JPS5866495A - 光時間変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は検数の時系列光信号の順序を電気的化制御して
切換えることが可能な光時間変換器に調する。

光フアイバ過信システムは高速、大容量という特許を利
用して様々な分野で使われているｏ’！’ｉ定地域内の
多数の端３Ｉ！岡の情報伝送の場合にはループ状やスタ
ー状勢の様々な形状の光償号網が使われる・このような
光通信網では、ある端末間の情報交樅を行なう場合、そ
の情報は他のいくつかの端末を経由して送４Ｉ！される
ことが多い。

各端末ては普通必要な情報のみが選択的に受信専れるが
、他の情報も同時に通過するので情報の＊＊保持は離し
い。機密を要する情報の交換の場合には何らかの秘話手
段が必要となる。

また、前記の光通信網では、端末数が増加した場合情報
量が増大するので情報の伝送効率を増すξとが必要とな
る・通常、光伝送路では各情報量に何の信号もない空時
間が発生するか、そのような不要な空時間を圧縮して除
くことが望まれる〇また、通常各端末はデータ転送速度
や経済性の点から中央制御装置からの距離に従って順次
接続専れているのて送信データの配列は決まってしまう
。しかし、中央制御装置では他の端末のデータ内容によ
つて、ある端末データの処理方法が異なる場合などのよ
うにデータの最適な時間配列が送られてくる順序とは異
なる場合がある。このと会データの時間的配列を切換え
る必要が生ずる。

上述の秘話手段や情報の圧縮時系列光データの交換等の
処理は従来の電気通信の場合と同様に光信号を充電変換
した後メモリ作用を有した電気囲路等を用いて処理する
ことが考えられるが複雑な電気回路を要するこ七や、他
の端末に光のｔ重その情報を転送する場合のことを考え
ると光信号の状態で直接上述の処理ができた方が望まし
い・本発明の目的は簡単な構造を有し、時系列光信号の
順序を電気的に制御して任意に切換えることや光信号間
の間隔を圧縮することが可能な光時間変換器を提供する
ことにある・ 本発明の光時間変換器は、２つの入射端と鵞つの出射端
を有し、該入射端及び出射端の間の光路を電気的に制御
して切換えることが可能な２１ｔ２の光スィッチの任意
の１つの入射端と任意の１つの出射層を光ファイバによ
り接続した構成とｌなって禽り時系列光信号の順序を電
気的に制御して任意に切換えることが可能で、かつ光信
号間の間隔を圧縮することが可能である。ざらに本発明
のもう１つの光時間変換器は、上記光時間変換器を光の
透過方向に複数個接続した構成となっており犬違償装置
の送信側において送信すべき時系列光信号をこの光時間
変換器に通過せしめ、前記光時間変換器にそれぞれ電気
信号を印加して前記時系列光信量の時閏駆序を並び換え
て送信し、受信側に書いてやはり複数の光時間変換器を
用いて受信専れた時系列光信号の順序を並び換えて元の
時系列光信号を復元する秘密保持が可能な光通信方式％
式％ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する〇菖Ｉｌｌ
は本発明による光時間変換器の一例である０ ｌｌＩ園に詔いて、１は電気的に制御可能な２×２の光
スイッチであり、２は光スィッチ１に接続された電気−
路である０光スイツチｌには入射ｆｉｌｌとｕ１出射端
口と１４があり入射端稔と出射端１４は光ファイバ３に
よって接続されている０本実施例において光スィッチ１
は電気回路２によって電気信号を印加しないときは入射
端！１、ｎはそれぞれ実線１５％１６の光路をきり出射
端ｕ１１４にそれぞれ接続される。しかし光スィッチ１
に信号を印加したときには入射端１１．１２はそれぞれ
破１１１７．１Ｂの光路により出射端１４．１３にそれ
ぞれｇａｓれる０本実施例ＩＣおいて、入射端１１への
入射光は電圧を印加したときには出射端１４に結合され
、光ファイバ３に入射して入射端１２に入射する０ここ
で、入射端１１に第２図（ωに示すような光信号ＢＡが
入射したとき、光スイＶチ１に信号Ｂが通過する間だけ
電気信号を印加したときには信号Ｂは光ファイバ３に入
射する０その後電気信号を除くと信号ムは光路１５を通
うて出射端１３に結合する０そζで光ファイバ３の長さ
を丁度光の通過時間が信号ムとＢの長さを合せた時間に
等しくして１き、電気信号人が光スイッチ通逼後再び電
気信号を印加すると第２図（ｂ）に示すような光信号ム
Ｂが得られる０ また、ＩＩ　２　ＷＡ（ｃ）に示すように空時間のある
光信号ムＢが入射ｓｕＥ入射したとき光信号ムが通過す
る時間だけ電気信号を印加し、光ファイバ３の長さを光
の通過時間が空時間に等しくなるように遥ルで禽（七出
射ｊｌ１３に得られる光信号は第１図−に示すように光
信奇人とＢの間の空時間は圧縮専れる・ξのとき例えば
空時間を５μ（５）とすれば光ファイバ１として長き１
にの石英ファイバを使用すればよい。２×２の光スィッ
チ１としては電気的に制御可能であればｔａ石を用いた
光スィッチやファラデー効果を用いた磁気光学光スイッ
チ等が使えるが高速の光信号を扱うときには電気光学効
果や音響光学効果を用いた光スィッチが適している・そ
の−例としてはニオブ酸リチウム結晶上にＴｌ拡散によ
り形成した光導波路を用いた方角性結合形の電気光学光
スイッチがあるＯｇｓａｍは本発明のもう１つの光時間
変換器の例を示すｌｌＩである０第３図において電気的
に制御可＠ｔｇ２Ｘ２０光スイッチ２１．３１．４１カ
光透過方向に順次接続されている０即ち、光スィッチ２
１の出射端部と光スィッチ３１の入射ｊＩｌｌ１３４が
、光スイッチ社の出射端菖と光スィッチ４１の入射両射
がそれぞれ接続されている。

また光スィッチ２１．３１．４１にはそれぞれ電気回路
ｎ１羽、Ｃが接続され、光スィッチ４の入射１１１Ｉ２
５と出射端Ｈの間は元ファイバ幻により、光スイッチ狙
の入射端あと出射端３７の関は光ファイバ３３により、
光スィッチ４１の入射端砺と出射端４７の閏は光ファイ
バ葛によりそれぞれｗａｇれている・この構成では入射
光は光スイｖｆ２１の入射端一に入射する・先ず、第３
図の装置を光送信装置として用いる場合を説明する。

入射光は第４図（−に示すようなムＢＣＤの時系列光信
号で成立っている・人ＢＣＤの各光信号の長さは全て１
ＪＩＩＩｅとする。　２１％　ａｔ、　４１の各党スイ
ッチの動作は第１図の場合と同様に光スィッチに電気信
号を印加したときだけ入射光は破縁に示ルたような光路
をとり光ファイバ囚１羽、Ｃにそれぞれ結合される＠ 本実施例ＫＪｌＦいて、先ず、光スィッチ２１は光信嗜
ムが通過する閏と光信号ＢＣＤが通過後電気信号が印加
され、光ファイバｎの長さは光波の通過時間が光信号ム
ＢＣＤの長さに郷しく　１２るように即ち４＃鱈になる
ように選ばれている。そこで光スイッチガの出射端２６
即ち、光スィッチ３１の入射端Ｕにおいては＃！４図も
）に示すような光信号ＢＯ２人が得られる。次に光スィ
ッチ３１では光信号Ｃが通過する時間と光信号ＤＡが通
過後電気信号が印加春れる・ 光ファイバおの長さを光波の通過時間が３μ式になるよ
うに選んであるので光スィッチ３１の出射端では第４図
（ｃ）に示すように光信号ＢΔＤＡＣが得られる０ここ
でΔは空時間を示す。

最後に光スィッチ４１に光信号Ｂ△が通過する時間だけ
電気信号を印加し、光ファイバ心の長さを光通過時間が
１μ鱈になるように選ぶと光スイッチ社の出射１１４６
即ち本光送信装置の出射端では第４図（ロ）に示す光信
号ＢＤＡＣが得られる。この光信号ＢＤＡＣは光ファイ
バ等の光伝送体によって受信側に送信される◎ 次に第３図の装置を光受信装置として用いる場合を説明
する◎光スイッチ４の入射端には送信装置によって伝送
ξれた光信号ＢＤＡＣが入射する〇そして光スィッチ４
は先ず光信号ＢＤが通過する時間に電気信号が印加され
る・光ファイバｎの長を光通過時間が１μ察になるよう
に選ばれている〇そして光信号Ｃが通過後電気信号を再
び印加することにより第４図（ｆ）に示すような光信号
ＢＡＣＩ）が得られる０な詔このと舎光４１４＃Ｄは光
ファイバｎを３回通過する。次に光スイッチ社は光信号
ＣＤが通過しＤが再び出射端箕に結合する関だけ電気信
号が印加される。光ファイバおの長さは光通過時間が１
ｊｓｅｃになるように選ばれているのて第４図ωのよう
な光信号ＢＡΔＣＤが得ら、れる＠最後に光スィッチ４
１には光信号Ｂが通過する時間と光信号Δが通過する時
間だけ電気信号を印加し１光フアイバ心の長さを光透過
時間が２声鱈となるように選んであるので光スイッチ社
の出射端部には第４図（ｈ）に示すように光信号ムＢＣ
Ｄが得られる・即ち、送信装置に入射する前の光信号が
復元される・ 上達の如く本発明の光時間変換器においてはあらかしめ
送償儒と受信側で光信号の時間配列を取り決めて肴（こ
とによりデータ等を他者には判別て命ないような時系列
光信号として、光伝送路を伝送専せることがで舎る◎ま
た時系列光信号の配列順序は電気信号の印加のやり方に
よって任意にプログラムすることが’ｔ”きるという特
長がある。

第５図（ωは本発明による光時間変換器の一実施例を示
す千ｗｌｌであり第５図缶）、（ｃ）は光信号の時間配
列を示す〇 第ｓｍ＃ｃ怠いて、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂＯ曾結晶基板５１上
に互いに近接して設置専れた光導波路５２及び幻により
構成専れた長ざ数置の光方向性結合器が形成され、光導
波路団の両端が長さ数ｍ〜数−の光ファイバ馴の両端５
及び箕とそれぞれ端面同志接続されている＠光導波路♀
及び詔の上には光吸収を防ぐためのパ！７ツ層８１０ｓ
属がコーティングされ、その上にそれぞれ電極釘及び詔
が設置され、電極５８が接地されている０また、先導波
路社の両端には光ファイバ５９及びφがそれぞれ配置さ
れている０但し、ここでＬＩＮｂＯｓ結晶基板社はＸ板
であり、光ファイバー、（至）、ωは全て単一モードフ
ァイバか又は導波光の偏波面を保存するファイバである
０また、先導波路詔及び８により構成された光方向性結
合器の長さは、ＴＭ波に対して完全結合長の２倍となる
ように選ばれている。即ち、光導液路乾に入射した光は
一旦エネルギーが先導波路郭に移り、ざらに光導波結社
の出射端では再び全エネルギーが光導波路５２に一移る
ように形成されている０ 上記条件は、例えば光導波路認及び団をＴ１拡散法で形
成するときはＴ１膜厚や拡散条件、光導波路幅や間隔等
を調整することにより達成することができる〇 第５図（１）に詔いて、光ファイバ（至）にはＬＩＮｂ
Ｏ＊結晶基板５１の表面に対し垂直な偏光成分を有する
光波６１が伝搬して光導波路５２に入射する。但し、光
波６１は第５図６）に示すように光信号Ｂとムが時こζ
で、電極釘に電圧を印加しないときは光波社はそのまま
の状態で光ファイバωに結合し、出射光乾となる。電極
釘に電圧を印加した場合１電気党学効果によって光導波
結社及び閏の屈折率が変化するのて電圧の調整化より光
導波路５２０光波を先導波路犯の出射端て全でエネルギ
ーが光導波路！５３に移るようにすることができる０、
そこて、光波似の中で光信号Ｂが光導波路５２を通過し
て光ファイバωへ入射した後、電極５７に電圧を印加す
ることにより光信号ムは光ファイバ５４に入射する。こ
ζて光方向性結合器の長さを６ｍとするとそれを光波が
通過するのに要する時間は約４０ｒＪｓｅであるので光
信号ＡとＢが例えば数ｆｉｓｌｊＣ穆度の間隔に接近は
いてもそれらを分離するのは容易である。

光ファイバ父の長さを例えば２００ｍ　とすれば光信奇
人は約１μ獣後に再び光導波路認に入射し、その時電ｌ
＠５７に電圧が印加されていれば光導波結社へ結合して
光ファイバωに入射する。その結果出射光６２ＪＣ詔い
ては光信号ＢとＡの間には１μ就の間隔が生ずる。ここ
で電＠釘に電圧を一２印加して光信奇人を光ファイバ５
４に入射した稜電圧Ｏとし５μ式後に再び電圧を印加す
れば光信号ムは光ファイバ９を５局するので光信号Ｂと
Ａとの閾にはＳｊＩ就の間隔が生ずる◎上記の如く、本
実施例の光時間変換器においては光ファイバ斜の長さを
必要な遅延時間に応じて選ぶことにより光信号Ｂとムを
任意の時間間隔で分離することが可能てあり、さらに、
電極５７への電圧の印加時期を選ぶことにより光ファイ
バ詞の１回の通過により得られる遅延時間の整数倍の時
間だけ光信号Ｂとムを離すことができる。ここで光フア
イバ図の伝搬損失を０．５　ｄＢ／１１　ｓ光ファイバ
（と先導波路団との接続損失をＱ、５　ｄＢとし、許容
損失を３ｄＢとすれば光ファイバ８の長さは４−まで長
くでき光信奇人とＢを約２０１１１（５）離すことがで
きる０本実施例の光時間変換器では、さらに、光信号Ａ
とＢＩＤＩ＠序を入換え、第５図ｃｃ）のような出射光
を得ることができる０このときは１光信号Ｂが方向性結
合器に入射する直前に電ｍｓ７に電圧を印加して光信９
Ｂを光ファイバ８へ入射する。そして光信号Ｂ、６！通
過後電圧を０とし、光信奇人が光ファイバへ入射後再び
電圧を印加する０但し、光ファ゛イバ馴の長さはそこを
光が通過する時間が光信奇人の長さと等しくなるように
選ばれている。

本実施例において、光ファイバーの一方の端面郭と出射
偏光ファイバωの位置を入換えてもよい〇このときは入
射光６１は電圧を印加しないときは常に光ファイバ８を
通過して光ファイバωへ結合シミ極釘に電圧を印加した
ときは、光ファイバヌヘ入射することなしに光ファイバ
ωへ結合する。このときも電圧の印加の時期を選ぶこと
により第１図の場合と同様な効果を得る仁とができる。

第６図−）は本発明による光時間、変換器の他の実施例
を示す平面図であり、第５図（ａ）の光時間変換器を２
個用いて構成されている０第６図（ａ）において、Ｌｉ
Ｎｂ０　ｓ　結晶基１［５１上に光導波路５２．５３ｓ
Ｂが形成され、先導波路５２と詔は互いに近接してｔｓ
ｌの光方向性結合器を構成し、先導波路５２と８は同様
に第２の光方向性結合器を構成する。光導波路詔の両端
には光ファーμ５４が接続され、光導波路ωの両端には
光ファイバ句４が接続されている。

ここで１ｓｌ及び第２の光方向性結合器の形状は第５図
（ａ）の光方向性結合器と同じに“選ばれており、第１
及び第２の光方向性結合器にそれぞれ設置された電極５
７及び６７に電圧を印加しないときには光導波路５２を
伝搬する光波は光ファイバ（及びｕｋは結合しない。光
導波路５２の入出射端にはそれぞれ光ファイバ圀及び印
が設置されている。ここで光ファイバ５９を伝搬する光
波６１は第６図Ｃωに示すように光信号Ｃ，Ｂ、Ａｆｆ
ｉ順次時系列で配置されたものとする。本実施例にたい
ては、第１の光方向性結合器によって光信号Ｃだけが光
ファイバ斜に入射し、第２の光方向性結合器によって光
信号Ｂだけが光ファイバ６４に入射するように’１ｔｌ
ｉ５７．６７に電圧が印加される０そこで光ファイバ舅
の遅延時間を光ファイバ６４の遅延時間の２倍となるよ
うにすることにより出射光６２の中での光信号の配列を
第６図（ｃ）に示すように票６図Φ）とは全く逆にする
ことができる０ 第７図は本発明による光時間変換器の他の実施例を示す
千ｗＩＥｌである０第７図に右いても第５図（ｍｌ七同
様にＬＩＮｂＯ・結晶基板５１上に光導波路５２及び！
１３Ｆ−よって光方向性結合器が形成され、光導波路＆
の両端は光ファイバ騙に接続されている〇僅し、第５ｇ
（ロ）とは光導波路＆の入出射端の部分に周期状電極司
、７１がそれぞれ設置されている点と、先導波結社と電
＆５７０間の８１０ｓｍｌによる８１７７層が除かれて
いる点が異なっている。

本実施例においては電＆５７に電圧を印加すると七によ
りＴＥ波が光導波路５２から光導波路５を通うて党ファ
イバ（に入射するように構成されているＯ すなわち、本実施例では光ファイバ５９から入射する党
はＩ、１Ｎｉｌへ結晶基板嵌置に平行な偏光である〇専
らに、周期状電極冗又はｎに電圧を印加すること化より
、導波光の偏光面を９０°回転し、ＴＭ−テｌｌｌ関の
変換を行なうことができる。そこで本ｌｌＩ論例ては一
方の光信号をＴＭ波に変換することにより同時Ｅ２つの
光信号を光ファイバーに入射し、選択的に一方のみを光
導波路５２の側に取出すことができる。例えば第５図（
ｂ）に示すような信号光がＴＥ波として光導波結社に入
射した場合、電極５７に電圧を印加して先ず、光信号Ｂ
を先導波路８に移し、さらに電極７１に電圧を印加して
光信号ＢをＴＭ波に変換し、光ファイバーに入射する０
次に電極５７に電圧を印加して信号光ムを光ファイバ５
４に入射する０ このときには電極７１に電圧を印加しないので信号光Ａ
はＴＥ波の１まであるｔこで光導波結社の上には直接電
極５７が設置されているので光導波結団を伝搬したＴＭ
波は光導波路５２へは結合しないがＴＥ波については上
述のように電極５７に電圧を印加して結合させることが
できる。そ仁で電ｌＫ釘に電圧を印加しても信号光ムだ
けが取り出されるＯ信号光Ｂを取り出すときｋは電極７
０又はｎに電圧を印加してＴＭ波をＴＥ波に変換しなく
てはならない。

上述のように本実施例では２つの光信号を独立に制御で
きるのて第５図や籐６図の実施例のように信号光を取り
出すタイミングをそれほど厳しく制御する必要がない。

嬉６図は電気光学効果による！千反射形スイッチを用い
た本発明の光時間変換器の一実施例である・第８図にお
いてニオブ鹸リチウム結晶（資）の上にテｌ拡散法によ
り交差光導波路編が製作されその交舞部に電極８１が設
置され、電極８１には電気回路２が談絖されている。’
を極８１に電圧を印加することｋより交差導波路劇への
入射光８２は交差部て反射され出射大田となる・電圧を
印加しないと会には入射光稔はそのま才直進し、光ファ
イバ６に入射し、再び交差光導波路に入射して出射光お
となる０ 第９図は音響光学効果を用いた光時間変換器の一実施例
である。本実施例においては超音波光偏向器を３×２の
光スィッチとして用いている０超音波トランスジ鳳−サ
郭に超音波媒体％が接着されており、トランスジ暴−サ
９５に接続された電気回路２により電気信号が印加され
たとき、超音ｔＩＬ謀体％中に超音波が励振される。入
射光曽は超音波が励振されないときはそのまま直進し、
出射光郭となる。超音波が励振されたときには入射光ｎ
は回折されて光ファイバ郭に入射する。

本実施例では２×２の光スィッチの部分は光波がビーム
状となっているので光ファイバ郭への入出射はレンズｑ
を用いる。光ファイバ郭を通過した光は再び超音波で回
折され出射光郭となる０以上述べた如く本発明によれば
時系列光信号の順序を電気的に制御して任意に切換える
ことや、光信号間の間隔を圧縮することが可能な光時間
変換器が得られ、さらに上記光時間変ｍ器を用いた秘書
保持が可能な光通信方式が得られる。

なお本発明に用いる２×２の光スィッチは上述の笑施例
に述べたものの他に、回′折形、分岐干渉形、全反射形
勢様々のタイプの電気的に制御可能な導波形光スイッチ
を用いることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図は本発明の元時１ｋｌ変換器の概念目、
第２図（ａ）　〜（ｄ）、第４図（ａ）ｙ　（ｈ）、第
５図（ｔａ、（Ｃ）、る時系列光信号の一例を示す図、
第５図（１）、第６ａω、第７園、第８凶、第９図は本
発明の実施例を示す図である・ 図において ｉ　、２１、ａｉ、４１は２×２の光スイ！チ、２．２
２、詔、社は電気回路、３、ム、３３．４３．５４．５
９、弱、６４．８５、郭は光ファイバ、５１１（資）は
ＬｉＮｂ０・結晶基板、社、Ｓｌ　口、８は先導波路、
５７．５８．６７、社は電極、郭は超音波トランスジ、
−サ、％は趣音波媒体を示す。 発ｌ圓 第２図 （α）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ｃ′ｂン（Ｃ）　　　　　　　　　　　　　（ｃＬ）発
３図 第４−用 Ｃα’　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（Ｃ）　　　
　　　（ｃＬ）工阿江し」死ａｍ口］面Ｌ　玉「口可−
（ｅ＞　　　　　　　　　　　　　　＜ｆ）　　　　　
　　　　　　　　　　　　ｒグン　　　　　　　　　　
　　　（メ一ン↓−一 第８回 亭９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの入射端と２つの出射端を有し、缶入出射端間
   の光路を電気的制御により切り換えることができる２×
   ２の光スィッチの任意の１つの入射端と任意の１つの出
   射端を光ファイバにより接続してなる光時間変換器。
2. ２．２つの入射端と２つの出射端を有し、缶入・出射端
   間の光路を電気的制御により切り換えることができる２
   ×２の光スイ豐千の任意の１つの入射端と任意の１つの
   出射端とを光ファイバにより接続して成る光時間変換器
   を光の透過方内に複数個接続した仁とを特徴とする光時
   間変換器Ｏ