイッチングを誘発 するのに必要な光路長の変化度は、ゼロ・パワーにおける光路長が互いに等しく なる、匹敵する装置におけるスイッチングの誘発に必要とされる光路長の変化度 より数桁分小さくすることが可能である。こうした匹敵する装置は、平坦なゼロ ・パワー伝達関数を備えている。この差の概念化の仕方の１つによれば、ゼロ・ パワー伝達関数に間隔の近接した山と谷が含まれている場合、山をシフトさせて 、伝送される信号波長とのアライメントをとるか、または、アライメントをずら すには、山と谷の間におけるほんのわずかな間隔の差で十分であるということに なる。 本発明のこの態様による装置によって、いくつかの重要な利点が得られる。ス イッチングを誘発するために装置に加えなければならない光学パワーの量は、平 坦なゼロ・パワー伝達関数を備えた匹敵する装置において必要とされる量より大 幅に少なくなる可能性がある。これによって、動作中、装置内に発生する熱が大 幅に低くなり、熱の影響が低下する。また、所定の光学パワー・レベルにおける スイッチングを可能にするために必要な非線形導波路の物理的長さは、本発明の この態様による装置の場合、利用する光路長が当初は等しい、匹敵する装置より もかなり短くなる可能性がある。これによって、さらに、上述のようなモノリシ ック装置において必要なスイッチング動作を可能にすることができる。 該装置には、第２のカプラに接続された第２の出力ポートが含まれているのが 望ましい。第２の出力ポートの伝達関数が、第１の出力ポートの伝達関数のほぼ 逆関数になるようにして、第２の出力伝達関数の山が第１の出力伝達関数の谷に 対応するように、また、その逆になるようにすることが可能である。２つの出力 ポートを含む装置は、ネットワークの２つのブランチ間において所定の波長の光 を選択的にスイッチするか、あるいは、特定の波長を選択して、ネットワークの １つのブランチに沿って分岐させるために利用することが可能である。単一の出 力ポートしかない装置は、同調可能波長選択フィルタとして用いることが可能で ある。 本発明のもう１つの態様によれば、論述の原理は、多段干渉計装置に適用可能 である。本発明のこの態様による装置には、少なくとも３つの光カプラと、該カ プラ間に延びる複数の導波路が含まれている。導波路は、グループをなすように 配列され、カプラは、導波路グループによって互いに直列に接続されることにな る。各グループには、互いに並列な少なくとも２つの導波路が含まれている。カ プラの１つが、その直列接続の入力端において入力カプラを構成し、一方、その 直列接続の反対側の端部におけるもう１つのカプラが、出力カプラを構成してい る。該装置には、さらに、入力カプラに接続された信号入力ポート及び出力カプ ラに接続された第１の出力ポートを規定する手段が含まれている。該装置におけ る導波路の少なくとも１つは、上述のように、光パワーが導波路を伝搬する際に 光路長が変化する非線形導波路である。導波路グループの少なくとも１つ、でき れば、こうした導波路グループの全てにおける並列接続された導波路の光路長は 、該装置に加えられる光学ポンピング・パワーがなければ、互いに異なっている 。 従って、該装置は、やはり、第１の波長における山と第２の波長における谷を 含むゼロ・パワー伝達関数を備えており、これらの山及び谷は、上述のように、 近接した間隔をあけていることが望ましい。さまざまな導波路グループのそれぞ れに、非線形材料を備えた少なくとも１つの非線形導波路が含まれているのが、 最も望ましい。非線形導波路内に含まれる非線形材料は、第１と第２の波長を包 含する、信号バンドから遠隔のポンピング波長範囲内の放射線として加えられる 、光パワーに応答することが可能である。カプラを用いて、このポンピング波長 範囲内の光が非線形導波路にほぼ沿って送られるようにすることが可能である。 非線形導波路は、いくつかのカプラを通って延びる連続した非線形導波路アレ イを形成するように、各カプラ毎に互いに直接接続することが可能である。該ス イッチには、さらに、この非線形導波路アレイの一方の端部に接続されたポンピ ング入力ポートを含むことが可能である。カプラは、各カプラ毎に、導波路間に おいて信号波長バンドの光を結合する働きをするが、導波路間においてポンピン グ波長バンドの光を結合する働きはしないのが望ましい。従って、ポンピング波 長バンド内のポンピング光は、ポンピング入力ポートを介して供給することが可 能であり、ほとんど非線形導波路アレイだけしか伝搬しない。特に望ましい構成 の場合、該装置内の導波路の全てが、光ファイバによって構成され、非線形導波 路アレイは、いくつかのカプラを通って延びる第１の連続したファイバによって 構成される。第１の連続したファイバには、非線形材料を組み込んだ、間隔をあ けて配置された複数の非線形セクションと、非線形材料がなく、いくつかのカプ ラを貫いて延びる複数の線形セクションを含むことが可能である。該装置には、 さらに、いくつかのカプラを通って延び、互いに直接接続されたいくつかのグル ープのそれぞれにおける導波路を含む第２の導波路アレイを構成する、第２の連 続したファイバを含むことも可能である。ファイバを利用して形成される場合、 該装置には、熱的に接触して、ファイバを包囲するモノリシック・ガラス本体が 含まれるのが望ましい。カプラのそれぞれは、ファイバの細くなった部分と本体 を含む、オーバクラッドを施したテーパ状カプラとすることが可能であり、本体 の細くなった部分は、こうした各カプラのオーバクラッドとしての働きをする。 本発明のこの態様による装置は、上述の効率のよいスイッチング動作と多段干 渉計装置に関連したいくつかの伝達関数形状の任意の１つを組み合わせることが 可能である。このタイプの特定の有効な装置の１つによれば、１つのポートのゼ ロ・パワー伝達関数に、その両側に比較的広い谷を備えた比較的狭い山が生じる 。非線形導波路に光パワーを加えると、山の位置がシフトする。こうした装置は 、いくつかの比較的間隔の狭い信号波長を用いた波長分割多重化システムにおい て、いくつかの波長からある波長を選択するために利用することが可能である。 図面の簡単な説明 図１は、先行技術によるマッハ・ツェンダ・スイッチの概略図である。 図２は、２つのタイプのマッハ・ツェンダ装置に関するパワー出力対波長のグ ラフである。 図３は、図２の曲線の隣接する山と谷の間における波長の離隔距離の関数とし てスイッチするのに必要なパワー（ＰＳ）のグラフである。 図４は、本発明に従って形成されたマッハ・ツェンダ・スイッチの断面図であ る。 図５は、図４のライン５−５に沿って描かれた断面図である。 図６は、本発明に従って形成されたマッハ・ツェンダ干渉計スイッチに関する 損失対放射パワーを表したグラフである。 図７には、平面マッハ・ツェンダ干渉計スイッチが示されている。 図８は、本発明のもう１つの実施態様による装置を表した概略図である。 図９は、図８に示す装置のゼロ・パワー伝達関数を表したグラフである。 図１０は、図８と同様であるが、光学ポンピング・パワーの存在する場合にお ける伝達関数を表したグラフである。 発明の詳細な説明 図１には、マッハ・ツェンダ・スイッチの概略が示されている。第１のカプラ または入力端カプラ１１及び第２のカプラまたは出力端カプラ１２が、導波路１ ４及び１５によって連結されている。該装置には、入力カプラ１１に接続された 第１及び第２の入力ポート１及び２が含まれており、出力カプラ１２に接続され た第１及び第２の出力ポート３及び４も含まれている。カプラは、通常、３ｄｂ カプラであり、これにより、例えば、入力ポート２に加えられる信号パワーは、 カプラ１１の２つの出力間において均等に分割され、従って、両方の導波路１４ 及び１５に沿って第２または出力カプラ１２まで送られる。出力端カプラにおい て、両方の導波路に沿って送られる信号は、互いに組み合わせられる。出力端カ プラに到着する信号の相対位相に基づいて、第１の出力ポート３または第２の出 力ポート４に信号が生じる。導波路１４及び１５の一方または両方には、共振非 線形性を有する材料が含まれており、このため、所定の波長バンド内における光 の吸収によって屈折率の変化が誘発される。希土類元素は、大きい非線形屈折率 を示すのでとりわけ適している。希土類元素のエルビウムは、非常に大きい非線 形屈折率を示す。非線形材料としてネオジウムを用いると、スイッチング速度が 増すが、より多量のスイッチング・パワーが必要になる。共振非線形性を得るた めに、反転分布を実現することが可能な他のドーパントも存在する。例としては 、クロム及びチタンのような遷移金属が含まれる。 非線形材料によって吸収される光は、信号とは異なる波長を備えたポンプまた はゲーティング・パルスとすることが可能である。代わりに、信号の波長は、非 線形材料の屈折率の変化を誘発する波長バンド内のものとすることも可能である 。この場合、独立した信号及びケーティング・パルスを入力ポートの一方または 両方に加えるか、あるいは、単一信号パルスを一方の入力ポートに加え（パワー ・リミッタの場合のように）、その振幅によって、スイッチングが生じるか否か を決定する、すなわち、出力信号が生じる出力ポートを決定することが可能であ る。この論考においては、導波路１４が非線形導波路であると仮定されている。 ポンプ・パワーは、入力ポート１に加えられるものとして示され、信号は、入力 ポート２に加えられるものとして示されている。所望の場合、ポンプ・パワー及 び信号パワーは、同じ入力ポートに加えることが可能である。 Ｐａｎｔｅｌｌ他のスイッチの場合、カプラ１１の特性によって、入力ポート １に加えられるポンプ・パワーのほとんど全てが、結合されない状態のままとな り、そのため、導波路１４だけしか伝搬しないことになる。第１の入力ポート１ に加えられるポンプ・パワーがなければ、信号は第１の出力ポート３に生じる。 これは、２つの導波路１４及び１５間における移相を適宜ゼロに固定することに よって実施される。換言すれば、ポンピング・パワーがなければ、導波路１４及 び１５の光路長は等しくなる。このポンピング・パワーによって、導波路１４に 屈折率の変化が生じる。導波路１４及び１５の間に、信号波長におけるπの移相 に等しい光路長の差を誘発するのに十分なパワーでポンピングを行うと、信号が 、出力ポート３から出力ポート４に完全にスイッチする。 図２には、出力パワーが２つの異なる信号ステージのマッハ・ツェンダ装置に 関する波長の関数として示されている。曲線２１は、第１の入力ボート１から供 給された光信号パワーのうち第１の出力ポート３に生じる割合と、光信号の波長 を関連づける、ゼロ・パワー伝達関数のグラフである。曲線２１によって表わさ れた装置は、ポンピング・パワーがなければその光路長が等しい、導波路１４及 び１５を備えている。すなわち、曲線２１によって表される装置の場合、導波路 に加えられる光パワーが低いか、または、ゼロであれば、両方の導波路の物理的 長さと伝搬定数の積が等しくなる。曲線２２は、本発明の実施態様の１つによる 装置に関して、第１の入力ポート１において加えられた光信号パワーのうち第１ の出力ポート３に生じる割合と光信号の波長を関連づける、ゼロ・パワー伝達関 数を表している。本発明による装置の場合、カプラ１１と１２の間の移相領域に おける２つの導波路１４及び１５の光路長は、ポンピング・パワーがなければ、 大幅に異なることになる。光路長の差は、導波路の物理的長さの差、２つの導波 路を構成する導波路の伝搬定数の差、または、その両方によって生じる可能性が ある。伝達関数２２の各山２６において、第１の入力ポート１から加えられる光 信号パワーのほぼ全てが、第１の出力ポート３に生じ、一方、伝達関数の各谷２ ５において、ポート１から加えられる光信号パワーのほぼ全てが、第２の出力ポ ート４に生じるが、第１の出力３にはほとんど生じない。 曲線２２には、図示波長範囲内に複数の山が含まれているが、曲線２１は、広 バンド特性を表しており、このため、図２で扱う波長範囲内には、１つの山だけ しか生じない。 後述のモデルによって明らかになるように、マッハ・ツェンダ装置の２つの出 力ポート間において信号をスイッチするのに必要なパワー量は、例えば、図２の 曲線２２によって表示されたゼロ・パワー伝達関数の山２６と隣接谷２５の間に おける波長の離隔距離の関数である。従って、スイッチングに必要な光パワーは 、ポンピングがなければ、導波路１４及び１５の光路長間の差の関数である。こ のモデルは、該導波路が同じ物理的導波路長ｚと異なる伝搬定数βを備えている 場合に関して導き出されたものである。導波路の伝搬定数が、導波路の有効屈折 率ｎに直接関連しているので、該モデルの説明は有効屈折率に関して行われる。 パワー要件を計算するため、該モデルは、図１の移相領域における導波路１４及 び１５が異なる有効屈折率を備えているものと仮定している。該モデルでは、非 線形材料がシリカであると仮定しているが、導波路の非線形特性を強化する材料 をドープしたシリカであれば、同様の結果が得られる。 図１の装置に関する正規化出力パワー（ゲーティング信号の導入前における） は、 Ｐ＝ＣＯＳ²（πｚ（ｎ₂−ｎ₁）／λ） （１） ここで、ｎ₂及びｎ₁は、それぞれ、導波路１４及び１５における伝搬の有効屈折 率を表し、λは、信号波長を表している。導波路１４及び１５の長さｚは、ゼロ ・ポンピング・パワーにおいて、π／２の位相変化が問題となる２つの波長間、 すなわち、山の所望の波長と谷の所望の波長間に導入されるように選択される。 例えば、最大値が波長λ₁（図２のポイント２６）において生じ、最小値が波長 λ₂（図２のポイント２５）において生じるものと仮定すると、ｚは、 ｚ＝［２（ｎ₂−ｎ₁）（１／λ₁−１／λ₂）］^-1 （２） によって得られる。λ₁においてスイッチングを生じさせるのに必要な屈折率の 変化δは、伝達関数を変更して、山ではなく、谷と波長λ₁のアライメントがと れるようにするために必要な光パワーが加えられることによる屈折率の変化であ る。すなわち、δは、曲線２７によって示されるように、周期がわずかに異なる か、あるいは、隣接する山と谷の間に波長差を生じ、谷がλ₁において降下する ことになるような伝達関数を得るために、加えられる光パワーの影響下において 、導波路の一方の有効屈折率が変化しなければならない量である。所定の物理的 導波路長と所定のゼロ・パワー屈折率ｎ₁及びｎ₂を備えたシステムの場合、δは 、 πδｚ／λ₁＝π（ｎ₂−ｎ₁）ｚ／λ₁−π（ｎ₂−ｎ₁）ｚ／λ₂ （３ａ） によって得られるので、 δ＝λ₁［（ｎ₂−ｎ₁）／λ₁−（ｎ₂−ｎ₁）／λ₂）］ （３ｂ） になる。 既知のように、シリカ・ベースのファイバに関してｎ₂ ^*で表示される、屈折率 変化率／光パワー／単位面積（「非線形屈折率」とも呼ばれる）は、 ｎ₂ ^*＝３．２×１０^-6ｃｍ²／ワット （４） 有効面積が７５μｍ²の単一モード・ファイバの場合、式４は、 ｎ₂ ^**＝４．３×１０^-10／ワット （５） シリカ・ベースの非線形ファイバを備えた装置においてスイッチングに必要とさ れるパワー（ワットを表示）は、 Ｐ_s＝１．５δ／（４．３／１０¹⁰） （６） 図３は、図２に示す伝達関数の山２６と隣接する谷２５の間のｎｍで表す離隔距 離（すなわち、λ₁−λ₂）であるＰＰバンドの関数としてのスイッチングに必要 とされるパワー（Ｐ_s）のグラフである。ゼロ・パワー伝達関数が図２に示すよ うに波長の単純な周期関数である場合、山・谷間の離隔距離は、伝達関数の１／ ２ 周期である。ポンプ・パワーがなければ、ファイバ１４及び１５の伝搬定数が同 様である場合、従って、装置が平坦なまたは無限周期の伝達関数を備えている場 合、非線形材料としてシリカを利用すると、図１の装置のスイッチングに必要な パワーは、約１０００ｋＷになる。このグラフに示すように、ファイバ１４及び １５の伝搬定数が、図２の谷２５と山２６の波長差が１ｎｍに近くなるほど、十 分に異なるようになると、非線形材料としてシリカを利用する装置における非線 形スイッチングに必要とされるパワーは、１００分の１（約１０ｋＷ）に減少す る。エルビウムをドープした、または、他の希土類をドープした非線形材料の場 合、ｎ₂ ^*は、ドーピング量及び波長に応じて変動する。しかし、一般に光通信に 用いられる波長で動作する一般的なエルビウムをドープした材料の場合、ｎ₂ ^*の 値は、シリカに関して上述のｎ₂ ^*の値の約１０⁶倍になる、すなわち、約６桁大 きくなる。従って、エルビウムをドープした非線形材料を含む装置のスイッチン グに必要なパワーは、非線形材料としてシリカを用いた対応する装置に必要なパ ワーに比べて約１０^-6倍になる（６桁小さくなる）。エルビウムをドープした非 線形材料を利用しているが、平坦なまたは無限周期のゼロ・パワー伝達関数を備 える装置の場合、スイッチングには約１ワットの光パワーが必要になる。対照的 に、エルビウムをドープした非線形材料を利用し、（λ₁−λ₂）が約１ｎｍのゼ ロ・パワー伝達関数を備える、本発明の望ましい実施態様による装置の場合、ス イッチングに必要な光パワーは、約１００倍少ない、すなわち、約１０ミリワッ トである。 同様の結果が、移相領域における光路長が異なる装置においても得られるが、 この構成は、平面装置に用いられることが多い。 導波路内の非線形材料は、カプラ内にまで延びて、その一部を形成するのでは なく、移相領域内だけにしか存在しないので、結合特性はポンプ・パワーによる 影響を受けない。この構成のもう１つの重要な利点は、それによって、比較的高 損失のドープしたファイバまたは導波路を用いて、非線形性を実現することが可 能になるが、ドープしたファイバが、カプラ間だけにしか存在しないので、損失 が最小限で済むことである。非線形性材料がカプラを通って延びる場合には、非 線形材料を含んでいないファイバまたは導波路にポンプ・パワーを加えるべきで あり、ポンプ・パワーが非線形ファイバに結合されると、これによって、損失が 最小限に抑えられる。 前述のＰａｎｔｅｌｌ他の出版物において開示のタイプの従来のマッハ・ツェ ンダ・スイッチの場合、光導波路１４及び１５は、比較的長いので、ポンプ・パ ワーがそれを伝搬する場合、非線形導波路１４の加熱結果として、問題が生じる ことになる。本発明の望ましい実施態様によれば、加熱問題は、装置をモノリシ ック構造として形成し、それにより、移相領域の非線形アームによって発生する 熱が移相領域の残りのアームに伝導されるようにすることによって、軽減される 。こうしたモノリシック・ツェンダ装置は、オーバクラッド・ファイバ構造また は平面回路の形をとるようにすることが可能である。しかし、Ｐａｎｔｅｌｌ他 の装置の長さは、こうしたモノリシック装置には適さないようになっている。こ うしたモノリシック装置が実用的であるためには、その長さが約１５ｃｍを超え てはならない。 上述のように、本発明による望ましい装置によれば、大幅に低いパワー・レベ ル（Ｐａｎｔｅｌｌ他の出版物において開示の従来の設計より２桁まで低い）に おける非線形スイッチングが可能になる。非線形ファイバとスイッチング・パワ ーの間でトレード・オフが行われ、この特徴を用いると、移相領域を十分に短く することができるので、装置全体をオーバクラッド構造または平面構造として製 作するのが容易になる。すなわち、モノリシック装置として製作する場合、装置 を許容可能な長さまで短縮することが可能であり、相応じて、スイッチング・パ ワーを比較的低いレベルに保つことが可能である。 本発明によるモノリシック・オーバクラッド干渉計スイッチは、参考までに本 明細書において援用されている来国特許第５，２９２，２０５号の教示に従って 形成することが可能である。図４及び５のモノリシック構造には、移相領域４４ によって接合する、連結されたオーバクラッド・カプラ４１及び４２が含まれて いる。該装置は、マトリックス・ガラス管４９のボア４８に光ファイバ４６及び ４７を挿入することによって形成される。光ファイバは、それぞれ、コアがコア の屈折率より低い屈折率のクラッドによって包囲されている。例示の実施態様の 場合、ファイバ４６は、単体のファイバであり、ファイバ４７は、装置の製造前 に互いに融着させたセクション４７ａ、４７ｂ、及び、４７ｃから構成される。 移相領域４４に配置されたセクション４７ａは、希土類イオンがドープされてい るが、セクション４７ｂ及び４７ｃには、希土類イオンが含まれていない。移相 領域に配置されたファイバ４６の部分は、４６ａで表示されている。カプラ４１ 及び４２を通って延びるファイバの細長いセクションは、各カプラの結合素子を 形成している。該結合素子は、互いに平行に並べて配置されているので、各結合 部材に沿って伝搬する光は、減衰波の作用によって隣接結合素子に移動すること が可能である。ファイバ４６の端部５１ａ及び５１ｂは、一方の入力ポート及び 一方の出力ポートを形成し、もう一方のファイバ４７の端部５５ａ及び５５ｂは 、もう一方の入力ポート及びもう一方の出力ポートを形成する。従って、入力ポ ート５１ａ及び移相領域４６ａが入力端カプラ４１の両側に位置する場合でも、 入力ポート５１ａは、ファイバ４６の移相領域４６ａに直接接続される。カプラ の両側に配置された２つの素子に関連したこの開示において用いられる限りにお いて、「直接接続される」という用語は、光が、カプラの平行な光伝導素子間に おいて移動させられることなく、一方の素子からもう一方の素子に通ることが可 能であることを表している。カプラの結合素子の１つを介して端部間を接続した ２つのファイバ部分は、互いに直接接続されている。それに反して、入力ポート ５１ａは、もう一方のファイバの移相領域４７ａに、カップラ４１を介して間接 的に接続されており、光は、カプラ４１の細くなった平行なファイバ・セクショ ン間における移動によってしか、ポート５１から移相領域４７ａに通ることがで きない。ファイバ４６のもう一方の端部における第１の出力ポート５１ｂも、移 相領域４６ａに直接接続されているが、ポート５５ａ及び５５ｂは、移相領域ま たは導波路４７ａには直接接続され、移相領域または導波路４６ａには間接的に 接続されている。 ポンピング・パワーまたはスイッチング・パワーがない場合の、移相領域４４ における２つのファイバ間における伝搬定数△βの差は、上述のように、低パワ ー・レベルにおけるスイッチングを可能にするのに十分でなければならない。異 なる伝搬定数を求めるための任意の技法を利用することが可能である。例えば、 ファイバ４７ａのコアの直径は、図５に示すファイバ４６ａのコアより小さくす ることが可能である。ファイバ４６及び４７のコアにおける異なるドット密度に よって、ファイバ４７ａのコアに希土類イオンが含まれていることを表している 。代替案として、ファイバのコアは、異なる屈折率を備えることができるし、あ るいは、ファイバ・クラッドが、異なる屈折率または直径を備えることも可能で ある。これらの特徴の２つ以上を組み合わせることが可能である。前述の最大許 容可能長が１５ｃｍで、ポンピング・パワーまたはスイッチング・パワーが１ｍ Ｗ未満であると仮定すると、△βは、０．００３以上になる。 マトリックス・ガラス管のファイバに隣接した部分の屈折率は、どちらのファ イバ・クラッドの最低屈折率よりも低い。ボアには、ファイバの挿入を容易にす るため、各端部にファネル（不図示）を設けることが可能である。この管とファ イバの組み合わせは、カプラ・プリフォームと呼ばれる。 管のポイントａとｂの間の部分は、当初、加熱されて、ファイバに対してつぶ れ、少なくとも部分的にファイバに融着する。また、ファイバは、互いに接触さ せられ、その結果、ファイバ間の熱伝導性が良好になる。これは、管のボアを真 空排気し、第１の端部５３の近くを加熱して、加熱領域でつぶれさせ、熱源に対 してプリフォームを移動させることによって、所望の長さのつぶれた管が得られ るまで、つぶれた領域を端部５４に向かって漸次引き伸ばすことによって実施可 能である。その後、管のある領域を加熱し、高温ゾーンの両側に位置する管のセ クションを逆方向に移動させて、加熱領域を引き伸ばすことによって、管の端部 ５３の近くにカプラ４１が形成される。引き伸ばし工程は、所定の結合が実現す ると、停止する。管を引き伸ばして、第１のカプラを形成する間に、入力光ファ イバに光パワーを結合することが可能であり、また、出力信号をモニタして、カ プラの製造プロセスにおけるプロセス・ステップを制御することが可能である。 最良の性能を得るため、カプラ４１及び４２は、問題となる信号波長バンドに わたってほぼ同じ結合特性を備えている。従って、第２のカプラ４２は、管の適 合する領域をカプラ４１の形成に用いられるのと同じ引き伸ばし状態にすること によって、管の端部５４の近くに形成するのが望ましい。 マッハ・ツェンダ干渉計スイッチが、図４及び５に示す実施態様に従って構成 された。管１０は、５ｗｔ．％のホウ素をドープしたシリカから構成された。図 ４６は、外径が１２５μｍで、コアの直径が９μｍの標準的な単一モード・ファ イバであった。ファイバのクラッドは、シリカから形成され、コアは、０．３５ ％のコア・クラッド△を得るのに十分なゲルマニウムをドープしたシリカから形 成された。ファイバ４７は、外径が１２５μｍで、コアの直径が４μｍのエルビ ウムをドープした単一のファイバから構成された。ファイバ・クラッドは、シリ カから形成され、コアは、１０００重量ｐｐｍのエルビウムと、約１．０％のコ ア・クラッド△を得るのに十分なゲルマニウムをドープしたシリカから形成され た。 上述の方法に従って、ファイバに対して管をつぶし、引き伸ばして、カプラ４ １及び４２が形成された。カプラは、１５５０ｎｍにおいて３ｄＢであった。結 果得られた装置の全長は、１２．７ｃｍであった。マッハ・ツェンダ・スイッチ の山・谷間の波長離隔距離（図２を参照されたい）は、ポンプ・パワーがなけれ ば、６ｎｍであった。 １５２１ｎｍで動作するレーザ・ダイオードは、減衰器によって入力ポート２ に接続された。この信号源は、信号源としての働きをし、かつ、エルビウムをド ープしたファイバの屈折率を変化させるためのパワーも供給した。図６には、関 数入力パワーとして装置の出力が示されている。曲線６１は、装置の過剰損失を 表している。曲線６２は、入力ポート２と出力ポート４の間における挿入損失を 表し、曲線６３は、入力ポート２と出力ポート３の間の挿入損失を表している。 入力パワーが小さい場合、入力のほぼ全てが出力ポート３に生じ、パワー・レベ ルの増大につれて、入力が出力ポート４にスイッチされた。図６に示すように、 １ミリワット未満の入力パワーで、スイッチングが生じた。この特定の例が示す ように、図１の２つの出力ポート３と４の間で信号をスイッチするのに必要なパ ワー量は、ポンプ・パルスまたはゲーティング・パルスが導入される前に、移相 領域の２つのアーム１４と１５の間に既に存在していた位相差によって決まる。 図７には、干渉計スイッチが平面装置として形成される実施態様が示されてい る。全ての導波路及びカプラが、基板内または基板上に形成される。入力導波路 ７１及び７２は、カプラ６８によって移相導波路６９及び７０に接続される。導 波路６９及び７０は、カプラ６７によって出力導波路７３及び７４に接続される 。 導波路７０は、導波路６９より長いので、導波路６９及び７０を伝搬する信号成 分の間に移相が導入される。移相は、導波路６９及び７０に異なる屈折率または 幅を付与することによって導入することも可能である。導波路６９及び７０のど ちらかに希土類元素をドープすることが可能であるが、導波路６９のシェーディ ングは、該導波路におけるこうしたドーピングを表している。上述のように、ポ ンプ・パワーが適合する入力導波路に導入されると、ドープした導波路の屈折率 が変化する。この結果、入力導波路７１または７２において導入された入力信号 が、例えば、出力導波路７３から出力導波路７４にスイッチされる。 マッハ・ツェンダ装置は、パワー出力対波長曲線の山間の波長離隔距離が短く なるにつれて、温度に対する感度が漸増する。しかし、山の離隔距離がわずかに ３．５ｎｍの図４に示すタイプの適合するオーバクラッド装置が、製造されてお り、山の離隔距離が約１ｎｍの装置が可能である。これは、オーバクラッドの移 相領域におけるファイバがマトリックス・ガラスに埋め込まれるので可能になる 。従って、非線形ファイバに発生した熱は、他のファイバに伝導することが可能 である。同様に、平面マッハ・ツェンダは、熱が基板を介して１つの導波路から もう１つの導波路に伝導することができるので、温度に対して安定化する。さら に、本発明の望ましい実施態様による装置の場合、スイッチングの誘発に必要な ポンピング・パワーが小さいので、非線形導波路内における発熱も少なくなる。 図８に概略を示すように、本発明のもう１つの実施態様による装置には、直列 をなす複数のステージを含むことが可能である。該装置には、最初のまたは入力 端のカプラ１００、最終のまたは出力端のカプラ１０２、及び、中間カプラ１０ ４、１０６、及び、１０８が含まれている。カプラは、複数の導波路グループ１ １０、１１２、１１４、及び、１１６によって互いに直列に接続されている。各 グループには、互いに並列に接続された２つの導波路が含まれている。従って、 第１のグループ１１０には、導波路を介して結合された光パワーとはほとんど関 係のない光特性を備えた線形導波路１１０ａと、上述のように屈折率がパワーに 依存した非線形材料を組み込んだ非線形導波路１１０ｂが含まれている。他のグ ループには、同様の線形導波路１１２ａ、１１４ａ、及び、１１６ａと、非線形 導波路１１２ｂ、１１４ｂ、及び、１１６ｂが含まれている。該装置には、さら に、入力端カプラ１００に接続された信号入力ポート１１８及びポンピング入力 ポート１２０と、出力端カプラ１０２に接続された第１及び第２の出力ポート１ ２２及び１２４が含まれている。非線形導波路１１０ｂ、１１２ｂ、１１４ｂ、 及び、１１６ｂは、全て、中間カプラを介して互いに直接接続され、連続した非 線形導波路アレイを形成している。ポンピング入力ポート１２０は、入力カプラ １００を介して非線形導波路１１０ｂに直接接続されており、従って、非線形導 波路アレイに直接接続されることになる。線形導波路１１０ａ〜１１６ａは、や はり中間カプラにおいて互いに直接接続されて、連続線形導波路アレイを形成し 、これが、さらに、信号入力ポート１１８に直接結合される。カップラ１００、 １０４、１０６、及び、１０８は、導波路アレイ間において、信号波長バンド内 の光を結合するように配置されており、信号入力ポート１１８において加えられ る信号波長バンド内の光は、入力カプラ１００によって第１のグループの２つの 導波路１１０ａ及び１１０ｂに沿って送られ、後続の各カプラにおいて再結合さ れ、光が出力カプラ１０２に達するまで、次のグループの一方または両方の導波 路に沿って再び送られ、そこから、第１の出力ポート１２２または第２の出力ポ ート１２４に送られることになる。 カプラは、信号波長バンドとは異なる、ポンピング波長バンド内の光をほぼ非 線形導波路アレイだけに沿って送るように配置されている。非線形材料は、ポン ピング波長バンド内のポンピング・パワーに対して敏感であることが望ましい。 該装置に、エルビウムをドープした非線形材料が含まれている場合、約０．９８ または１．４８マイクロメートルのオーダのポンピング波長を用いることが可能 である。信号波長は、約１．５〜１．６マイクロメートル、一般的には１．５２ 〜１．５７マイクロメートルといった、光ファイバ通信に最もよく用いられる範 囲内に含まれることが望ましい。これらの信号波長は、エルビウムをドープした 材料のためのポンピング波長の働きをすることも可能である。カプラは、ポンピ ング波長バンド内の光のための導波路アレイ間においてほとんど結合が生じない ように配置されているので、ポンピング入力ポート１２０を介して供給されるポ ンピング波長バンド内の光は、直接接続された素子、すなわち、非線形導波路１ １０ｂ〜１１６ｂだけしか伝搬しない。カプラは、ファイバの細くなったセクシ ョンのような並置された平行な素子を備える、図４に関連して上述のオーバクラ ッド・カプラのような減衰カプラとすることが可能である。信号バンド内に含ま れるが、ポンピング・バンド内には含まれない光の選択的結合が、分散特性の異 なる結合素子を設けることによって実現可能になる。すなわち、結合素子は、信 号波長バンド内の光については、伝搬定数がほぼ等しくなるが、ポンピング波長 バンド内の光については、伝搬定数が著しく異なるように配置される。 各導波路グループにおける平行導波路は、低パワー・レベルの場合、すなわち 、非線形導波路を伝搬するポンピング・パワーがない場合、光路長が異なる。従 って、信号波長に関して、該装置は、信号波長バンド内の光のための多段格子フ ィルタの働きをする。上述のように、１９９５年１月のＪ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．１，ｐｐ７３−８２におけるジ ングウジ他による「ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｔ ｗｏ−Ｐｏｒｔ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｆｏｒｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｌａｙ−Ｌ ｉｎｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ」に記載のように、直列に接続された干渉計装置を含む フィルタの伝達関数は、装置を構成する導波路、並びに、カプラの特性によって 決まる。装置の伝達関数は、導波路及びカプラの特性を選択することによって選 択可能である。 ある特に有用な構成では、各グループ内の全ての導波路の物理的長さも互いに 等しくなっている。ゼロ・パワーの場合、各グループの導波路は、有効屈折率が 異なり、従って、βの値が異なる。光路長の差は、装置の入力端から出力端の方 向に、グループ毎に漸増させることが可能である。カプラの結合比も互いに異な るようにすることが可能である。カプラに関連して本開示において用いられる限 りにおいて、「結合比」という用語は、カプラを通過する際に、カプラ内におい て１つの導波路からもう１つの導波路に移動する光パワーとそのもとの導波路内 にとどまる光パワーとの比を表している。例えば、９０／１０の結合比のカプラ の場合、一方の導波路に沿って該カプラに到着する光パワーの９０％が、カプラ 内におけるもう一方の導波路に結合されるが、１０％は、そのもとの導波路内に とどまることになる。結合比は、結合パーセンテージ、すなわち、全到着光のう ちもう一方の導波路に結合されるパーセンテージとして表すことも可能である。 従って、９０／１０の結合比のカプラは、９０％結合するが、１５／８５の結合 比のカプラは、１５％結合する。ある典型的な装置の場合、入力カプラ１００は 、５／９５の結合比を備えており、中間カプラ１０４、１０６、及び、１０８は 、それぞれ、１５／８５、２５／７５、及び、１５／８５の結合比を備えている が、出力カプラ１０２の結合比は５／９５である。 こうした装置によって、曲線１５０（図９）によって示すように、信号入力ポ ート１１８から供給される光の割合と第２の出力ポート１２４から出射する光の 割合を関連づける、ゼロ・パワー伝達関数を得ることが可能になる。入力ポート １１８と第１の出力ポート１２２間におけるゼロ・パワー伝達関数が、やはり、 図９において、曲線１５２によって示されている。ゼロ・パワー伝達関数１５０ には、この例の場合、約１．５３マイクロメートルである波長λ₁における狭い 山１５４と、この山の両側にある谷が含まれている。伝達関数の谷は、比較的広 く、平坦である。こうした場合の山・谷間離隔距離すなわち△λは、問題となる 出力ポートに到達するパワーの割合が最大割合の０．８倍になる、山におけるポ イントと、該ポートに到達するパワーの割合がその最大値の０．２倍未満まで降 下する谷における波長との間の波長差とみなすことが可能である。すなわち、上 述の、図２及び３に関連して論じた山・谷間離隔距離△λは、図９に示すように みなすことが望ましい。 ここで、やはり、ポンピング光が供給されると、非線形導波路の有効屈折率が 変化し、伝達関数も変化する。ポンピング・パワーが加えられている間の、信号 入力ポート１１８と第２の出力ポート１２４の間における伝達関数が、図１０の １５０´で示され、同じポンピング条件下における信号入力ポートと第１の出力 ポート間の伝達関数が、１５２´で示されている。上述の実施態様の場合と同様 、ポンピング・パワーの効果が、伝達関数の山を谷によって先に占められている 波長にシフトさせるか、その逆にするのに十分なものであれば、スイッチングが 生じる。例えば、ポンピング・パワーがなければ、１．５４２マイクロメートル の波長の光は、伝達関数１５０の谷及び伝達関数１５２の広い山（図９）におい て減衰する。従って、この波長範囲の光は、信号ポート１１８から供給されると 、第１の出力ポート１２２を介して装置から送り出されることになる。しかし、 ポ ンピング入力ポート１２０からポンピング・パワーを加えられると、伝達関数は 、図１０に示す形に修正され、１．５４２マイクロメートルの波長の光は、第２ の出力ポート１２４にスイッチされる。 この特性に基づく装置は、波長分割多重化用途においてかなり有効に利用する ことが可能である。従って、いくつかの波長の信号を混合した複合信号は、装置 の第１のポートまたは信号入力ポートを介して供給することが可能であり、光ポ ンピング・パワーは、第２の出力ポートの伝達関数における山とこれらの波長の １つまたは別の１つとのアライメントが選択的にとれるように制御することが可 能である。この結果、信号の１つが第２の出力ポートを通るように選択的に経路 指定されるが、その他の信号は第１の出力ポートを通るように経路指定されたま まである。該装置には、出力ポートから下流に１つまたは複数の追加フィルタを 設けて、ポンピング波長バンド内の光を除去することも可能である。図８〜１０ に関連して上述のタイプの格子または多段装置は、モノリシック装置として製作 することも可能である。該装置は、図４に関連して上述のオーバクラッド・アプ ローチを利用して製作することも可能である。線形導波路アレイ及び信号入力ポ ートは、１つのファイバから形成することが可能であり、一方、非線形導波路ア レイは、もう１つの連続ファイバから形成することが可能である。連続ファイバ には、互いに間隔をあけて配置され、非線形材料の全くない線形ファイバ・セク ション１１３によって互いに接続されたセクション１１１だけにしか非線形材料 を含んでいないので、非線形セクションと線形セクションが交番して配置される ことになる。線形ファイバ・セクションは、カプラの細くなったファイバ・セク ションを形成する。全てのカプラのオーバクラッドは、ファイバの全ての上に重 なって、包囲する管と一体成形することが可能である。 各グループの非線形導波路内におけるポンピング・パワー単位当たりの感度ま たは光路長差は、こうしたグループによって生じるゼロ・パワー光路長差に正比 例する。従って、導波路１１２によって、ポンピング・パワー単位当たりの光路 長の変動が、導波路１１０ｂの場合よりも大きくなり、導波路１１４ｂによって 、感度がいっそう高くなる。非線形導波路アレイに、交番する線形セクションと 非線形セクションが含まれている場合、非線形導波路アレイの線形セクションは 、 線形導波路アレイと同じ特性を備えている可能性がある。導波路アレイが、ファ イバから形成される場合、非線形導波路アレイの線形セクション１１３は、線形 導波路アレイの製造に用いられたのと同じファイバから形成することが可能であ り、非線形セクション１１１は、非線形材料を組み込んだ非線形ファイバから形 成することが可能である。ポンピング・パワーがなければ、非線形ファイバは、 線形ファイバと有効屈折率が異なる。ゼロ・パワーにおける各グループの光路長 差は、グループの非線形導波路に含まれる非線形ファイバ・セクションの長さに 比例する。各グループにおける非線形導波路の感度は、やはり、非線形ファイバ ・セクションの長さに比例する。従って、各グループにおける非線形導波路の感 度は、こうしたグループにおけるゼロ・パワー光路長差に正比例することになる 。 請求項によって定義される本発明を逸脱することなく、上述の特徴の多くのバ リエーション及び組み合わせを利用することが可能である。単なる例示として、 単一段装置、または、多段装置におけるファイバ・グループのそれぞれに、互い に平行に延びる３つ以上の導波路を含むことも可能である。例えば、３導波路装 置の場合、移相領域の第１の導波路には、希土類イオンがなく、第２の導波路に は、多少の希土類イオンがあり、第３の導波路には、第２の導波路の２倍の量の 希土類イオンがある。移相領域の各導波路毎に、信号の遅延量が異なっており、 第１の導波路では遅延が最小になり、第３の導波路では遅延が最大になる。この 場合、各導波路の感度は、やはり、ゼロ・パワー移相（遅延）に比例させること が可能である。Ｎ導波路干渉計装置（Ｎ＞２）の製造方法については、米国特許 第５，３５１，３２５号に開示がある。また、多段装置の場合、非線形材料は、 全導波路グループより少ないグループに設けることが可能である。すなわち、導 波路グループの一部には、光路長が異なることが望ましい、線形導波路だけしか 含まないことも可能である。しかし、該装置の光ポンピング・パワーに対する感 度を高めるためには、全ての導波路グループに非線形導波路を含むことが望まし い。さらに、第２の出力を設けるのは必須ではない。すなわち、装置が選択され た波長を阻止するためのフィルタとしてしか利用されない場合、１つの出力しか 備える必要がない。他の未使用の出力は、標準的な反射防止終端によって終端す ることが可能である。上述の実施態様のそれぞれにおいて、各ポートは、１つの 導波路に直接接続される。しかし、入力ポート、出力ポート、または、その両方 は、カプラを介して導波路に間接的に接続することが可能である。例えば、入力 ポートを形成する独立した入力ファイバは、入力端カプラ１００によって１１０ ａと１１０ｂの両方の導波路（図８）に間接的に接続することが可能である。上 述の特徴の以上の及びその他のバリエーション及び組み合わせを利用することが できるので、望ましい実施例に関する以上の説明は、請求項によって定義される 本発明の制限のためのものではなく、単なる例示のためのものと解釈すべきであ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１及び第２の光学カプラ、及び、前記カプラの間に延びる第１及び第２の 光路と、前記第１のカプラに接続された第１の入力ポート、及び、前記第２のカ プラに接続された第１の出力ポートを形成する手段から構成され、前記光路が、 前記カプラ間において、それぞれ、光路長Ｌ１及びＬ２を備えていることと、前 記光路の少なくとも一方が、共振非線形性を備えた材料を含む非線形光路であっ て、光ポンピング・パワーがこうした光路を伝搬する際、前記材料の屈折率及び 非線形光路の光路長が変化するようになっていることと、前記光路長Ｌ１及びＬ ２は、前記光ポンピング・パワーがない場合、互いに異なることを特徴とする干 渉計スイッチ。 ２．前記光ポンピング・パワーがない場合に、前記第１の入力ポートから供給さ れた光のうち前記第１の出力ポートに生じる割合と波長を関連づけるゼロ・パワ ー伝達関数を備えることと、前記伝達関数に、ほぼ全ての光が前記第１の出力ポ ートに生じる、第１の波長における山と、前記第１の出力ポートに生じる光がほ とんどない、第２の波長における谷が含まれていることと、前記第１の波長と前 記第２の波長の間に約１０ｎｍ以下の差△λがあることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載のスイッチ。 ３．前記第１の波長と第２の波長の間に、約６ｎｍ以下の差△λがあることを特 徴とする請求の範囲第２項に記載のスイッチ。 ４．△λが約１ｎｍ〜約６ｎｍであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載 のスイッチ。 ５．さらに、前記第２のカプラに接続された第２の出力ポートが含まれているこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスイッチ。 ６．前記第１と第２の光路が、第１と第２のファイバによって構成されることと 、前記第１と第２のファイバが、前記カプラを通って延びていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の装置。 ７．前記ファイバの一部が、前記カプラを越えて延び、前記ポートを構成するこ とを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。 ８．前記光路とカプラがモノリシック装置として形成されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の装置。 ９．少なくとも３つの光路カプラと、グループをなして前記カプラ間に延びる複 数の光路から構成され、前記カプラが、前記ファイバ・グループによって互いに 直列に接続されるようになっている干渉計スイッチであって、こうした各グルー プに、互いに並列をなす少なくとも２つの前記光路が含まれていることと、前記 カプラの１つが、前記直列接続の一方の端部における入力カプラであることと、 前記直列接続のもう一方の端部における前記カプラのもう１つが、出力カプラで あることと、該装置に、さらに、前記入力カプラに接続された信号入力ポートと 、前記出力カプラに接続された第１の出力ポートを形成する手段が含まれている ことと、前記各光路が、前記カプラ間の光路長を備えていることと、前記光路の 少なくとも１つが、共振非線形性を備えた材料を含む非線形光路であって、光パ ワーがこうした光路を伝搬する際、前記材料の屈折率及び非線形光路の光路長が 変化するようになっていることと、前記光ポンピング・パワーがなければ、少な くとも１つの前記グループにおける光路の前記光路長が互いに異なることと、前 記装置が、前記光ポンピング・パワーがない場合に、前記第１の入力ポートから 供給された光のうち前記第１の出力ポートに生じる割合と波長を関連づけるゼロ ・パワー伝達関数を備えていることと、前記ゼロ・パワー伝達関数に、ほぼ全て の光が前記第１の出力ポートに生じる第１の波長における山と、前記第１の出力 ポートに生じる光がほとんどない第２の波長における谷が含まれていることを特 徴とする干渉計スイッチ。 10．各前記グループに、前記非線形材料を備えた少なくとも１つの非線形光路が 含まれていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスイッチ。 11．前記カプラが、前記第１と第２の波長を含む信号波長バンド内の光を前記光 路の全てに通し、前記信号波長バンド外のポンピング波長バンド内の光を前記非 線形光路だけに沿って送るようになっていることと、前記非線形材料が、前記ポ ンピング波長バンド内のポンピング放射線に応答して、その屈折率を変えること を特徴とする請求の範囲第１０項に記載のスイッチ。 12．前記非線形光路が、複数の前記カプラのそれぞれにおいて互いに直接接続さ れて、複数の前記カプラを通って延びる連続した非線形光路アレイを形成するこ とと、該スイッチに、さらに、前記非線形光路アレイに直接接続されたポンピン グ入力ポートが含まれることと、前記カプラは、光路間において前記信号波長バ ンド内の光を結合する働きをするが、光路間において前記信号波長バンド外のポ ンピング波長の光を結合する働きはほとんどしないので、前記ポンピング入力ポ ートに加えられる前記ポンピング波長のポンピング光は、前記非線形光路アレイ だけしか伝搬しないということを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のスイッ チ。 13．前記光路が、光ファイバによって構成されることと、前記非線形光路アレイ が、前記複数のカプラを通って延びる第１の連続したファイバによって構成され ることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のスイッチ。 14．前記第１の連続したファイバに、前記非線形材料を組み込んだ、間隔をあけ て配置された複数の非線形セクションと、前記非線形材料のない複数の線形セク ションが含まれていることと、前記線形セクションが、前記カプラを通って延び ることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のスイッチ。 15．さらに、複数の前記カプラを通って延びる第２の連続したファイバが含まれ ることと、前記第２の連続したファイバが、複数の前記グループのそれぞれにお ける光路を含む第２の光路アレイを構成することを特徴とする請求の範囲第１４ 項に記載のスイッチ。 16．前記光路の全てが、前記第１と第２の連続ファイバによって構成されること を特徴とする請求の範囲第１５項に記載のスイッチ。 17．さらに、前記ファイバを包囲するモノリシック・ガラス本体が含まれること と、前記各カプラが、前記ファイバの細くなった部分と前記本体を含むテーパ状 オーバクラッド・カプラであることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のス イッチ。 18．前記各光路グループに、ポンピング・パワーにほとんど反応しない光伝搬特 性を備えた線形光路が含まれることと、前記各グループの線形光路が、互いに直 接接続されて、線形光路アレイを構成することを特徴とする請求の範囲第１２項 に記載のスイッチ。 19．前記第１と第２の波長の間に約１０ｎｍ以下の差△λがあることを特徴とす る請求の範囲第１２項に記載のスイッチ。 20．前記第１と第２の波長の間に約６ｎｍ以下の差△λがあることを特徴とする 請求の範囲第１２項に記載のスイッチ。 21．△λが約１ｎｍ〜約６ｎｍであることを特徴とする請求の範囲第２０項に記 載のスイッチ。 22．さらに、前記出力カプラに接続された第２の出力ポートが含まれることを特 徴とする請求の範囲第１８項に記載のスイッチ。 23．前記各グループが、１つの前記非線形光路と、１つの第２の光路から構成さ れることと、前記出力カプラ以外の前記各カプラが、次のカプラまで延びる光路 間において、こうしたカプラに到着する光をほぼ等しく分割するようになってい ることと、前記出力カプラが、前記カプラに到着した光を前記第１と第２の出力 ポートに不等に結合するようになっていることを特徴とする請求の範囲第２２項 に記載のスイッチ。