KR20090049569A

KR20090049569A - 광 스위치 및 광 스위치를 이용한 광 파형 모니터 장치

Info

Publication number: KR20090049569A
Application number: KR1020090029603A
Authority: KR
Inventors: 시게끼 와따나베
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2009-05-18
Also published as: JP2006184851A; EP2031784A3; KR101052957B1; KR20060050881A; EP1811703A1; EP1633066A2; DE602005007439D1; EP1633066A3; EP1811703B1; JP3920297B2; DE602005012531D1; US20060051100A1; US20110044684A1; US8311410B2; EP2031784B1; EP2031784A2; EP1633066B1; KR20080018228A; US7848647B2

Abstract

높은 스위칭 효율로 충분히 넓은 파장 범위에 걸쳐 고속 스위칭을 실현하는 기술을 제공한다. 신호광의 편광 방향은 편광 제어기(11)에 의해 편광자(15)의 편광 주축과 직교하도록 제어된다. 제어광 펄스 생성부(12)는 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로 제어광 펄스를 생성한다. 비선형 광 파이버(14)에는 신호광 및 제어광 펄스가 입력된다. 비선형 광 파이버(14)에서, 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역의 신호광은 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭된다. 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역의 신호광이 편광자(15)를 통과한다.

신호광, 광 스위치, 편광 제어기, 비선형 광학 매질, 편광자, 제어광 펄스, 수광 소자, 광 파라메트릭 증폭, 편광 주축, 광 파형 모니터 장치

Description

광 스위치 및 광 스위치를 이용한 광 파형 모니터 장치{OPTICAL SWITCH AND OPTICAL WAVEFORM MONITORING DEVICE UTILIZING OPTICAL SWITCH}

본 발명은 광 신호의 일부를 추출하는 기술에 관한 것으로, 특히 광 펄스열이 시간 다중된 광 신호 또는 그 일부를 추출하는 방법, 그 방법을 이용하는 광 스위치, 및 그 광 스위치를 이용하는 광 샘플링 오실로스코프에 관한 것이다.

최근 정보의 대용량화 및 장거리 통신의 필요성 등에 수반하여, 광 기술을 이용한 디바이스 또는 시스템이 널리 보급되어 왔다. 여기서, 광 펄스열로 구성되는 광 신호의 일부를 추출하는 광 스위치는 하나의 중핵 기술로서 연구 및 개발이 진행되고 있다. 그리고, 광 펄스열로 구성되는 광 신호를 스위치하는 종래의 기술로서는 하기의 방식이 알려져 있다.

(1) 수신한 광 신호를 일단 전기 신호로 변환하여 스위치한 후, 그 전기 신호를 광 변조기 또는 레이저 등을 이용하여 광 신호로 변환하는 기술. 또한, 이 구성은 자주 OE/EO형이라고 불리고 있다.

(2) LiNbO₃ 변조기나 EA(Electro-Absorption) 변조기 등의 광 변조기에서, 원하는 채널에 동기한 전기 신호로 이들 변조기를 동작시킴으로써 그 채널을 스위 치하는 기술.

(3) 전기 신호를 통하지 않고서, 전부 광 레벨로 처리하는 기술. 구체적으로는 하기의 방식이 알려져 있다.

(3a) 2개의 암을 통과하는 광의 위상차가 π로 되도록 설정된 마하 젠더 간섭기를 이용하는 방식

(3b) 4광파 혼합(FWM : Four Wave Mixing) 또는 3광파 혼합(TWM : Three Wave Mixing) 등의 비선형 광파 믹싱을 이용하는 방식

(3c) 자기 위상 변조(SPM : Self Phase Modulation) 또는 상호 위상 변조(XPM : Cross Phase Modulation) 등의 광 Kerr 효과를 이용하는 기술

(3d) 상호 이득 변조(XGM : Cross Gain Modulation) 또는 상호 흡수 변조(XAM : Cross Absorption Modulation) 등의 이득 포화 효과를 이용하는 기술

또한, 이들 기술에 관련된 특허 문헌으로서는 예를 들면 아래의 문헌이 존재한다. 또한, 아래 비특허 문헌 1, 2에는 입력 신호광을 전기 신호로 변환하지 않고, 3R 재생을 행하기 위한 기술이 개시되어 있다. 이 3R 기술은 입력 신호광 및 그 입력 신호광으로부터 재생된 클럭 광을, 고 비선형 파이버를 포함하는 광 게이트 회로에 유도함으로써, 신호광의 지터 등에 의존하지 않는 양호한 파형을 갖는 재생 신호광을 출력하는 것이다.

[특허 문헌 1] 일본특허공개 평7-98464호 공보

[특허 문헌 2] 일본특허 3494661호

[특허 문헌 3] 일본특허공개 2001-249371호 공보

[특허 문헌 4] 일본특허공개 2003-65857호 공보

[특허 문헌 5] 일본특허공개 2004-214982호 공보

[비특허 문헌 1] S. Watanabe, R. Ludwig, F. Futami, C. Schubert, S. Ferber, C. Boerner, C. Schmidt-Langhorst, J. Berger and H. G. Weber, "Ultrafast All-Optical 3R-Regeneration", IEICE Trans. Election, Vol.E87-C, No.7, July 2004

[비특허 문헌 2] 와타나베 시게루수, 「광 영역에서의 신호 재생 기술」, 광학, 제32권, 1호, 10∼15 페이지, 2003

[비특허 문헌 3] "NONLINEAR FIBER OPTICS" page 180-184, Govind P. Agrawal, ACADEMIC PRESS, INC.

[비특허 문헌 4] M. Nakazawa et al., Technical Degest in CLEO2001

[비특허 문헌 5] S. Watanabe, et. al. "Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain : Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640Gb/s", 30 th European Conference on Optical Communication(ECOC), Stockholm, Sweden, September 2004, Post-deadline paper Th4.1.6, pp 12-13

상술한 종래의 기술에는 하기의 과제가 있다. 즉, OE/EO형은 10Gbps까지는 이미 실용화되어 있고, 현재 40Gbps의 실용화를 향해 연구 개발이 진행되고 있다. 그러나, 비트 레이트마다 전자 회로를 준비할 필요가 있는 것에 더하여, 일렉트로닉스의 동작 속도 한계에 의해, 고속의 신호에의 적용에는 더욱 한계가 있다. 또한, 구동 신호 또는 제어 신호로서 전기 신호가 사용되는 상기 (2)의 기술도 동작 속도에 대해서는 동일한 문제를 갖는다.

상기 (3)의 기술은 전기 신호를 이용하지 않기 때문에 동작 속도의 문제는 해소되지만, 160Gbps 이상의 초고속 신호에 적용할 경우에는, 스위칭 시에 통상 10∼30 데시벨의 로스가 발생하거나, 스위칭 가능한 파장 대역이 좁다는 등의 과제가 있다. 여기서, 스위칭 효율이 저하하면, 광 S/N비가 저하하여, 신호 품질이 열화한다. 또한, 동작 대역이 좁게 되면, 파장이 다른 신호광에 대해서 개별로 광 스위치를 설치할 필요가 생긴다.

본 발명의 목적은 광 신호를 넓은 파장 범위에 걸쳐 높은 스위칭 효율로 스위칭하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 광 스위치는, 신호광의 편광 방향을 제어하는 제1 편광 제어기와, 상기 제1 편광 제어기에 의해 편광 방향이 제어된 신호광이 입력되는 비선형 광학 매질과, 상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치되고, 상기 비선형 광학 매질로부 터 출력되는 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자를 구비한다. 그리고, 상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭된다. 또는, 상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 제어광 펄스에 의해 발생하는 비선형 효과에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 증폭되도록 하여도 된다.

제어광 펄스가 존재하지 않을 때에는, 비선형 광학 매질에서 신호광의 편광 방향은 변화하지 않는다. 따라서, 이 때, 신호광은 편광자에 의해 완전하게 차단된다. 한편, 제어광 펄스가 존재할 때에는, 비선형 광학 매질에서, 4광파 혼합에 의해 그 신호광은 제어광 펄스의 편광과 거의 동일한 방향의 편광으로 광 파라메트릭 증폭된다. 또한, 제어광 펄스가 존재할 때에는, 비선형 광학 매질에서 상호 위상 변조에 의해 신호광의 편광 방향이 회전함과 함께, 4광파 혼합에 의해 그 신호광은 광 파라메트릭 증폭된다. 따라서, 광 파라메트릭 증폭된 신호광의 일부 이상의 성분이 편광자를 통과한다.

상술한 광 스위치에서, 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도는 약 45도로 설정하여도 된다. 이 구성에 따르면, 양호한 편광 회전을 얻는 것이 가능함과 함께, 편광자에서의 손실을 억제할 수 있다.

또한, 상기 비선형 광학 매질로서 광 파이버를 사용하여, 그 평균 영 분산 파장이 상기 제어광의 파장과 일치 또는 거의 일치하도록 하여도 된다. 이 구성에 따르면, 4광파 혼합에 의해 광 파라메트릭 증폭의 효율이 양호하다.

또한, 상기 제1 편광 제어기의 전단에 신호광의 펄스의 피크를 평탄화하는 파형 정형기를 설치하도록 하여도 된다. 또는, 제어광 펄스의 시간 폭을 신호광의 펄스의 시간 폭보다도 짧게 하도록 하여도 된다. 이들 구성을 도입하면, 신호광이 전송하는 신호가 시간적으로 변동하고 있어도, 클럭 신호로서 사용되는 제어광 펄스에 의해 그 신호의 타이밍이 재생된다.

또한, 본 발명의 광 스위치는 강도 변조 신호광 뿐만 아니라, 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광이더라도 증폭하면서 스위치할 수 있다. 이 경우, 변조 신호광은 RZ 신호인 것이 바람직하다.

또한, 입력 신호광을 서로 직교하는 1조의 편광 신호로 분리하고, 이들을 각각 본 발명에 광 스위치로 스위치한 후에 합성하는 구성을 도입하면, 입력 신호의 편광 상태를 제어할 필요가 없게 된다.

본 발명에 따르면, 사용 가능한 파장 범위가 넓으면서도 충분히 높은 효율로 광 신호의 스위칭이 가능하게 된다. 또한, 이에 의해 양호한 광 S/N비가 실현된다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 광 스위치(1)의 기본 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에서, 편광 제어기(PC : Polarization Controller)(11)는 입력되는 신호광의 편광 방향을 제어한다. 즉, 신호광은 편광 제어기(11)에 의해서 소정 방향으로 편광된다. 여기서, 신호광의 파장은 「λs」인 것으로 한다. 또한, 신호광에 의해 전파(또는 반송)되는 신호의 비트 레이트는 특별히 한정되는 것은 아니다.

제어광 펄스 생성부(12)는 파장 λp를 갖는 제어광을 사용하여 제어광 펄스를 생성한다. 여기서, 신호광의 파장 λs 및 제어광의 파장 λp는 적절하게 분리되어 있을 필요가 있지만, 그 파장 차는 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 파장 λp는 파장 λs보다 클 수도 있고, 작을 수도 있다.

도 2는 신호광 및 제어광 펄스의 일례를 도시하는 도면이다. 여기서 신호광은 신호 s1, s2, s3, …을 반송하는 것으로 한다. 제어광 펄스는 신호광에 의해 전파되는 신호와 동기하여 생성된다. 도 2에 도시하는 예에서는 제어광 펄스의 주파수는 신호광에 의해 전파되는 신호의 비트 레이트의 4분의 1이다. 그리고, 신호 s1 및 제어광 펄스 p1의 타이밍이 서로 일치하고 있고, 또한, 신호 s5 및 제어광 펄스 p2의 타이밍이 서로 일치하고 있다.

신호광에 의해 전파되는 신호에 제어광 펄스를 동기시키기 위해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 도 3에 도시하는 구성을 생각할 수 있다. 즉, 광 분기 디바이스(21)는 신호광의 일부를 분기하여 제어광 펄스 생성부(12)에 유도한다. 또한, 신호광의 대부분은 편광 제어기(11)에 유도된다. 제어광 펄스 생성부(12)는 클럭 재생부(22)를 구비하여, 신호광에 의해 전파되는 신호에 동기하는 클럭을 재생한다. 여기서, 클럭 재생부(22)는, 예를 들면 PLL 회로를 포함하여 구성된다. 또한, 입력된 신호광을 모두 광에 의해 클럭을 재생하여도 되고, 재생한 클럭 신호의 펄스 폭을 확대하여도 된다. 이와 같이, 광 신호로부터 모두 광을 이용하여 클럭을 재생하는 기술은, 예를 들면 특허 문헌 3에 개시되어 있다. 그리 고, 제어광 펄스 생성부(12)는 그 재생한 클럭을 이용하여 제어광 펄스를 생성한다. 이 때, 예를 들면, 4 클럭에 대해서 1개의 펄스를 생성하면, 도 2에 도시하는 제어광 펄스 p1, p2가 얻어진다.

편광 제어기(13)는 제어광 펄스의 편광 방향을 제어한다. 여기서, 제어광 펄스의 편광 방향은 신호광의 편광 방향에 대해서 소정 각도로 설정된다. 바람직하게는 제어광 펄스의 편광 방향은, 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도가 40∼50도(예를 들면, 45도)로 되도록 설정된다.

비선형 광 파이버(14)에는 신호광 및 제어광 펄스가 합파되어 입력된다. 이렇게 하면, 비선형 광 파이버(14)에서, 상호 위상 변조에 의해 신호광의 편광 방향이 회전함과 함께, 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭으로 신호광이 증폭된다. 즉, 후술하는 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭으로 신호광이 주로 제어광 펄스의 편광 방향으로 증폭된다. 단, 편광 회전 및 광 파라메트릭 증폭은 신호광 전체에 대해서 생기는 것이 아니라, 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 시간 영역에서만 생긴다. 예를 들면, 도 2에 도시하는 예에서는, 신호 s1 및 s5에 대해서만 편광 회전 및 광 파라메트릭 증폭이 생긴다. 즉, 신호 s2∼s4, s6, s7에 대해서는 편광 방향은 변화하지 않는다.

또한, 광 파라메트릭 증폭에 대해서 상술하였지만, 신호광의 파장 λs 및 제어광의 파장 λp는 서로 다르고, 그 차이는 비선형 효과에 의한 광 증폭(라만 증폭 또는 블루리안 증폭)이 행하여지도록 파장 λp, 파장 λs를 설정할 수도 있다. 이렇게 하면, 비선형 효과에 의한 라만 증폭 또는 블루리안 증폭을 행할 수도 있다. 또한, 파장 λp와는 각각 약간 다른 파장 λp2∼λpn을 n개 설치함으로써 광대역의 라만 증폭을 행할 수도 있다.

편광자(15)는, 예를 들면 편광 빔 분할기 PBS, 복굴절성의 광학 결정 등이고, 그 편광 주축 성분의 광을 통과시킨다. 여기서, 편광자(15)의 편광 주축은 신호광의 편광 방향과 직교하도록 설정된다. 바꿔 말하면, 편광 제어기(11)는 편광자(15)의 편광 주축과 직교하도록 신호광의 편광 방향을 제어한다.

광 대역 통과 필터(BPF)(16)는 신호광의 파장(여기서는 λs)만을 통과시키고, 다른 파장의 광을 차단한다. 즉, 파장 λp를 갖는 제어광은 차단된다. 또한, 도시되지 않은 광 앰프 등에서 발생하는 자연 방출(ASE : Amplified Spontaneous Emission)광 중, 상기 광 BPF의 투과 대역 외의 성분도 제거된다. 또한, 제어광의 파장이 신호광의 파장으로부터 크게 떨어져 있는 경우, 또는 편광자(15)를 통과하는 신호광의 파워가 자연 방출광과 비교하여 충분히 큰 경우 등에는 광 대역 통과 필터(16)는 설치하지 않아도 된다.

상술한 바와 같이, 신호광의 편광 방향은 편광자(15)의 편광 주축과 직교하고 있다. 따라서, 제어광 펄스가 존재하지 않을 때에는, 비선형 광 파이버(14)에서 신호광의 편광 방향은 변화하지 않기 때문에, 신호광은 편광자(15)에 의해 완전하게 차단된다. 예를 들면, 도 2에 도시하는 예에서는, 신호 s2∼s4, s6, s7은 편광자(15)에 의해 차단된다. 그런데, 비선형 광 파이버(14) 내에서 신호광 및 제어광 펄스가 동시에 존재할 때에는, 비선형 광 파이버(14)에서 상호 위상 변조에 의해 신호광의 편광 방향이 회전한다. 즉, 신호광은, 비선형 광 파이버(14)에서, 주 로 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭된다. 이렇게 하면, 비선형 광 파이버(14)로부터 출력되는 신호광은 편광자(15)의 편광 주축 방향의 성분을 갖게 된다. 그 결과, 신호광의 일부가 편광자(15)를 통과하게 된다. 예를 들면, 도 2에 도시하는 예에서는, 신호 s1, s5는 편광자(15)를 통과한다.

이와 같이, 광 스위치(1)에 의하면, 신호광 중 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 부분이 선택적으로 추출되어 출력된다. 이 때, 출력되는 신호광의 파장은 입력 신호광의 파장과 동일하다.

다음에, 본 발명의 광 스위치의 동작 원리를 상세히 설명한다. 단, 본 발명의 광 스위치의 구성 및 동작 중 제어 펄스가 존재하지 않는 성분(스위치 광의 제로 성분)을 차단하는 원리는, 광 Kerr 효과를 이용하는 광 Kerr 스위치의 동작과 공통되는 점이 있다. 또한, 광 Kerr 스위치의 동작에 대해서는 예를 들면 상기의 비특허 문헌 3에 상세히 개시되어 있다.

종래의 광 Kerr 스위치는, 도 1에 도시하는 광 스위치(1)와 마찬가지로, 비선형 광 파이버 및 편광자를 구비하고 있고, 그 비선형 광 파이버에 신호광 및 제어광 펄스가 입력된다. 또한, 신호광의 편광 방향은 편광자의 편광 주축과 직교하도록 설정된다.

광 Kerr 스위치에서, 제어광 펄스의 파워가 제로이면, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 비선형 광 파이버에서 신호광의 편광 방향은 회전하지 않는다. 즉, 그 비선형 광 파이버로부터 출력되는 신호광의 편광 방향은 편광자의 편광 주축과 직교하고 있다. 따라서, 이 경우, 신호광은 편광자에 의해 완전하게 차단된다.

그런데, 신호광과 제어광 펄스가 시간적으로 중복된 상태에서 그 제어광 펄스의 파워를 크게 해 가면, 상호 위상 변조(XPM)에 의해 제어광 펄스의 강도에 비례한 신호광의 위상이 시프트하여, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 신호광의 편광 방향이 회전한다. 즉, 후술하는 도 5에 도시한 바와 같이, 비선형 광 파이버를 신호광이 진행함에 따라 편광 상태가 변화하여, 편광 주축의 방향이 회전한다. 이에 의해, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 신호광의 일부가 편광자를 통과하게 된다. 그리고, 제어광 펄스의 파워를 조정함으로써 신호광의 위상이 비선형 광 파이버에의 입력 상태에 대해서 π만큼 변화하게 되면, 그 신호광의 편광 방향은 초기 상태에서 90도 회전하게 된다. 즉, 90도 회전한 직선 편광으로 된다. 이렇게 하면, 신호광의 편광 방향 및 편광자의 편광 주축이 서로 일치하여, 신호광의 거의 100퍼센트가 그 편광자를 통과하게 된다. 이 때, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 출력되는 신호광의 파워가 최대로 된다. 또한, 제어광 펄스의 파워를 더욱 크게 하면, 신호광의 편광 방향은 더욱 회전하여, 출력되는 신호광의 파워는 서서히 작게 되어 간다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 신호광의 편광 상태는 더욱 변화하여, 편광 주축 방향은 회전한다. 이와 같이, 광 Kerr 스위치에서는, 출력되는 신호광의 파워는, 제어광 펄스의 파워에 대해서 사인 커브에 가까운 특성으로 변화한다.

따라서, 광 Kerr 스위치에서는, 신호광을 추출하기 위한 제어광 펄스는, 일반적으로 비선형 광 파이버에서 신호광의 편광 방향을 90도만큼 회전시키는 파워를 갖도록 생성된다. 단, 광 Kerr 스위치에서는, 그 동작 원리로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 신호광의 입력 파워보다도 큰 파워의 출력광을 얻을 수 없다. 즉, 스위칭 효율의 개선에는 한계가 있다. 이 때문에, 광 Kerr 스위치는 종종 별개로 준비된 광 증폭기와 함께 사용된다. 또한, 상기 동작 원리로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 종래의 광 Kerr 스위치에서는, 비선형 위상 시프트가 π로 될 때에만 최적의 스위칭 동작을 얻을 수 있기 때문에, 제어광의 파워를 상당히 고정밀도로 설정할 필요가 있다.

도 5는 광 Kerr 스위치의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다. 신호광의 편광 방향은, 비선형 광 파이버에서 제어광 펄스와의 상호 위상 변조에 의해 회전한다. 제어광 펄스의 파워는 신호광의 편광 방향이 비선형 광 파이버에서 90도만큼 회전하도록 설정된다. 이에 의해, 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역의 신호광이 가장 효율적으로 편광자를 통과한다.

본 발명의 광 스위치는, 상술한 상호 위상 변조에 의한 편광 회전도 유효하게 이용하면서 제어광 펄스를 여기광으로서 사용함으로써, 도 1에 도시하는 비선형 광 파이버(14)에서 4광파 혼합에 의해 생기는 광 파라메트릭 증폭 효과를 이용하여, 높은 스위칭 효율을 갖는 광 스위치를 실현한다. 본 발명에서는, 종래의 광 Kerr 스위치에서 필요로 되는 제어광의 핀 포인트 제어는 불필요하게 된다. 또한, 여기서, 4광파 혼합이란, 물질(여기서는, 비선형 광 파이버(14))이 그 비선형 분극을 통하여 가상적으로 2개의 광자를 흡수하고, 에너지를 보존하도록 2개의 광자를 방출하는 현상이다. 그리고, 큰 파워의 여기광이 공급되어 있는 물질에 그 여기광의 파장과 다른 파장의 신호광을 입력하면, 상술한 방출된 광자에 의해서 그 신호 광이 증폭(광 파라메트릭 증폭)된다.

본 발명의 광 스위치는 이 광 파라메트릭 증폭을 이용함으로써 스위칭 효율이 비약적으로 향상된다. 여기서, 스위칭 효율이란, 입력 신호광 파워에 대한 출력 신호광 파워의 비를 의미한다. 즉, 본 발명에 따르면, 스위치 후의 신호광 성분의 출력 파워를 비약적으로 증대시키는 것이 가능하고, 이에 따라 광 S/N비의 열화가 매우 적은 고성능의 광 스위치가 실현된다.

여기서, 광 스위치(1)에 이용하는 비선형 광 파이버(14)의 길이를 「L」, 그 손실을 「α」로 한다. 또한, 비선형 광 파이버(14)의 입력 신호광 및 출력 신호광을 각각 「Es1」 및 「Es2」로 한다. 또한, 4광파 혼합에 대한 위상 정합 조건이 이상적인 상태인 것으로 하면, 스위칭 효율 ηs는 하기 수학식 1로 근사할 수 있다.

여기서, 「G」는 광 파라메트릭 이득이고, 하기 수학식 2로 근사할 수 있다.

여기서, 「Pp」는 비선형 광 파이버(14)에 입력되는 제어광 펄스의 피크 파워이다. 「L(L)」은 비선형 유효 상호 작용 길이이고, 「{1-exp(-αL)/α」로 표 현된다. 「γ」는 비선형 광 파이버의 3차 비선형 계수이고, 「ωn₂/cA_eff」로 표현된다. 또한, 「c」「ω」「n2」「A_eff」는 각각 광속, 광각 주파수, 비선형 굴절율, 유효 모드 단면적을 의미한다.

상기 수학식 1 및 수학식 2로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 비선형 광 파이버(14)에서의 신호광의 스위칭 효율은, 「γPpL(L)」이 크게 되면, 그에 따라 크게 된다. 또한, 비선형 광 파이버(14)의 특성 및 길이가 결정되면, 「γ」 및 「L(L)」이 고정치로 된다. 이렇게 하면, 스위칭 효율은 「Pp」와 함께 크게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 제어광 펄스의 피크 파워를 크게 하면, 광 파라메트릭 증폭에 의해 신호광의 스위칭 효율이 높게 된다.

광 스위치(1)에서는, 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도는 약 45도로 설정된다. 또한, 신호광 및 제어광 펄스의 편광 방향은 각각 편광 제어기(11, 13)에 의해 적절하게 설정된다.

그런데, 일반적으로, 4광파 혼합(즉, 광 파라메트릭 증폭)은 서로 작용하는 광파의 편광 방향이 서로 일치하고 있을 때에 발생 효율이 최대로 되고, 이들의 편광 방향이 서로 직교하고 있을 때에는 거의 발생하지 않는다. 따라서, 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도가 약 45도로 설정되면, 이들의 방향이 서로 일치하고 있을 때와 비교하여 발생 효율은 크게 저하된다. 그러나, 제어광 펄스와 동일 방향의 편광 성분을 제어 펄스와 동일 방향의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭하고, 이 편광 방향의 신호광 성분으로서 광 스위치된다.

한편, 신호광의 편광 방향은, 도 4의 (a)를 참조하면서 설명한 바와 같이, 제어광의 파워가 비교적 작은 경우에는, 상호 위상 변조에 의해 제어광 펄스의 파워에 따라 회전한다. 그리고, 신호광의 편광 방향의 회전량이 45도에 근접함에 따라 광 파라메트릭 이득에 의한 성분이 증대되어 간다. 또한, 그 회전량이 약 45도로 되면, 신호광 및 제어광 펄스의 편광 방향이 서로 일치하여, 광 파라메트릭 이득에 의한 성분이 최대로 된다. 이와 같이, 상호 광 위상 변조에 의한 신호광의 편광 상태의 변화는 제어광 펄스의 강도에 의존하지만, 종래의 광 Kerr 스위치에서 이용되어 온 상호광 위상 변조에 대해서도 본 발명의 효과를 저해하는 것은 아니다.

여기서, 비선형 광 파이버 내에서의 4광파 혼합에 의한 신호광의 증폭(즉, 광 파라메트릭 증폭)은 여기광으로서 공급되는 제어광 펄스에 의해서 신호광과 동일한 파장 성분이 새롭게 생성되는 현상이라고 생각된다. 또한, 본 발명의 광 스위치(1)에서는, 매우 높은 파워의 제어광 펄스가 비선형 광 파이버(14)에 공급된다. 이 때문에, 비선형 광 파이버(14)로부터 출력되는 신호광의 대부분은 4광파 혼합에 의해 새롭게 생성된 성분이다. 그런데, 이 4광파 혼합에 의해 새롭게 생성된 신호광 성분은 상호 위상 변조의 영향을 받지 않고, 상호 위상 변조에 의해 편광 방향이 변화하지 않는다. 즉, 편광 회전을 일으키지 않는다. 따라서, 제어광 펄스의 파워가 매우 강한 영역에서는, 비선형 광 파이버(14)에서 광 파라메트릭 증폭된 신호광의 편광 방향은 그 제어광 펄스의 편광 방향과 거의 동일한 방향으로 고정된다. 따라서, 본 발명의 비선형 광 파이버에 의해 스위치된 신호광은, 제어 광 펄스의 편광 방향과 거의 일치한 방향의 편광으로서 그 비선형 광 파이버로부터 출력된다. 이 스위칭은 종래의 광 Kerr 스위치와는 크게 다르다.

도 6은 본 발명의 광 스위치에 의한 스위칭을 설명하는 도면이다. 또한, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시하는 신호광에 대응하는 화살표의 방향 및 크기는 그 신호광의 편광 방향 및 진폭을 나타내고 있다. 또한, 신호광의 편광 방향은, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 편광자(15)의 편광 주축 방향에 대해서 직교하고 있다. 또한, 도 6의 (c)는 본 발명의 광 스위치에 의한 스위칭 동작을 모식적으로 도시하고 있다.

본 발명에서는, 제어광 펄스에 의한 광 파라메트릭 증폭에 의해, 비선형 광 파이버의 출력단에서, 신호광은 거의 제어광 펄스의 편광 방향을 향한 직선 편광으로서 출력된다.

제어광 펄스가 없는 기간은, 비선형 광 파이버(14)에서 광 파라메트릭 증폭 및 상호 위상 변조는 생기지 않는다. 이 때문에, 비선형 광 파이버(14)로부터 출력되는 신호광의 편광 방향은 그 입력단에서의 편광 방향과 동일하다. 즉, 출력 신호광의 편광 방향은 편광자(15)의 편광 주축 방향에 대해서 직교하고 있다. 따라서, 이 경우, 신호광은 편광자(15)에 의해 완전하게 차단된다.

한편, 제어광 펄스가 공급되면, 신호광은 광 파라메트릭 증폭됨과 함께, 도 4의 (a)를 참조하면서 설명한 바와 같이, 상호 위상 변조에 의해 신호광의 편광 방향은 회전한다. 그런데, 본 발명의 광 스위치(1)에서 사용하는 제어광 펄스의 파워는 매우 크다(예를 들면, 제어광 펄스의 피크 파워는 수 와트 정도). 이 때문 에, 신호광은 4광파 혼합에 기인하는 광 파라메트릭 증폭에 의해 증폭된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 이 광 파라메트릭 증폭의 효율은 제어광 펄스의 편광 방향과 신호광의 편광 방향이 서로 일치하였을 때에 최대로 된다. 또한, 특히 제어광의 편광 상태와 일치한 편광 상태의 신호광에 대해서, 4광파 혼합에 의해 새롭게 생성된 신호광 성분은 상호 위상 변조의 영향을 받지 않고, 상호 위상 변조에 의해 편광 방향이 변화하지 않는다. 따라서, 비선형 광 파이버(14)에서 광 파라메트릭 증폭된 신호광의 편광 방향은, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제어광 펄스의 편광 방향과 거의 동일한 방향으로 고정되어, 종래의 광 Kerr 스위치와 같이 편광 방향이 90도를 초과하는 각도까지 회전하지 않는다.

여기서, 비선형 광 파이버(14)의 입력단에서의 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도는 약 45도로 설정되어 있다. 또한, 출력 신호광의 편광 방향과 편광자(15)의 편광 주축 방향 사이의 각도도 약 45도이다. 따라서, 비선형 광 파이버(14)로부터 출력되는 신호광의 파워의 약 50 퍼센트(=(1/√2)²)가 편광자(15)를 통과한다.

이와 같이, 본 발명의 광 스위치(1)에서는 신호광의 파워는 편광자(15)를 통과할 때에 약 절반으로 된다. 그러나, 신호광의 파워는 비선형 광 파이버(14)에서의 광 파라메트릭 증폭에 의해, 편광자에서의 손실을 충분히 보상할 수 있도록 증폭하는 것이 가능하다. 따라서, 광 스위치(1)로부터 출력되는 신호광의 파워는, 편광자(15)에서 손실이 발생하지만, 입력 신호광의 파워에 비해 충분히 커서, 스위 칭 효율은 대폭 개선된다. 여기서, 종래의 광 Kerr 스위치의 스위칭 효율은 최대이어도 1이기 때문에, 본 발명에 따른 효율의 개선 효과는 현저하다. 또한, 종래의 4광파 혼합 스위치의 경우의 스위칭 효율은 「{γPpL(L)}²」으로, 본 발명의 광 스위치는 이것을 상회한다. 또한, 효율의 개선 이외에도, 본 발명은 파장 시프트를 수반하지 않는다고 하는 점에서, 종래의 4광파 혼합 스위치에 없는 특성을 갖고 있다.

도 7은 본 발명의 광 스위치 및 기존의 광 Kerr 스위치의 동작 영역을 설명하는 도면이다. 기존의 Kerr 스위치에서는 입력 신호광의 편광 방향을 90도 회전시킬 정도의 작은 제어광 펄스가 사용된다. 이 때문에, 광 파라메트릭 증폭은 생기지 않고(또는, 거의 생기지 않고), 신호광의 편광 상태 및 편광 주축 방향은 제어광 파워에 의존하여 변화해 간다. 또한, 출력 신호광의 최대 파워는 입력 신호광의 파워를 초과하지 않는다. 즉, 기존의 Kerr 스위치의 스위칭 효율은 1 이하이다.

이에 대해서, 본 발명의 광 스위치(1)에서는 기존의 Kerr 스위치에 비해 훨씬 강한 파워의 제어광 펄스가 사용된다. 이 때문에, 비선형 광 파이버(14)에서는, 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭이 제어광 펄스의 편광 방향으로 생기고, 제어광의 파워가 비교적 작은 영역에서는, 상호 위상 변조에 의한 신호광의 편광이 회전하여, 신호광의 편광 방향이 점차로 제어광의 편광 방향에 가까이 감에 따라, 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭이 생겨, 신호광의 편광 방향이 제어 광의 편광 방향에 가까운 상태로 고정됨과 함께, 출력 신호광의 파워는 제어광의 파워의 대략 제곱에 비례하여 증가해 가서 입력 신호광의 파워보다도 크게 된다. 즉, 제어광 펄스의 피크 파워를 적절하게 선택함으로써, 1 이상의 스위칭 효율이 얻어진다. 바꿔 말하면, 본 발명의 광 스위치(1)는 광 증폭기의 기능을 갖는 광 스위치이다. 또한, 종래의 기술에서는, 파장 시프트를 수반하지 않는 상태에서의 광 스위치에서 광 앰프 기능을 갖는 것은 존재하지 않았다.

또한, 본 발명의 광 스위치(1)에서는 초기 설정 시의 신호광의 편광 상태가 편광자와 직교하고 있다. 이 때문에, 통상의 스위치에서는 파장 변환없이는 실현할 수 없지만, 본 발명의 광 스위치(1)에서는 오프 신호(제로 레벨)를 매우 높은 소광비로 억압할 수 있다. 즉, 광 스위치(1)에 의하면, 온 신호(1 레벨)에 대해서는 광 파라메트릭 이득에 의해 입력 신호광보다도 높은 레벨의 신호를 출력할 수 있고, 오프 신호(제로 레벨)에 대해서는 항상 편광자의 소광비를 이용한 양호한 억압 효과를 실현할 수 있다. 따라서, 스위칭 후의 신호광은 양호한 소광비 및 S/N비(또는, 양호한 신호 재생 효과)가 얻어진다.

또한, 본 발명의 광 스위치(1)에서는 비선형 광 파이버 내의 상호 위상 변조 및 4광파 혼합을 포함하는 광 Kerr(3차 비선형 광학) 효과를 이용하지만, 이들의 비선형 효과는 어느 것이나 펨트 초 오더의 응답 속도를 갖는 매우 고속의 현상이다. 따라서, 본 발명은 비트 레이트나 펄스형 형상에 의존하지 않는 트랜스페어런트한 스위칭 특성을 가짐과 함께, 테라 bps 레벨의 초고속 신호에의 적용이 가능하다.

또한, 상술한 실시예에서는 신호광의 편광 방향과 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도를 약 45도로 하였지만, 여러 가지 설정 조건에 따라 가장 효율이 높은 다른 각도로 적절하게 조정하는 것도 가능하다. 단, 상기 각도는 실험 및 시뮬레이션에 의해, 비선형 광 파이버의 입력단에서 약 40도∼약 50도인 것이 바람직하다. 이 각도가 너무 크면, 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭이나 상호 위상 변조에 의한 신호광의 편광 회전이 일어나기 어렵게 되어 바람직하지 않다. 또한, 이 각도가 너무 작으면, 편광자(15)에서의 손실이 크게 되어 바람직하지 않다.

다음에, 광 스위치(1)의 실시 형태에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 광 스위치를 이용하여 광 2R 재생을 행하는 실시 형태이다. 또한, 여기서 「광 2R」이란, 타이밍 재생(Re-timing) 및 진폭 재생(Re-amplification)을 말한다.

도 8에서, 주회로(100)는 도 1에 도시하는 편광 제어기(11, 13), 비선형 광 파이버(14), 편광자(15), 광 대역 통과 필터(16)에 상당한다. 또한, 제어광 펄스 생성부(12)는 도 3에 도시하는 클럭 재생부(22)를 구비하고, 입력 신호광으로부터 재생한 클럭을 이용하여 제어광 펄스를 생성한다.

입력 신호광은 2 분기되어 파형 정형기(101) 및 제어광 펄스 생성부(12)에 공급된다. 파형 정형기(101)는, 도 9의 (a)에 도시하는 신호광의 파형을, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 그 피크가 평탄한 광 펄스로 변환한다. 그리고, 그 광 펄스가 주회로(100)에 입력된다. 한편, 제어광 펄스 생성부(12)는 신호광이 전파하는 신호의 비트 레이트에 상당하는 기준 주파수(또는, 그 기준 주파수의 정수배 또는 정수분의 1)의 제어광 펄스를 생성한다. 그리고, 주회로(100)는 이 제어광 펄스를 이용하여, 파형 정형기(101)에 의해 그 파형이 정형된 신호광 펄스로부터 신호를 재생(광 2R 재생)한다.

그런데, 신호의 비트 레이트가 높게 되면(예를 들면, 160Gb/s), 편파 분산이나 광 증폭기에 의해 부가되는 노이즈 등의 영향에 의해 데이터 펄스의 타이밍 변동(즉, 지터)이 발생한다. 예를 들면, 도 9의 (a)에 도시하는 예에서는, 주기 T1, T2, T3가 서로 다르다. 그러나, 도 8에 도시하는 광 2R 재생에서는, 이 지터가 신호 펄스의 평탄 영역의 범위 내이면, 제어광 펄스로 재생됨으로써 지터가 억압된다. 즉, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 주기 T1, T2, T3는 거의 일정하게 된다. 또한, 주회로(100)에서의 광 파라메트릭 증폭에 의해, 재생된 신호광의 진폭은 충분히 크다. 또한, 주회로(100)로부터 출력되는 신호광의 주파수(파장)은 입력 신호광의 주파수(파장)와 동일하다.

또한, 파형 정형기(101)에 의한 파형 정형은 예를 들면 비선형 처프를 이용하는 방법, 정편파 파이버 중의 2개의 편광 주축 방향의 군 속도 분산의 차를 이용하는 방법(상술한 비특허 문헌 1 및 2 참조), 이득 포화 앰프를 이용하는 방법, 광 변조기를 이용하는 방법, 신호광을 O/E 변환한 후에 전기적인 신호 처리를 할 때에 그 신호 처리를 이용하여 광 변조하는 방법 등에 의해 실현 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 광 스위치를 이용하여 도 8에 도시하는 광 2R 재생을 행하면, 시간 축 방향의 변동이 억압되므로, 수신 장치에서 편파 분산 보상기 등을 필요로 하지 않는 것이 가능하다.

도 10은 광 2R 재생의 다른 실시 형태이다. 도 10에서, 제어광 펄스 생성부(102)는, 기본적으로는 도 1 또는 도 3에 도시한 제어광 펄스 생성부(12)와 동일하다. 단, 제어광 펄스 생성부(102)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 펄스 폭이 충분히 작은 제어광 펄스를 생성한다. 즉, 제어광 펄스 생성부(102)에 의해 생성되는 제어광 펄스의 펄스 폭 Wc는 지터의 영향을 받지 않는 신호광 펄스의 반값 폭 Ws보다도 작다.

이러한 제어광 펄스를 이용하여 광 2R 재생을 행하면, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한 구성과 마찬가지로, 시간 방향의 변동을 억압 가능하다. 즉, 광 파이버 전송 등에서 신호광에 부가된 시간 변동(예를 들면, 편파 모드 분산 등에 의한 변동)을 억압 가능하다. 따라서, 수신기 또는 광 중계 장치에서 상술한 광 2R 재생을 행하도록 하면, 복잡한 편파 모드 분산 보상기를 이용하지 않고, 편파 모드 분산을 억압하여 수신 특성이나 전송 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 신호광 펄스보다도 시간 폭이 좁은 제어광 펄스를 생성할 때에, 제어광 펄스 생성부(102)에서 신호광의 비트 레이트보다도 저속의 광 클럭 펄스를 생성한 후, 이 광 클럭 펄스를 시간 다중(OTDM)함으로써 원하는 주파수의 제어광 펄스를 생성하도록 하여도 된다. 예를 들면, 신호광의 비트 레이트가 160Gb/s였을 때에, 10GHz 또는 40GHz의 광 클럭 펄스를 생성한 후, 이것을 다중화하여 160GHz의 제어광 펄스를 생성하도록 하여도 된다.

또한, 극히 좁은 펄스 폭의 펄스를 생성하는 기술은, 모드 로크 레이저를 이 용하는 방법, EA(Electro-Absorption) 변조기 또는 LN(LiNbO₃) 강도/위상 변조기에서 재생광 클럭 신호를 이용하여 변조를 행하는 방법, 재생한 광 펄스를 선형 처프시킨 후에 광 파이버를 이용하여 펄스 압축하는 방법, 솔리톤 단열 압축 효과를 이용하는 방법, 선형 처프한 광 펄스의 스펙트럼의 일부를 대역광 필터로 추출하는 방법, 2차 및 3차 비선형 광학 효과를 이용하는 광 스위치를 이용하는 방법, 간섭기형 광 스위치를 이용하는 방법 등에 의해 실현된다.

도 12는 광 스위치가 통신 시스템의 수신 장치에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면이다. 여기서는, 송신기(31)로부터 송신되는 신호광은 시분할 다중된 복수의 채널을 반송하는 것으로 한다. 예를 들면, 신호광에 따라 전파되는 신호의 비트 레이트는 160Gbps이고, 4개의 40Gbps의 채널이 시분할 다중되어 있다. 한편, 수신기(32)는 신호광으로부터 소정의 채널의 신호를 수신한다.

광 스위치(1)는, 신호광에 의해 전파되는 신호로부터, 수신기(32)가 수신할 채널의 신호를 추출한다. 즉, 광 스위치(1)는 DEMUX 장치로서 동작한다. 예를 들면, 도 2에서, 신호광에 의해 신호 s1, s2, s3, …이 전파되어 있고, 수신기(32)가 수신할 채널로서 신호 s1, s5, …가 송신되어 있을 때에는, 광 스위치(1)는 제어광 펄스 p1, p2, …를 비선형 광 파이버(14)에 공급한다. 그 결과, 신호광으로부터 신호 s1, s5, …가 추출된다. 이 때, 이 추출되는 신호는 광 파라메트릭 증폭되어 있다. 또한, 제어광 펄스가 생성되지 않는 기간은 광 스위치(1)의 출력은 소광 상태이다. 따라서, 양호한 소광비 및 S/N비가 실현된다.

도 13의 (a)는 광 스위치가 통신 시스템의 중계 노드에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면이다. 여기서, 송신기(31)로부터 송신되는 신호광은 도 12에서 설명한 신호광과 동일한 것으로 한다. 광 중계 노드(41)는 광 분기 디바이스(42)를 구비하고, 광 전송로(1)를 통하여 수신한 신호광을 그대로 광 전송로(2)에 출력함과 함께, 그 분기광을 광 스위치(1)에 유도한다. 광 스위치(1)는 신호광이 전파하는 복수의 채널의 중의 소정의 채널을 추출하여 광 전송로(3)에 유도한다. 즉, 광 중계 노드(41)는 시분할 다중되어 있는 복수의 채널 중의 소정의 채널을 드롭한다.

마찬가지로, 본 발명에 따라 2개의 광 신호를 시분할 다중(OTDM), 또는 시간적인 광 ADD 회로도 실현 가능하다. 이 구성을 도 13의 (b)에 도시한다.

광 전송로(1)를 통하여 입력되는 신호광(1)은 본 발명의 광 스위치(1a)에 유도된다. 광 스위치(1a)에는 신호광(1)에 의해 전송되는 신호의 비트 레이트와 동일한 레이트이며 all 1 패턴의 제어광 펄스가 공급된다. 이에 따라, 광 스위치(1a)는 신호광(1)을 그대로 증폭하여 출력한다. 한편, 광 전송로(2)를 통하여 입력되는 신호광(2)은 본 발명의 광 스위치(1b)에 유도된다. 광 스위치(1b)에는 신호광(2)에 의해 전송되는 신호의 일부 또는 전부를 선택하기 위한 제어광 펄스가 공급된다. 이에 따라, 광 스위치(1b)는 신호광(2)의 일부 또는 전부를 증폭하면서 선택하여 출력한다.

광 스위치(1a, 1b)의 출력은 광 커플러에 의해 다중화되어 광 전송로(3)에 유도된다. 이에 따라, 신호광(1) 및 신호광(2)(또는 그 일부)을 시분할 다중한 신호광(3)이 얻어진다. 또한, 광 스위치(1a, 1b)와 광 커플러 사이에 신호광(1, 2) 의 위상을 맞추기 위한 제어계를 설치하도록 하여도 된다.

도 14는 본 발명의 광 스위치를 광 중계기에서 사용하는 광 전송 시스템을 도시하는 도면이다. 여기서는, 송신기(31)로부터 송신되는 신호광이 광 중계기(33)에 설치되어 있는 광 스위치(1)에 의해 증폭되어 수신기(32)까지 전송되는 것으로 한다. 또한, 제1 및 제2 전송로는 광 파이버이어도 되고, 무선 전송로이어도 된다.

전송로를 통하여 전파하는 광 신호는 그 전송 거리에 따라 감쇠하여, 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 소광비가 열화하고 있다. 또한, 신호광 펄스는 지터를 갖고 있다.

도 14에 도시하는 시스템에서, 광 스위치(1)가 도 8 또는 도 10에 도시한 광 2R 재생을 행하도록 하면, 상술한 바와 같이, 지터나 편파 모드 분산의 영향을 억압할 수 있다. 또한, 광 스위치(1)에서는, 제어광 펄스가 존재하지 않는 기간은 신호광은 전부 차단된다. 이 때문에, 전송 등에 의한 잡음 부가나 파형 열화에 의해 신호광이 「OFF」일 때의 광 파워가 상승한 경우에도(도 15의 (a) 참조), 소광비가 개선된 신호광을 재생할 수 있다(도 15의 (b) 참조).

또한, 도 8에 도시한 광 2R 재생에서는 신호광 펄스의 피크를 평탄화하였지만, 도 16에 도시한 바와 같이, 제어광 펄스의 피크를 평탄화할 수 있다. 이러한 구성으로 하면, 신호광의 펄스 폭이나 위상 정보에 영향을 주지 않는 증폭 중계가 가능하다. 또한, 이 구성은 도 12에 도시한 광 DEMUX, 도 13에 도시한 광 ADM, 또는 위상 변조나 주파수 변조된 신호광을 스위치하는 장치에 유효하다. 단, 제어광 펄스는 도 3에 도시하는 클럭 재생부(22)에 의해 입력 신호광으로부터 재생된 광 클럭을 이용함으로써, 신호광과 제어광 펄스가 서로 동기하고 있는 것이 바람직하다.

도 17은 광 스위치가 광 샘플링 오실로스코프에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면이다. 여기서, 관측 대상의 신호광에 의해 전파되는 신호의 비트 레이트는 「fs」이다. 그리고, 이 신호광이 광 스위치(1)에 입력된다.

샘플링 펄스 발생기(51)는 클럭 재생기를 구비하고, 입력 신호광의 분기광으로부터 기준 클럭 신호를 재생한다. 이 기준 클럭 신호의 주파수(즉, 샘플링 레이트)는 「f's」이다. 그리고, 이 기준 클럭 주파수와 근사하게 다른 주파수 「f's+△fs (단, △fs≪f's)」에 동기한 광 펄스열을 펄스 광원을 이용하여 생성한다. 이 광 펄스열은 도 1 등을 참조하면서 설명한 제어광 펄스로서 광 스위치(1)에 공급된다. 또한, 광 샘플링 오실로스코프에서는 통상적으로 전기 회로를 간단히 하기 위해, 저속의 샘플링 레이트 「예를 들면, f's=fs/N(N=1, 2,… )」가 사용된다. 이 때, N≥2의 경우에는 f's인 광 신호의 주파수를 N분의 1로 할 수 있다. 즉, 전기 회로의 처리 속도를 저속화할 수 있어, 전기 회로의 설계나 제조를 간단히 할 수 있다. 또한, N=1에 근접할수록 샘플링 신호 수가 증가하기 때문에, 보다 선명한 파형 정보를 얻을 수 있지만, 고속의 전기 회로를 필요로 한다.

광 스위치(1)는, 제어광 펄스의 피크 타이밍마다, 신호광의 광 강도에 비례한 광 펄스를 출력한다. 또한, 수광기(52)는 광 스위치(1)로부터의 출력되는 광 펄스를 순차적으로 전기 신호로 변환한다. 오실로스코프(53)는 수광기(52)에 의해 얻어지는 전기 신호를 시간 방향으로 트레이스함으로써, 신호광에 의해 전파되는 신호의 파형을 검출한다. 이 때, 입력 신호와 「N×f's」의 주파수 차가 「△fs」이므로 입력 신호의 변조 속도보다도 충분히 느린 샘플링 레이트 「fs/N」를 설정함으로써, 신호 파형은 신호광에 의해 전파되는 신호의 비트 레이트에 대해서 충분히 느린 주기 △fs로 검출된다. 오실로스코프의 전자 회로의 동작 속도 한계를 초과하는 초고속 펄스이어도, 그 파형을 관측할 수 있다. 또한, 광 스위치의 이득에 의해 신호광을 보다 높은 광 강도로 출력하는 것이 가능하여, 감도가 높은 광 샘플링 오실로스코프를 실현 가능하다. 또한, 광 샘플링 오실로스코프의 동작에 대해서는 예를 들면 특허 문헌 4 또는 특허 문헌 5에 개시되어 있다.

상술한 광 샘플링 오실로스코프는 초미세 가공된 소자의 표면 또는 내부 구성을 조사하거나, 각종 재료를 분석하는 데 이용할 수 있다. 즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 신호광 펄스를 피측정물에 입력하고, 그 반사광 또는 투과광을 관측하면, 피측정물의 내부 상태의 비일양성 또는 표면 형상의 왜곡에 따라, 반사광 또는 투과광의 펄스 파형이 붕괴되게 된다. 이 때, 신호광 펄스의 시간 폭이 짧을수록, 반사광 또는 투과광의 펄스 파형은 붕괴되기 쉽게 되고, 그 결과, 피측정물의 비일양성 또는 왜곡 등이 관측하기 쉽게 된다.

도 19는 본 발명의 광 스위치를 이용한 재료 분석 장치의 실시예이다. 도 19에서, 주회로(61)는 도 17에 도시하는 광 스위치(1) 및 샘플링 펄스 발생기(51)에 상당한다. 또한, O/E 변환기(62) 및 해석 장치(63)는 각각 도 17에 도시하는 수광기(52) 및 오실로스코프(53)에 상당한다.

이 재료 분석 장치에서는 상술한 신호광으로서 단 펄스의 프로브광이 사용된다. 그리고, 우선, 이 프로브광을 직접적으로 주회로(61)에 입력함으로써, 그 파형을 관측한다. 계속해서, 이 프로브광을 피측정물에 입력하고, 피측정물로부터 출력되는 측정광(반사광 또는 투과광)을 주회로(61)에 입력함으로써, 그 측정광의 파형을 관측한다. 그리고, 2개의 파형을 비교함으로써 피측정물의 표면 또는 내부의 상태를 조사할 수 있다.

측정광은, 반사광 또는 투과광으로 한정되는 것은 아니고, 프로브광을 입력함으로써 피측정물이 발광할 경우에는 그 광을 관측하도록 하여도 된다. 이 경우, 매우 단시간에 미약한 광을 발광하는 현상에서도, 광 스위치(1)가 제공하는 높은 시간 분해능 및 양호한 광 증폭 특성에 의해, 이 발광을 고정밀도로 관측할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 재료 분석 장치는 피측정물의 물리적 특성의 해석에 크게 기여한다.

또한, 본 발명을 적용 가능한 파장은, 광 통신용의 1.55㎛대는 물론, 본 발명에 필요로 되는 비선형 광학 효과가 실현 가능한 모든 파장 대역에서 임의로 사용할 수 있다. 여기서, 비선형 매질로서 광 파이버를 이용할 경우에는, 예를 들면 실현 가능한 파장 대역에서 단일 모드 파이버가 사용된다. 또한, 광 파이버로서는 실리카계 파이버로 한정되는 것은 아니고, 포토닉 결정 파이버 또는 비스무트 치환 파이버 등의 비선형 효과를 높인 광 파이버가 유효하다. 특히, 포토닉 결정 파이버를 이용하면, 파장 분산이 유연한 설계가 가능하여, 가시광 영역으로부터 0.8㎛ 정도까지의 파장 영역에서 비선형 광 파이버가 실현 가능하다고 하는 보고예(비특 허 문헌 4)도 있고, 또한, 보다 짧은 파장 영역도 이용 가능성이 있다.

다음에, 본 발명의 광 스위치에서의 파장 배치, 및 스위칭 파장의 광대역화에 대해서 설명한다.

본 발명의 광 스위치(1)는 비선형 광 파이버 내의 상호 위상 변조에 의한 편광 회전 및 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭의 양쪽을 이용한다. 여기서, 이들의 비선형 광학 효과는 매우 고속이고 또한 매우 광대역에 걸쳐 얻어진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 광 통신 시스템 등에서 이용되는 파장 대역에 배치되는 모든 신호광에 대해서 스위칭을 행할 수 있다.

광 스위치(1)의 특성을 향상시키기 위해서는 4광파 혼합의 발생에 유리한 구성이 필요하다. 여기서, 4광파 혼합의 발생은 비선형 광 파이버의 파장 분산 특성에 강하게 의존한다. 또한, 비선형 광 파이버에 신호광 및 제어(여기)광이 입사되면, 4광파 혼합광(아이들러광)이 발생한다. 여기서, 신호광 및 제어광의 주파수를 각각 「fs」 및 「fp」로 하면, 아이들러광의 주파수는 「2fp-fs」로 된다. 그리고, 4광파 혼합을 효율적으로 발생시키기 위해서는 신호광과 아이들러광 사이에서 위상 정합이 취해져 있을 필요가 있다.

일반적으로 4광파 혼합에 의한 광 파라메트릭 증폭을 효율적으로 발생시키기 위해서는, 예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같이, 제어(여기)광의 파장을 비선형 광 파이버의 영 분산 파장 λ₀에 일치시키면 된다. 또한, 비선형 광 파이버로서 분산 플래튼 파이버(또는, 파장 분산의 충분히 작은 파이버)를 사용하도록 하여도 된 다. 단, 비선형 광 파이버의 길이 및 신호광과 제어광의 파장 차에 따라서는 이들 요건을 완화하는 것도 가능하다.

또한, 일반적으로 제어광의 중심 파장 부근의 파장 분산을 b₂로 하면, 신호광과 제어광의 파장 차에 의한 위상 부정합의 양은 「b₂×(2pfp-2pfs)²」이라고 견적할 수 있다. 따라서, 제어(여기)광의 파장을 비선형 파이버의 영 분산 파장에 일치시킨 경우(b2=0)에는, 이 파장 분산에 의한 위상 부정합량을 거의 제로로 하는 것이 가능하다. 그러나, 본 발명과 같이, 제어광의 강도가 높은 경우에는 SPM이나 XPM 등의 비선형 효과에 의한 비선형 위상 변조에 의한 위상 부정합분을 고려하여, 전체의 파장 배치를 최적화하는 것도 유효하다. 비선형분을 고려할 경우의 위상 부정합량은 대략 「b₂×(2pfp-2pfs)²+2γP_p」라고 견적할 수 있기 때문에, 이 값을 최소로 하도록 설정하는 것이 좋다. 여기광의 파장을 비선형 파이버의 이상 분산측에 배치하여, 「b₂<O」로 되도록 하는 방법을 생각할 수 있다.

도 21은 신호광 및 제어광의 파장 배치의 일례를 도시하는 도면이다. 여기서는, 이용 가능한 2개의 파장 대역이 존재하는 경우를 생각한다. 2개의 파장 대역이란, 예를 들면 가시광 대역과 적외 대역, 또는 광 통신용의 C 밴드(1530nm∼1565nm)와 L 밴드(1568nm∼1610nm)에 상당한다.

이러한 2개의 파장 대역이 존재하는 경우, 도 21의 (a)에 도시한 바와 같이, 신호광은 한쪽 대역(대역 1)에 배치되고, 제어광 펄스는 다른 쪽 대역(대역 2)에 배치된다. 본 발명의 광 스위치(1)는 신호광을 스위칭할 때에 파장 변환을 수반하지 않는다. 따라서, 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 출력되는 신호광의 파장은 입력 신호광의 파장과 동일하고, 대역 1에 배치된다.

그런데, 일반적으로, 광 통신 시스템에서는, 광 앰프, 광 필터, 수광기, 광전 변환된 신호를 증폭하기 위한 전자 회로 등이 설치되어 있지만, 특히 광학적인 측정 툴은 고가이고, 이들을 파장 대역마다 준비하는 것은 코스트를 상승시키는 요인으로 된다. 그러나, 상술한 파장 배치를 도입하면, 스위칭 처리를 행하고자 하는 파장 대역 내에 배치되는 모든 신호광을 1조의 툴로 스위치할 수 있다. 또한, 일반적으로 스위칭 처리 후의 신호광을 제어광 또는 다른 광으로부터 분리하여 추출하기 위해서는, 광 필터(예를 들면, 도 1에 도시하는 광 대역 통과 필터(16))가 사용된다. 이 때, 상기 파장 배치를 도입하여, 예를 들면 C 밴드/L 밴드의 각각의 대역에서 동작하는 광 앰프를 이용하면, 신호광이 배치되는 한쪽 대역 내의 광을 선형 증폭할 수 있음과 함께, 제어광 펄스가 배치되는 다른 쪽 대역의 광을 컷트할 수 있다.

또한, 본 발명의 광 스위치(1)에서, 제어광 펄스의 파장은 신호광의 파장과 다를 필요가 있다. 그런데, 유저에 따라서는 제어광 펄스를 얻기 위한 제어광의 파장을 준비하는 것이 곤란한 경우도 있다. 예를 들면, 광 통신에서 가장 일반적인 C 밴드에 배치되어 있는 신호광을 스위칭할 때에, 밴드에 배치되는 제어광 펄스를 준비할 수 없는 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우에는, 예를 들면 C 밴드 내의 광을 L 밴드 내의 광으로 변환함으로써 L 밴드에 배치되는 제어광 펄스를 생 성하는 구성이 유효하다.

도 22는 제어광 펄스의 파장을 변환하는 기능을 구비한 광 스위치의 구성을 도시하는 도면이다. 여기서는, 4광파 혼합을 이용한 파장 변환 기능을 갖는 구성에 대해서 설명한다.

도 22에서, 제어광 펄스 생성부(71)는 C 밴드 내의 파장 λc1을 갖는 제어광 펄스(1)를 생성한다. 파장 변환기(72)는 광원(73) 및 비선형 광 파이버(74)를 구비한다. 광원(73)은 L 밴드 내의 파장 λp를 갖는 프로브광을 생성한다. 프로브광은 연속 발진광 또는 광 펄스열이다. 그리고, 도 23의 (a)에 도시한 바와 같이, 제어광 펄스(1) 및 프로브광이 비선형 광 파이버(74)에 입력된다. 이렇게 하면, 도 23의 (b)에 도시한 바와 같이, 비선형 광 파이버(74)에서 4광파 혼합에 의해 제어광 펄스(2)가 생성된다. 여기서, 제어광 펄스(2)의 파장 λc2는, 「λc2-λc1~λc1-λp」를 만족하도록 하는 파장이다. 따라서, 프로브광의 파장을 적절하게 설정하면, C 밴드 내의 제어광 펄스(1)로부터 L 밴드 내의 제어광 펄스(2)를 얻을 수 있다.

밴드 패스 필터(75)는 파장 λc2를 통과시킨다. 따라서, 도 23의 (c)에 도시한 바와 같이, L 밴드 내의 파장을 갖는 제어광 펄스를 생성할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 비선형 광 파이버(74)의 출력을 증폭하기 위한 광 앰프를 구비하도록 하여도 된다.

상술한 실시예에서는 4광파 혼합을 이용하여 파장 변환 기능이 제공되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 예를 들면, 3광파 혼합을 이용 하는 방법, 상호 위상 변조를 이용하는 방법, 자기 위상 변조를 이용하는 방법, 의사 위상 정합 구조의 LiNbO₃ 변조기를 이용하는 방법, 반도체 광 증폭기를 이용하는 방법, 과포화 흡수형 변조기를 이용하는 방법, 간섭형 광 스위치를 이용하는 방법, 포토닉 결정 등의 디바이스를 이용하는 방법, 수광 소자를 이용하여 광 신호를 전기 신호로 변환하면서 그 전기 신호로 광 변조기를 변조하는 방법에 의해 파장 변환을 행하도록 하여도 된다.

또한, 본 발명은 동일 대역 내에 신호광 및 제어광 펄스의 양쪽이 배치되는 구성에도 적용 가능하다. 단, 2개의 펄스의 광 스펙트럼이 서로 충분히 떨어져 있고, 이들이 서로 부적절한 간섭을 하지 않는 파장 배치로 할 필요가 있다. 신호광 및 제어광이 동일 파장 대역 내에 배치되는 경우, 위상 정합이 용이하고, 펄스의 Walk-off의 영향도 작게 되기 때문에, 보다 효율이 높은 광 스위칭이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 광 스위치는 복수의 파장이 다중화된 WDM광을 일괄하여 스위칭하는 것도 가능하다. 단, WDM광을 일괄하여 스위칭하기 위해서는 WDM광의 각 채널의 신호가 서로 동기하고 있을 필요가 있다. 각 파장의 신호광의 타이밍을 비교한 후, 지연 회로 등을 이용한 광 버퍼링에 의해, 시간 조정하는 방법에 의한 동기법을 이용할 수 있다. 다만, 본 발명의 광 스위치를 이용한 오실로스코프(도 17 참조)로 WDM광을 각 채널의 신호 파형을 모니터할 때에는 각 채널의 신호는 서로 동기하고 있을 필요는 없다.

다음에, 광 스위치(1)에서 사용되는 비선형 광 파이버(14)의 실시예에 대해서 설명한다.

비선형 광 파이버(14)는 전체 길이 범위에 걸쳐 파장 분산의 편차가 일정값 이하인 것이 바람직하다. 또한, 비선형 광 파이버(14)로서는 예를 들면 포토닉 결정 파이버, 비스무트 치환 파이버(코어에 비스무트가 도프된 비선형 광 파이버), 게르마늄 치환 파이버(코어에 게르마늄이 도프된 비선형 광 파이버) 등의 비선형 효과를 높인 광 파이버가 유효하다. 또한, 게르마늄 치환 파이버는 코어와 클래드의 굴절율비를 적절하게 조정하여 단위 길이당 3차 비선형 광학 효과의 발생 효율을 높인 구조의 것이 현재 시점에서 최적이다.

비선형 광 파이버를 이용할 경우, 예를 들면 2개의 대역(예를 들면 C 밴드 및L 밴드)를 커버하는 충분히 넓은 대역에 걸쳐 4광파 혼합을 실현하는 위해서는, 상술한 바와 같이, 신호광(파장 λs)과 아이들러광(파장 λc)의 위상 정합을 취할 필요가 있다. 위상 정합을 취하기 위한 조건은, 예를 들면 특허 문헌 1 또는 특허 문헌 2에 개시되어 있다.

일례로서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 파장 분산이 플러스인 광 파이버와 파장 분산이 마이너스인 광 파이버를 교대로 배치함으로써, 전체적으로 평균 분산으로 영으로 되는 비선형 광 파이버를 얻도록 하여도 된다. 또한, 비선형 효과가 충분히 큰 광 파이버(예를 들면, 비스무트 치환 파이버)를 사용할 경우에는, 그 파이버 길이가 짧아도 충분한 효율의 4광파 혼합을 발생시킬 수 있다. 단, 이러한 광 파이버는 일반적으로 파장 분산이 크다. 따라서, 이 경우, 분산 보상 파이버 등을 이용하여 그 분산을 보상하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 24에서, N=1, 3, 5, …의 부분에 비선형 효과가 큰 광 파이버를 배치하고, N=2, 4, 6, …의 부분에 대응하는 비선형 광 파이버의 분산을 보상하기 위한 파이버를 배치하도록 하여도 된다.

또한, 본 발명의 광 스위치(1)에서, 비선형 광 파이버 대신에 다른 비선형 광학 매질을 사용할 수 있다. 다른 비선형 광학 매질로서는, 예를 들면 4광파 혼합용의 반도체 광 앰프, 양자 도트 광 앰프, 또는 3광파 혼합용의 의사 위상 정합 구조를 갖는 LiNbO₃도파로(Periodically Poled LN)를 사용할 수 있다.

또한, 제어광 펄스는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 반도체 레이저, 파이버 모드 로크 레이저, 과포화 흡수형 광 변조기, LiNbO₃ 등의 도파로형 변조기 등을 사용하여 생성할 수 있다.

또한, 도 1에 도시하는 광 스위치(1)의 입력측에, 신호광을 증폭하는 광 증폭기 및 그 광 증폭기의 출력광으로부터 자연 방출(ASE)광을 제거하는 광 필터를 더 설치하도록 하여도 된다.

다음에, 본 발명을 광 통신 시스템에 적용한 실시예에 대해서 설명한다. 이하에서는, 송신기(31)로부터 송신되는 광 신호가 광 중계기(또는 광 증폭 중계기)(81)를 경유하여 수신기(32)에 전송되는 것으로 한다. 그리고, 광 중계기(81)에서 광 신호의 파형을 모니터함으로써, 광 통신 시스템의 운용 상황을 감시 또는 제어한다.

이 경우, 도 25의 (a)에 도시한 바와 같이, 광 중계기(81)에 모니터 장치(82)가 접속되고, 제1 전송로를 통하여 전파되어 온 신호광의 일부가 모니터 장치(82)에 유도된다. 또한, 모니터 장치(82)는 광 중계기(81) 내에 설치될 수 있다. 모니터 장치(82)는, 예를 들면 도 17에 도시한 광 샘플링 오실로스코프와 동등한 모니터 기능을 갖고 있어, 신호광의 파형을 모니터할 수 있다. 또한, 모니터 장치(82)는 신호광의 파형을 평가하고, 그 평가 결과를 필요에 따라 송신기(31), 수신기(32), 다른 중계기, 및 네트워크 관리 시스템(Network Management System) 등(이후, 통합하여 통신 장치라고 부르는 경우가 있음) 중 적어도 어느 하나에 통지한다. 또한, 파형의 평가는, 예를 들면 아이 패턴의 개구를 수치화함으로써 얻어진다. 이에 따라, 적어도 하나의 통신 장치에서 통신을 제어할 수 있다.

또한, 도 25의 (b)에 도시한 바와 같이, 모니터 장치(82)에서 샘플링한 모니터 광 신호(도 17에 도시하는 광 스위치(1)로부터 출력되는 광 펄스 열)를 적어도 하나의 통신 장치로 송신하고, 그 적어도 하나의 통신 장치에서 파형을 평가하도록 하여도 된다. 이 때, 샘플링된 모니터 광 신호는 예를 들면 신호광에 중첩되어 전송된다. 그리고, 이 경우, 신호광 및 모니터 광 신호가 다중화된 광을 수광기에서 전기 신호로 변환한 후, 밴드 패스 필터에서 모니터 광 신호만을 추출하여 파형을 모니터한다. 또는, 광 중계기(81)에서 신호광을 일단 정지시키고, 모니터 광 신호만을 적어도 하나의 통신 장치로 송신하도록 하여도 된다. 또한, 샘플링된 모니터 광 신호는 제어광 펄스와 동등한 단 펄스이지만, 그 반복 주기는 예를 들면 수 MHz∼수 100MHz이고, 광 전송에서 광 파이버의 파장 분산 등에 의한 열화가 생기지만, 파형을 모니터하는 데 필요한 보상은 용이하다.

또한, 상술한 예에서는, 신호 파형의 평가 결과를 나타내는 정보 및 모니터 광 신호가 송신기 및/또는 수신기에 전송되지만, 다른 장치(예를 들면, 통신 시스템 전체를 관리하는 관리 서버 등)에 전송하도록 하여도 된다.

도 26은 본 발명을 비선형 광 루프 미러(NOLM : Nonlinear 0ptical Loop Mirror)에 적용한 예를 도시하는 도면이다.

도 26에서, 신호광은 분기비가 1 : 1인 광 커플러(91)에 의해, 서로 동일한 파워를 갖는 1조의 분기 신호광으로 분기된다. 그리고, 한쪽 분기 신호광은 비선형 광 루프 미러의 루프에 시계 방향으로 전파되고, 다른 쪽 분기 신호광은 그 루프에 반시계 방향으로 전파된다. 또한, 제어광 펄스는 루프의 도중에 설치되어 있는 광 커플러(92)에 의해 그 루프에 공급되어, 한 방향(이 예에서는, 시계 회전 방향)으로 전파된다. 여기서, 제어광 펄스는 비선형 광 파이버에서 광 파라메트릭 증폭이 생기는 데 충분한 파워를 갖는다. 따라서, 제어광 펄스가 존재하는 시간 영역에서는 시계 회전 방향으로 전파되는 분기 신호는 파라메트릭 증폭되어 출력된다. 한편, 제어광 펄스가 존재하지 않는 시간 영역에서는 시계 방향으로 전파되는 분기 신호광 및 반시계 방향으로 전파되는 분기 신호광이 상쇄되어, 출력은 대체로 제로로 된다.

비선형 광 루프 미러는, 광 Kerr 스위치와 마찬가지로, 제어광 펄스에 의한 상호 위상 변조에 의해 동기한 신호광을 스위치하는 것이 가능하다. 단, 제어광 펄스가 없는 경우의 신호광의 차단은, 서로 동일한 파워로 시계 회전 방향 및 반시 계 회전 방향으로 루프에 전파되는 신호광이, 서로 동일한 편광 상태로 광 커플러(91)로 되돌아와 온 경우의 간섭에 기인하는 전 반사에 의해 실현된다. 일반적으로, 제어광 펄스에 의한 상호 위상 변조에 의해서 π의 위상 시프트가 한 방향의 신호광에 공급되었을 때에 100퍼센트 투과(즉, 스위치)로 된다. 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 훨씬 높은 파워의 제어광 펄스를 이용하여 신호광을 파라메트릭 증폭한다. 이에 의해, 광 커플러에 의한 반사광은 증가하지만, 보다 높은 파워의 신호광을 스위치하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 도 1에 도시하는 바와 같은 편광 제어기, 비선형 광 파이버, 편광자를 포함하는 구성으로 한정되는 것은 아니고, 비선형 광 루프 미러에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명은 도 27에 도시하는 바와 같은 간섭계에도 적용 가능하다. 간섭계(예를 들면 마하젠더 간섭계)는 비선형 광학 매질(93)의 상호 위상 변조를 제어함으로써, 출력 포트(1)를 통하여 신호광과 동일한 신호를 출력함과 함께 출력 포트(2)를 통하여 신호광의 반전 신호를 출력하는 상태, 및 출력 포트(2)를 통하여 신호광과 동일한 신호를 출력함과 함께 출력 포트(1)를 통하여 신호광의 반전 신호를 출력하는 상태를 얻는다.

이 간섭계에 본 발명을 적용할 경우에는, 상술한 제어광 펄스를 이용하여 비선형 광학 매질(93)의 상태를 제어한다. 또한, 제어광 펄스의 광 파워는 비선형 광학 매질(93)에서 신호광이 광 파라메트릭 증폭될 정도로 충분히 강한 것으로 한다. 이렇게 하면, 제어광 펄스가 존재하는 시간 영역에서는 광 파라메트릭 증폭된 신호광이, 예를 들면 출력 포트(1)로부터 출력된다. 이 경우, 제어광 펄스가 존재하지 않는 시간 영역에서는 그 출력 포트(1)는 소광 상태로 된다. 즉, 간섭계이어도 도 1에 도시하는 구성과 동등한 광 증폭 스위칭이 기대된다.

이와 같이, 본 발명은 비선형 광학 매질을 포함하는 광 스위치로서 그 비선형 광학 매질에 신호광 및 제어광 펄스를 입력함으로써 신호광을 광 파라메트릭 증폭하는 것을 하나의 특징으로 하고 있고, 본 발명은 이와 같은 동작을 실현하는 모든 구성을 포함한다.

또한, 본 발명에 이용하는 증폭 효과로서는, 제어광 펄스로 여기 가능한 모든 비선형 증폭 효과도, 광 파라메트릭 증폭과 마찬가지로 이용 가능하다. 예를 들면 비선형 매질로서 광 파이버를 이용하여 라만 효과에 의한 비선형 광 증폭(라만 증폭)을 발생시키는 경우, 신호광보다도 약 12THz 고주파(약 100nm 단파장)의 광 펄스를 제어광으로 함으로써, 지금까지 설명해 온 실시예를 실현 가능하다. 단, 상호 위상 변조와 라만 증폭을 효율적으로 발생시키기 위해서는 신호광 펄스와 제어광 펄스 사이의 Walk-off를 작게 할 필요가 있다. Walk-off를 작게 하기 위해서는, 비선형 광 파이버의 파장 분산을 작게 함과 함께, 파장 분산의 슬로프를 극히 작게 하는(분산 플래튼 파이버화) 방법이나, 신호광 펄스와 제어광 펄스의 파장을, 비선형 광 파이버의 영 분산 파장에 대해서 대칭으로 배치하는 방법 등이 유효하다.

다음에, 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 증폭하면서 스위치하는 광 스위치에 대해서 설명한다. 또한, 상술한 실시예에서는 강도 변조된 신호광 을 스위치하는 광 스위치에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 광 스위치는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 스위치할 수도 있다.

도 28은 위상 변조된 신호광 및 주파수 변조된 신호광을 도시하는 도면이다. 여기서는, 1 심볼이 1 비트의 데이터를 반송하는 것으로 한다.

위상 변조 신호광은 RZ(Return-to-Zero)-PSK(Phase Shift Keying) 신호광으로, 데이터 신호에 따라 RZ 펄스열을 광 위상 변조함으로써 얻어진다. 여기서, RZ 펄스열은 각 심볼 사이에서 광 파워가 실질적으로 제로로 된다. 그리고, 도 28에 도시하는 예에서는 데이터 신호 「11001…」에 따라, 신호광의 위상이 「ππ 00π…」로 변화하는 위상 변조 신호광이 얻어지고 있다. 즉, 데이터가 「0」인 경우와 「1」인 경우 사이에서, 신호광의 위상이 상대적으로 「π」만큼 어긋나도록 변조가 행하여진다. 또는, 데이터가 「1」일 때에 직전의 비트와 동일한 위상을 할당하고, 데이터가 「O」일 때에 직전의 비트에 「π」를 가한 위상을 할당하도록 하여도 된다. 결국, 이들 위상 변조는 예를 들면 LiNbO₃ 변조기, 또는 비선형 매질 내의 상호 위상 변조(XPM)를 이용하는 방식에 의해 실현된다.

또한, 도 28에는, 위상 변조 방식으로서 1 심볼이 1 비트의 데이터를 반송하는 BPSK가 도시되어 있지만, 본 발명은 MPSK(M=2, 4, 8, 16, …)에 적용 가능하다. 예를 들면, 1 심볼이 2 비트의 데이터를 반송하는 QPSK는, 도 29에 도시한 바와 같이, 「00」, 「10」, 「11」, 「01」에 대해서 각각 「π/4」, 「3π/4」, 「5π/4」, 「7π/4」가 할당된다. 또한, CS(Carrier Suppress) RZ-DPSK 신호에도 적용 가능하다.

주파수 변조 신호광은 RZ-FSK(Frequency Shift Keying) 신호광으로서, 데이터 신호에 따라 RZ 펄스열을 광 주파수 변조함으로써 얻어진다. 도 28에 도시하는 예에서는 데이터 신호 「11001…」에 따라, 신호광의 주파수가 「f2, f2, f1, f1, f2, 로 변화하는 주파수 변조 신호광이 얻어지고 있다. 이러한 주파수 변조는 예를 들면 주파수 변환 효율이 우수한 반도체 레이저 등을 이용하여 행해진다. 또한, 위상 변조 신호광 및 주파수 변조 신호광은 예를 들면 광 헤테로다인 검파 방식 또는 광 호모다인 검파 방식으로 수신된다.

도 30의 (a)는 DPSK(Differential PSK) 신호광을 복조하는 복조 회로의 실시예이다. DPSK 방식에서는, 서로 인접하는 비트간의 위상차는 「0」 또는 「π」이다. 따라서, DPSK 신호광은 1 비트 지연 광 회로(111)를 이용하여 복조할 수 있다. 즉, 서로 인접하는 비트간의 위상차가 「0」이면, 입력 신호광과 1 비트 지연 신호광을 합성함으로써 얻어지는 신호는 「1(광 파워 있음)」이다. 한편, 서로 인접하는 비트간의 위상차가 「π」이면, 입력 신호광과 1 비트 지연 신호광을 합성함으로써 얻어지는 신호는 「O(광 파워 없음)」이다. 이에 의해, 위상 변조 신호광이 강도 변조 신호광으로 변환된다. 또한, 현재 광 도파로 기술의 진보에 의해 고정밀도의 1 비트 지연 광 회로가 실용화되어 있다. 그리고, 이와 같은 1 비트 지연 광 회로를 이용하여 위상 변조 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환하여 반송되어 온 신호를 검출하는 수신기가 개발되어 있다.

도 30의 (b)는 주파수 변조 신호광을 복조하는 복조 회로의 실시예이다. 여 기서는, 주파수 변조 신호광은 2개의 주파수 f1, f2를 포함하고 있는 것으로 한다. 이 경우, 주파수 f1을 투과하는 광 밴드 패스 필터(112-1) 또는 주파수 f2를 투과하는 광 밴드 패스 필터(112-2)를 이용함으로써, 주파수 변조 신호광을 강도 변조 광으로 변환할 수 있다. 또한, 주파수 변조 신호광은 패브리·페로 공진기 또는 간섭계 등을 이용하여 강도 변조 신호로 변환할 수도 있다.

도 31의 (a)는 변조 신호광을 증폭하면서 스위치하는 광 스위치의 실시예이다. 여기서, 광 스위치(200)는 도 1에 도시하는 편광 제어기(11, 13), 비선형 광 파이버(14), 편광자(15)를 포함하는 것으로 한다. 또한, 변조 신호광은 RZ 위상 변조 신호광 또는 RZ 주파수 변조 신호광이다. 또한, 제어광 펄스는, 변조 신호광으로부터 재생되는 클럭을 이용하여, 변조 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로부터 생성된다. 그리고, 광 스위치(200)에서, 제어광 펄스의 편광 상태(편광 방향)는 변조 신호광의 편광 상태(편광 방향)에 대해서 소정의 상태(예를 들면, 약 45도)로 설정된다. 또한, 광 스위치(200)의 동작은 기본적으로 도 1∼도 7을 참조하면서 설명한 대로이다.

이 실시예에서는, 제어광 펄스는, 도 31의 (b)에 도시한 바와 같이, 변조 신호광의 광 파워가 소정값 이상인 시간 영역에 걸쳐 일정한 강도를 갖는 평탄 형상의 펄스이다. 여기서, 소정값은 예를 들면 제로(실질적으로 제로)이지만, 다른 값(예를 들면 변조 신호광의 광 파워의 피크의 1/2)이어도 된다. 여기서, 제어광 펄스의 광 파워가 일정하면, 비선형 광 파이버(14)에서의 3차 비선형 광학 효과도 일정하게 된다. 따라서, 상술한 바와 같은 제어광 펄스를 사용하면, 변조 신호광 은 균일하게 파라메트릭 증폭된다. 즉, 변조 신호광의 각 펄스의 파형이 붕괴되지 않는다.

도 32는 변조 신호광을 스위치하는 광 스위치의 다른 실시예이다. 이 실시예에서는 제어광 펄스의 시간 폭은 변조 신호광의 광 파워가 소정값 이상인 시간 폭보다도 짧다. 또한, 이러한 제어광 펄스를 생성하는 방법 및 그 효과에 대해서는 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한 대로이다. 즉, 이 광 스위치에 의하면, 편파 모드 분산(PMD) 등에 기인하는 변조 신호광의 시간 변동이 억압되므로, PMD 보상기를 설치하지 않고서 수신 특성을 개선할 수 있다.

이와 같이, 도 31 또는 도 32에서는, 광 스위치(200)는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 강도 변조 신호로 변환하기 전에, 증폭하면서 스위치한다. 그리고, 광 스위치(200)의 출력은 도 30의 (a) 또는 (b)에 도시하는 복조기로 공급된다.

도 33은 본 발명의 광 스위치를 이용한 광 DEMUX의 실시예이다. 여기서는 RZ-DPSK 신호광 또는 RZ-FSK 신호광을 시간 분할 다중함으로써 얻어지는 신호광이 광 스위치(200)에 입력된다. 일례로서는, 4채널의 40Gbps 신호광이 다중화된 160Gbps의 다중 신호광이 광 스위치(200)에 입력된다. 그리고, 제어광 펄스는 이 신호광으로부터 클럭 재생함으로써 얻어져, 광 스위치(200)가 구비하는 비선형 광 파이버에 공급된다. 이 때, 제어광 펄스의 비트 레이트는 추출할 채널의 비트 레이트로 한다. 이에 의해, 다중 신호광으로부터 원하는 채널의 신호광이 추출된다. 또한, 도 31 및 도 32에 도시하는 실시예에서는, 본 발명에 따른 광 스위치는 변조 신호광을 복조하는 복조기의 전단에 설치되어 있지만, 본 발명의 광 스위치는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 강도 변조 신호로 변환하는 변환기의 후단에 설치되어 사용되도록 하여도 된다.

도 34의 (a)는 DPSK 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환한 후에 스위치하는 실시예이다. 이 경우, DPSK 신호광은, 도 30의 (a)를 참조하면서 설명한 바와 같이, 1 비트 지연 광 회로(111)를 이용하여 강도 변조 신호광으로 변환된다. 도 34의 (b)는 FSK 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환한 후에 스위치하는 실시예이다. 이 경우, FSK 신호광은, 도 30의 (b)를 참조하면서 설명한 바와 같이, 광 밴드 패스 필터(112-1)를 이용하여 강도 변조 신호광으로 변환된다. 이들의 구성을 도입하면, 전파로에서 신호광에 부가된 지터나 PMD가 억압됨과 함께 증폭되므로, 수신 특성이 향상된다.

본 발명의 광 스위치는, 도 17을 참조하면서 설명한 바와 같이, 광 샘플링 오실로스코프의 주요 부품으로서 이용할 수 있다. 여기서, 본 발명의 광 스위치를 도 34에 도시하는 구성에 적용함으로써, 강도 변조 신호 변환된 데이터 신호 광 파형을 관측 가능하다. 또한, 이 경우, 이 광 샘플링 오실로스코프는 도 35에 도시한 바와 같이 위상 변조광 또는 주파수 변조광의 파형을 관측하여도 된다. 이 경우, 아이 패턴을 관측하는 것은 할 수 없지만, 신호광의 S/N비나 잡음 분포라고 하는 신호광의 품질을 측정하는 것이 가능하다.

다음에, 편파 다이버시티를 이용한 광 스위치에 대해서 설명한다.

상술한 실시예의 광 스위치(1)에서는 비선형 광 파이버(14)의 전단에 편광 제어기(11)를 설치하여, 신호광의 편광 상태(편광 방향)를 편광자(15)의 편광 주축에 직교시키도록 제어하고 있다. 이에 대해서, 이하에 기재하는 광 스위치에서는 입력 신호광의 편광 상태를 제어하기 위한 편광 제어기를 구비할 필요는 없다.

도 36은 편파 다이버시티를 이용한 광 스위치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 36에서, 편광 분리기(301)는 입력 신호광을 서로 직교하는 제1 편광 신호(P편파 성분) 및 제2 편광 신호(S편파 성분)로 분리한다. 1조의 광 스위치(302-1, 302-2)는 각각 도 1에 도시하는 비선형 광 파이버(14), 편광자(15)를 포함하여 구성되고, 그 동작은 상술한 대로이다. 본 실시예에서는 각 광 스위치(302-1, 302-2)에는 편광 분리기(301)에 의해 소정의 편광 신호가 각각 입력되므로, 편광 제어기(13)를 생략하여도 된다. 제어광 펄스 생성부(303)는 입력 신호광의 파장과 다른 파장을 갖는 제어광을 생성하는 광원, 및 입력 신호광으로부터 클럭을 재생하는 클럭 재생기를 구비하고, 그 제어광으로부터 제어광 펄스(1) 및 제어광 펄스(2)를 생성한다.

광 스위치(302-1)에서, 제1 편광 신호 및 제어광 펄스(1)가 비선형 광 파이버(14)에 입력되고, 제1 편광 신호는 제어광 펄스(1)에 의해 파라메트릭 증폭된다. 마찬가지로, 광 스위치(302-2)에서는 제2 편광 신호는 제어광 펄스(2)에 의해 파라메트릭 증폭된다. 그리고, 광 스위치(302-1, 302-2)의 출력은 편광 다중기(304)에 의해 결합된다. 이에 의해, 입력 신호광의 편광 상태를 제어하지 않고, 그 신호광을 스위치할 수 있다.

또한, 광 스위치(302-1, 302-2)에서의 광 이득은 서로 일치하여 있을 필요가 있다. 여기서, 광 스위치(302-1, 302-2)에서의 광 이득은 각각 비선형 광 파이버(14)의 길이, 비선형 광 파이버(14)의 비선형 특성, 제어광 펄스의 광 파워의 곱에 비례한다. 또한, 편광 분리기(301)로부터 광 스위치(302-1)를 경유하여 편광 다중기(304)에 이르는 경로의 전파 지연, 및 편광 분리기(301)로부터 광 스위치(302-2)를 경유하여 편광 다중기(304)에 이르는 경로의 전파 지연을 서로 일치시킬 필요가 있다. 이 경우, 전파 지연은 광 지연 회로를 설치함으로써 조정 가능하다.

도 37은 도 36에 도시하는 광 스위치의 동작을 설명하는 도면이다. 도 37의 (a)는 광 스위치(302-1)의 상태를 도시하고, 도 37의 (b)는 광 스위치(302-2)의 상태를 도시하고 있다.

제1 편광 신호 및 제2 편광 신호는 상술한 바와 같이 서로 직교하고 있다. 그리고, 도 37의 (a)에 도시한 바와 같이, 제어광 펄스(1)의 편광 상태는 제1 편광 신호의 편광 상태에 대해서 45도 회전시킨 상태로 설정된다. 또한, 광 스위치(302-1)의 편광자(15)의 편광 주축은 제1 편광 신호의 편광 상태에 직교하도록 설정된다. 그 결과, 제1 편광 신호의 일부(광 스위치(302-1)의 비선형 광 파이버(14)에서 제어광 펄스(1)와 중복하는 부분)가 증폭되어 편광자(15)를 통과한다.

마찬가지로, 도 37의 (b)에 도시한 바와 같이, 제어광 펄스(2)의 편광 상태는 제2 편광 신호의 편광 상태에 대해서 45도를 회전시킨 상태로 설정된다. 또한, 광 스위치(302-2)의 편광자(15)의 편광 주축은 제2 편광 신호의 편광 상태에 직교 하도록 설정된다. 그리고, 제2 편광 신호의 일부(광 스위치(302-2)의 비선형 광 파이버(14)에서 제어광 펄스(2)와 중복하는 부분)가 증폭되어 편광자(15)를 통과한다.

도 38은 도 36에 도시하는 광 스위치의 변형예이다. 도 36에 도시하는 구성에서는 광 스위치(302-1, 302-2)의 출력을 광 신호대로 결합함으로써 출력 스위치 광을 얻고 있다. 이에 대해서, 도 38에 도시하는 구성에서는, 광 스위치(302-1, 302-2)로부터 출력되는 광 신호를 각각 수광기(305-1, 305-2)를 이용하여 전기 신호로 변환하여, 신호 다중기(306)에서 이들 전기 신호를 합성한다. 또한, 이 구성에서는, 가변 길이 전기 회로를 이용하여 2개의 경로의 신호의 타이밍을 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시에서는, 비선형 광 파이버(14)에 입력하는 신호광 및 제어광 펄스의 편광 상태를 소정(예를 들면, 서로 45도 기울였음)의 직선 편광으로 설정할 필요가 있다. 그리고, 이 설정은 예를 들면 도 39에 도시한 바와 같이 수광 소자(PD)(401)를 이용하여 편광자(15)로부터 출력되는 신호의 광 파워를 모니터하고, 그 광 파워가 최적으로 되도록 제어 회로(402, 403)가 각각 편광 제어기(11, 13)를 조정함으로써 실현된다. 여기서, 특히 제어광 펄스는 반복 주파수 f가 일정한 경우가 많다. 이 때문에, 제어광 펄스의 편광을 제어하는 피드백계에서는 주파수 f를 중심 주파수로 하여 투과하는 전기 대역 필터(404)를 이용하여 수광 소자(401)에 의해 얻어지는 전기 신호로부터 다른 주파수 성분(즉, 잡음)을 제거하는 것이 바람직하다. 이 필터를 설치함으로써 검출 감도가 향상된다.

또한, 도 39에는 광 스위치의 출력측에 설치되는 편광자(15)의 출력을 모니터하는 구성을 도시하였지만, 비선형 광 파이버(14)에 입력되는 신호광 및 제어광 펄스를 각각 모니터하고, 그 모니터 결과에 따라 편광 제어기(11, 13)를 조정하도록 하여도 된다.

(제1 실시예)

도 40은 본 발명의 광 스위치의 특성을 테스트하기 위한 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 테스트 환경은 하기대로이다.

고 비선형 파이버 HNLF는 도 1에 도시한 비선형 광 파이버(14)에 상당하고, 길이가 20m, 3차의 비선형 계수 γ가 20.4W^-1km^-1, 영 분산 파장 λ₀가 1579nm, 그리고 분산 슬로프가 0.03ps/nm²/km이다. 제1 모드 로크 파이버 레이저(MLFL1)는 C 밴드 내의 파장 λs에서 10GHz의 광 펄스열을 생성하고, 그 광 펄스열은 LiNbO₃ 강도 변조기(LN, 10Gbps, PRBS : 2²³-1)에 의해 변조되고, 다시 그 변조광이 광 시분할 다중(OTDM)되어 160∼640Gbps의 데이터 신호 Es가 생성된다. 데이터 신호 Es는, 제2 모드 로크 파이버 레이저(MLFL2)에 의해 생성되는 제어 펄스 Ep와 함께 고 비선형 파이버 HNLF에 입력된다. 제어 펄스 Ep의 파장은 고 비선형 파이버 HNLF 영 분산 파장 λ₀와 거의 동일하고, L 밴드 내에 배치되어 있다. 또한, 제어 펄스 Ep의 편광 방향은 45도이다.

도 41은 제어 펄스 Ep의 피크 파워를 변화시켰을 때의 스위칭 이득을 도시하 는 도면이다. 제어 펄스 Ep의 레이트는 10GHz이고, 데이터 신호 Es의 파장 λs는 1550nm이다. 또한, 데이터 신호 Es 및 제어 펄스 Ep의 펄스 폭(FWHM)은 각각 1.6ps, 0.9ps이다.

스위칭 이득은, 고 비선형 파이버 HNLF의 입력에서의 데이터 신호 Es의 파워에 대한 편광자(Pol)로부터 출력되는 데이터 신호 Es의 파워로서 정의된다. 데이터 신호 Es의 파워는 광 파라메트릭 증폭에 의해 제어 펄스 Ep의 피크 파워의 제곱에 대체로 비례하여 증가한다. 그리고, 제어 펄스 Ep의 피크 파워가 15W일 때에, 최대 스위칭 이득으로서 7.6dB이 얻어져 있다.

도 42는 데이터 신호 Es의 파장을 변화시켰을 때의 스위칭 이득을 도시하는 도면이다. 또한, 제어 펄스 Ep의 피크 파워는 15W이다. 스위칭 이득은, 20m의 고 비선형 파이버 HNLF에서의 양호한 위상 정합 및 작은 워크 오프의 덕분으로, C 밴드의 전 파장 영역에 걸쳐 거의 플랫하다. 또한, 제어 펄스 Ep의 파장을 C 밴드 내에 배치함으로써, L 밴드 전역에 걸쳐 동작하는 광 스위치를 실현할 수 있다.

(제2 실시예)

160Gbps, 320Gbps, 640Gbps의 광 시분할 다중 신호 Es로부터 10Gbps의 신호를 분리하는 광 디멀티플렉서에 대한 실험 결과를 나타낸다. 신호 Es의 펄스 폭은, 160Gbps일 때에는 1.6ps, 320Gbps일 때에는 0.75ps, 640Gbps일 때에는 0.65ps이다. 또한, 제어 펄스 Ep의 펄스 폭은 0.9ps이다.

도 43은 분리된 신호의 수신 파워 PR을 변화시켰을 때의 BER 측정치를 도시하는 도면이다. 또한, 제어 펄스의 평균 파워는 +21.8dBm(피크 파워=15W에 상당) 이다. 또한, 광 스위치에 입력되는 160Gbps의 신호 Es의 평균 파워는 -5dBm이다.

160Gbps에서, 신호 파장 λs=1535nm, 1540nm, 1550nm, 1560nm에 대해서 각각 비트 오류율을 측정하였다. 그 결과, C 밴드의 전 파장 영역에 걸쳐 0.2dB보다도 작은 파워 페널티에서의 무오류 동작(BER=10^-9)이 실현되었다. 320Gbps 및 640Gbps의 신호에서도, 각각 1.1dB 및 2.5dB라고 하는 근소한 파워 패널티의 증가로, 무오류 동작이 실현되었다. 또한, 이 파워 페널티의 증가는 주로 펄스 폭이 충분히 좁지 않은 것에 기인하는 잔류 크로스토크에 의한 것이다.

(제3 실시예)

본 발명의 광 스위치를 이용하여 샘플링된 후에 오실로스코프로 관측된 신호 파형을 나타낸다. 도 44의 (a)∼(e)는 펄스 폭의 조건이 상술한 제2 실시예와 동일한 경우에 관측된 아이 패턴을 도시하고 있다. 샘플링 레이트는 311MHz이다. 160Gbps∼640Gbps에 걸쳐 양호한 아이 패턴이 얻어지고 있다. 이러한 뛰어난 시간 분해능은 C 밴드 전역에 걸친 높은 콘트라스트의 광 샘플링의 실현에 기여한다.

또한, 상술한 제1 실시예∼제3 실시예에 대해서는, 논문인 비특허 문헌 5에 개시되어 있다.

(기타)

상술한 제1 실시예∼제3 실시예를 포함하는 실시 형태는 다음의 발명을 개시한다.

(부기 1)

신호광의 편광 방향을 제어하는 제1 편광 제어기와,

상기 제1 편광 제어기에 의해 편광 방향이 제어된 신호광이 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치되고, 상기 비선형 광학 매질로부터 출력되는 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자

를 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

(부기 2)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로 상기 제어광 펄스를 생성하여 상기 비선형 광학 매질에 공급하는 광 펄스 생성 수단을 더 구비한다.

(부기 3)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 펄스 생성 수단과 상기 비선형 광학 매질 사이에 설치되고, 상기 제어광 펄스의 편광 방향을 상기 신호광의 편광 방향에 대해서 소정 각도로 설정하는 제2 편광 제어기를 더 구비한다.

(부기 4)

부기 3에 기재된 광 스위치로서,

상기 신호광의 편광 방향과 상기 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도는 40∼50도이다.

(부기 5)

부기 3에 기재된 광 스위치로서,

상기 신호광의 편광 방향과 상기 제어광 펄스의 편광 방향 사이의 각도는 약 45도이다.

(부기 6)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 편광자로부터 출력되는 신호광의 파워는 상기 비선형 광학 매질에 입력되는 신호광의 파워보다도 크다.

(부기 7)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 비선형 광학 매질에 입력되는 상기 신호광의 파장과 상기 편광자로부터 출력되는 신호광의 파장은 일치하고 있다.

(부기 8)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 비선형 광학 매질은 전체 길이 범위에 걸쳐 파장 분산의 편차가 일정값 이하인 광 파이버이다.

(부기 9)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 비선형 광학 매질은 광 파이버이고, 그 평균 영 분산 파장은 상기 제어광의 파장과 일치 또는 거의 일치한다.

(부기 10)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 비선형 광학 매질은 전체 길이 범위에 걸쳐 파장 분산이 영으로 되는 분산 플래튼 파이버이다.

(부기 11)

부기 8 또는 9에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 파이버는 그 코어에 게르마늄 또는 비스무트가 도프된 고 비선형 광 파이버이다.

(부기 12)

부기 8 내지 부기 11 중 어느 하나에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 파이버는 포토닉 결정 파이버이다.

(부기 13)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 비선형 광학 매질은 의사 위상 정합 구조를 갖는 LiNbO₃ 도파로이다.

(부기 14)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 펄스 생성 수단은 상기 신호광의 분기광으로부터 클럭을 재생하고, 그 재생한 클럭을 이용하여 상기 신호광에 의해 전파되는 신호와 동기하는 제어광 펄스를 생성한다.

(부기 15)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 제어광은 상기 신호광이 배치되어 있는 파장 대역과는 다른 파장 대역 내에 배치된다.

(부기 16)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 편광자의 출력측에 설치된 자연 방출광을 제거하는 광 필터를 더 구비한다.

(부기 17)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

신호광을 증폭하는 광 증폭기와,

그 광 증폭기의 출력광으로부터 자연 방출광을 제거하는 광 필터를 더 구비하고,

상기 광 필터의 출력이 상기 제1 편광 제어기에 공급된다.

(부기 18)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 제1 편광 제어기의 전단에 상기 신호광의 펄스의 피크를 평탄화하는 파형 정형기를 더 구비한다.

(부기 19)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

상기 제어광 펄스의 시간 폭은 상기 신호광의 펄스의 시간 폭보다도 짧다.

(부기 20)

부기 1 내지 부기 19 중 어느 하나에 기재된 광 스위치로서,

제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 더 구비하고,

상기 제어광 펄스는 상기 파장 변환기에 의해 얻어지는 제2 파장의 광으로부터 생성된다.

(부기 21)

부기 3에 기재된 광 스위치로서,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,

상기 제어광 펄스의 반복 주파수를 중심 통과 주파수로서 갖고, 상기 수광 소자로부터 출력되는 신호를 필터링하는 필터와,

상기 필터의 출력에 기초하여 상기 제2 편광 제어기에 의한 상기 제어광 펄스의 편광 상태를 조정하는 제어 회로를 더 구비한다.

(부기 22)

소정의 편광 방향을 갖는 신호광 및 그 신호광과 다른 파장이며 다른 편광 방향을 갖는 제어광으로 생성된 제어광 펄스가 입력되고, 상호 위상 변조에 의해 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역의 상기 신호광의 편광 상태를 변화시킴과 함께, 그 영역의 신호광을 거의 상기 제어광의 편광 방향의 편광 성분에 광 파라메트릭 증폭하는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치되고, 그 비선형 광학 매질로부터 출력되는 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자

를 구비하는 광 스위치.

(부기 23)

편광 제어기에 의해 편광 방향이 제어된 신호광이 비선형 광학 매질에 입력됨과 함께,

상기 신호광과 다른 파장 및 다른 편광 성분을 갖는 제어광 펄스가 없는 경우에서의 그 신호광의 편광을, 상기 편광 제어기에 의해 상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치된 편광자의 편광 주축과 직교하도록 설정하고,

상기 제어광 펄스를 상기 비선형 광학 매질에 공급함으로써, 상기 신호광은 상기 비선형 광학 매질에서 거의 상기 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

(부기 24)

신호광의 편광 방향을 제어하는 편광 제어기와,

상기 편광 제어기에 의해 편광 방향이 제어된 신호광이 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치되고, 상기 비선형 광학 매질로부터 출력되는 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자와,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광기와,

상기 전기 신호를 시간 방향으로 트레이스함으로써 상기 신호광의 파형을 모니터하는 모니터 수단

을 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 상기 신호광에 의해 전파되는 신호의 비트 레이트와 다른 주파수의 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 파형 모니터 장치.

(부기 25)

신호광의 편광 방향을 제어하는 편광 제어기와,

상기 비선형 광학 매질의 출력측에 설치된 편광자와,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광기와,

을 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 상기 신호광에 의해 전파되는 신호의 비트 레이트와 다른 주파수의 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되며,

상기 제어광이 없는 경우의 상기 신호광의 편광 방향은 상기 편광 제어기에 의해 상기 편광자의 편광 주축에 직교하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 광 파형 모니터 장치.

(부기 26)

전송로 상에 광 중계기를 갖는 광 통신 시스템으로서,

상기 광 중계기는 부기 24에 기재된 광 파형 모니터 장치를 구비하고,

그 광 파형 모니터 장치는 상기 전송로를 전파하는 신호광의 파형에 대한 평가 결과를 미리 정해진 장치로 송신한다.

(부기 27)

전송로 상에 광 중계기를 갖는 광 통신 시스템으로서,

그 광 파형 모니터 장치는 상기 전송로를 전파하는 신호광이 상기 비선형 광학 매질에 입력되었을 때에 상기 편광자로부터 출력되는 광 펄스열을 미리 정해진 장치로 송신하고,

그 미리 정해진 장치에서 그 광 펄스열에 기초하여 상기 신호광의 파형을 모니터한다.

(부기 28)

신호광의 편광 방향을 제어하여,

상기 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로 제어광 펄스를 생성하고,

상기 제어광 펄스의 편광 방향을 상기 신호광의 편광 방향에 대해서 소정 각도로 설정하여,

상기 신호광 및 제어광 펄스를 비선형 광학 매질에 입력하고,

상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역에서 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭된 신호광을, 상기 제어광 펄스가 존재하지 않는 영역의 상기 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자를 통과시킴으로써, 상기 신호광 중 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 부분을 추출하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 방법.

(부기 29)

제1 신호광의 편광 방향을 제어하여,

상기 제1 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로 제어광 펄스를 생성하고,

상기 제어광 펄스의 편광 방향을 상기 제1 신호광의 편광 방향에 대해서 소정 각도로 설정하여,

상기 제1 신호광 및 제어광 펄스를 비선형 광학 매질에 입력하고,

상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역에서 상호 위상 변조에 의해 편광 방향이 변화되며 거의 상기 제어광의 편광 방향의 편광 성분에 광 파라메트릭 증폭되는 제1 신호광을, 상기 제어광이 없는 경우의 상기 제1 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자를 통과시킴으로써, 상기 제1 신호광과 시간적으로 중복하지 않는 제2 신호광을 시간 다중하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 방법.

(부기 30)

부기 29에 기재된 광 스위치 방법으로서,

상기 광 스위치는 비선형 광 루프 미러 구성이고,

그 루프 미러를 구성하는 제1 광 커플러에 상기 제1 신호광을 입력함으로써 루프의 양방향으로 등 파워로 상기 제1 신호광의 분기광을 전파시켜, 루프의 도중에 배치한 제2 광 커플러로부터 상기 제어광 펄스를 루프의 한 방향으로 입력하고, 상기 제어광 펄스와 동일한 방향으로 전파하는 제1 신호광의 성분을 광 파라메트릭 증폭하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 방법.

(부기 31)

신호광의 광 펄스의 피크가 평탄하게 되도록 파형 정형한 후에 그 신호광의 편광 방향을 제어하여,

상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 시간 영역에서 거의 상기 제어광 펄스의 편광 방향의 편광 성분에 광 파라메트릭 증폭된 상기 신호광을, 상기 제어광 펄스가 없는 경우의 상기 신호광의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 편광자를 통과시킴으로써, 상기 제어광 펄스와 중복하는 시간 영역의 상기 신호광을 추출하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 방법.

(부기 32)

신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로 그 신호광의 광 펄스보다도 짧은 시간 폭의 제어광 펄스를 생성하고,

(부기 33)

프로브광을 피측정물에 입력함으로써 얻어지는 반사광, 투과광, 또는 그 피측정물로부터의 발광을 신호광으로 하고, 부기 24에 기재된 광 파형 모니터 장치에서 그 신호광의 파형을 모니터하는 측정 방법.

(부기 34)

신호광 및 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 중복하는 시간 영역의 상기 신호광을 출력하고, 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스가 존재하지 않는 시간 영역의 상기 신호광을 차단하는 광학 수단

을 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

(부기 35)

신호광 및 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

을 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 비선형 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

(부기 36)

신호광의 편광 방향을 제어하는 편광 제어기와,

를 구비하고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서, 제어광 펄스에 의해 발생하는 비선형 효과에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

(부기 37)

부기 36에 기재된 광 스위치로서,

상기 신호광은 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스에 의해 광 라만 증폭된다.

(부기 38)

위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광의 편광 방향을 제어하는 편광 제어기와,

를 구비하고,

(부기 39)

부기 38에 기재된 광 스위치로서,

상기 신호광은 RZ 위상 변조 신호광 또는 RZ 주파수 변조 신호광이다.

(부기 40)

부기 39에 기재된 광 스위치로서,

상기 제어광 펄스는 상기 신호광의 광 파워가 소정값 이상인 시간 영역에 걸 쳐 일정한 강도를 갖는다.

(부기 41)

부기 39에 기재된 광 스위치로서,

상기 제어광 펄스의 시간 폭은 상기 신호광의 광 파워가 소정값 이상인 시간 폭보다도 짧다.

(부기 42)

소정의 편광 방향을 갖는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광, 및 그 신호광과 다른 파장이며 다른 편광 방향을 갖는 제어광으로 생성된 제어광 펄스가 입력되고, 상호 위상 변조에 의해 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복되는 영역의 상기 신호광의 편광 상태를 변화시킴과 함께, 그 영역의 신호광을 거의 상기 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭하는 비선형 광학 매질과,

를 구비하는 광 스위치.

(부기 43)

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광기와,

을 구비하고,

(부기 44)

위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광의 편광 방향을 제어하여,

(부기 45)

위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 시간 분할 다중함으로써 얻어 진 신호광의 편광 방향에 대해서, 그 신호광과 다른 파장을 갖는 제어광으로부터 생성된 제어광 펄스의 편광 방향을 소정 각도로 설정하여,

(부기 46)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환하는 광 변환기를 더 구비하고,

상기 신호광은 상기 광 변환기에 의해 얻어지는 강도 변조 신호광이다.

(부기 47)

부기 46에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 변환기는 위상 변조 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환하기 위한 1 비트 지연 광 회로를 구비한다.

(부기 48)

부기 46에 기재된 광 스위치로서,

상기 광 변환기는 주파수 변조 신호광을 강도 변조 신호광으로 변환하기 위한 광 필터를 구비한다.

(부기 49)

부기 1에 기재된 광 스위치로서,

(부기 50)

신호광을 서로 직교하는 제1 및 제2 편광 신호로 분리하는 편광 분리기와,

상기 제1 및 제2 편광 신호가 각각 입력되는 제1 및 제2 비선형 광학 매질과,

상기 제1 및 제2 비선형 광학 매질의 출력측에 각각 설치되고, 상기 제1 및 제2 편광 신호의 편광 방향과 직교하는 편광 주축을 갖는 제1 및 제2 편광자와,

상기 제1 및 제2 편광자의 출력을 합성하는 합성 수단

을 구비하고,

상기 제1 편광 신호는, 상기 제1 비선형 광학 매질에서, 상기 제1 제어광 펄스에 의해 거의 그 제1 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되고, 상기 제2 편광 신호는, 상기 제2 비선형 광학 매질에서, 상기 제2 제어광 펄스에 의해 거의 그 제2 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.

도 1은 본 발명의 광 스위치의 기본 구성을 도시하는 도면.

도 2는 신호광 및 제어광 펄스의 일례를 도시하는 도면.

도 3은 제어광 펄스를 생성하는 방법의 일례를 도시하는 도면.

도 4는 광 Kerr 스위치의 동작 원리를 설명하는 도면.

도 5는 광 Kerr 스위치의 동작을 모식적으로 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 광 스위치에 의한 스위칭을 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 광 스위치 및 기존의 광 Kerr 스위치의 동작 영역을 설명하는 도면.

도 8은 본 발명의 광 스위치를 이용하여 광 2R 재생을 행하는 실시예를 도시하는 도면.

도 9는 도 8에 도시하는 광 2R 재생에 대해서 설명하는 도면.

도 10은 광 2R 재생의 다른 실시 형태를 도시하는 도면.

도 11은 도 10에 도시하는 광 2R 재생에서 생성되는 제어광 펄스에 대해서 설명하는 도면.

도 12는 광 스위치가 수신 장치에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면.

도 13은 광 스위치가 중계 노드에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면.

도 14는 본 발명의 광 스위치를 광 중계기에서 사용하는 광 전송 시스템을 도시하는 도면.

도 15는 소광비가 개선되는 모양을 도시하는 도면.

도 16은 평탄화된 제어광 펄스를 이용하는 광 스위치의 실시예를 도시하는 도면.

도 17은 광 스위치가 광 샘플링 오실로스코프에서 사용되는 실시예를 도시하는 도면.

도 18은 광 펄스를 이용하여 피측정물을 관찰하는 방법을 도시하는 도면.

도 19는 본 발명의 광 스위치를 이용한 재료 분석 장치의 실시예를 도시하는 도면.

도 20은 제어광의 파장 배치의 일례를 도시하는 도면.

도 21은 신호광 및 제어광의 파장 배치의 일례를 도시하는 도면.

도 22는 제어광 펄스의 파장을 변환하는 기능을 구비한 광 스위치의 구성을 도시하는 도면.

도 23은 4광파 혼합에 의한 파장 변환에 대해서 설명하는 도면.

도 24는 광 파이버 내의 분산 보상의 일례를 도시하는 도면.

도 25는 본 발명에 따른 광 파형 모니터 장치가 사용되는 광 통신 시스템을 도시하는 도면.

도 26은 본 발명을 비선형 광 루프 미러에 적용한 예를 도시하는 도면.

도 27은 본 발명이 적용되는 간섭계를 도시하는 도면.

도 28은 위상 변조된 신호광 및 주파수 변조된 신호광을 도시하는 도면.

도 29는 QPSK에 대해서 설명하는 도면.

도 30의 (a)는 DPSK 신호광을 복조하는 복조 회로의 실시예를 도시하는 도 면, (b)는 FSK 신호광을 복조하는 복조 회로의 실시예를 도시하는 도면.

도 31은 변조 신호광을 스위치하는 광 스위치의 실시예를 도시하는 도면.

도 32는 변조 신호광을 스위치하는 광 스위치의 다른 실시예를 도시하는 도면.

도 33은 본 발명의 광 스위치를 이용한 광 DEMUX의 실시예를 도시하는 도면.

도 34는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 강도 변조 신호로 변환한 후에 스위치하는 광 스위치의 실시예를 도시하는 도면.

도 35는 위상 변조 신호광 또는 주파수 변조 신호광을 모니터하는 광 샘플링 오실로스코프의 실시예를 도시하는 도면.

도 36은 편파 다이버시티를 이용한 광 스위치의 실시예를 도시하는 도면(그 1).

도 37은 도 36에 도시하는 광 스위치의 동작을 설명하는 도면.

도 38은 편파 다이버시티를 이용한 광 스위치의 실시예를 도시하는 도면(그 2).

도 39는 신호광 및 제어광의 편광을 제어하는 제어계에 대해서 설명하는 도면.

도 40은 본 발명의 광 스위치의 특성을 조사하기 위한 시스템 구성을 도시하는 도면.

도 41은 제어 펄스의 파워를 변화시켰을 때의 스위칭 이득을 도시하는 도면.

도 42는 데이터 신호의 파장을 변화시켰을 때의 스위칭 이득을 도시하는 도면.

도 43은 분리된 신호의 수신 파워를 변화시켰을 때의 BER 측정치를 도시하는 도면.

도 44는 본 발명의 광 스위치를 이용하여 광 샘플링된 신호의 아이 패턴을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광 스위치

11, 13 : 편광 제어기

12 : 제어광 펄스 생성부

14 : 비선형 광 파이버

15 : 편광자

16 : 광 대역 통과 필터

21 : 광 분기 디바이스

22 : 클럭 재생부

31 : 송신기

32 : 수신기

33 : 광 중계기

41 : 광 중계 노드

42 : 광 분기 디바이스

51 : 샘플링 펄스 발생기

52 : 수광기

53 : 오실로스코프

61 : 주회로

62 : O/E 변환기

63 : 해석 장치

71 : 제어광 펄스 생성부

72 : 파장 변환기

73 : 광원

74 : 비선형 광 파이버

81 : 광 중계기

82 : 모니터 장치

91, 92 : 광 커플러

93 : 비선형 광학 매질

100 : 주회로

101 : 파형 정형기

102 : 제어광 펄스 생성부

111 : 1 비트 지연 광 회로

112-1, 112-2 : 광 밴드 패스 필터

200 : 광 스위치

301 : 편광 분리기

302-1, 302-2 : 광 스위치

303 : 제어광 펄스 생성부

304 : 편광 다중기

305-1, 305-2 : 수광기

Claims

소정의 편광 주축을 가지는 편광자와,

소정의 편광 방향을 가진 신호광, 및 상기 신호광과 다른 파장을 가지는 동시에 상기 신호광의 편광 방향과 직교하지 않는 한편 상기 신호광의 편광 방향과 동일하지 않은 편광 방향을 가지는 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,

상기 제어광 펄스의 반복 주파수를 중심 통과 주파수로서 갖고, 상기 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호를 필터링 하는 필터와,

상기 필터의 출력에 기초하여 상기 제어광 펄스의 편광 상태를 제어하는 제어 회로

를 구비하고,

상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하는 영역의 신호광은, 그 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 편광 방향이 변화되는 동시에 광 파라메트릭 증폭되어 출력되고,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하지 않는 영역의 신호광은, 상기 편광자의 편광 주축과 직교하는 편광 방향으로 출력되며,

상기 편광자는, 상기 비선형 광학 매질의 출력광 중 해당 편광자의 편광 주축과 동일한 편광 성분을 통과시키는 것을 특징으로 하는

광 스위치.
제1항에 있어서,

상기 제어광 펄스는, 상기 신호광과 다른 파장을 가지는 제어광으로 그 신호광의 광 펄스보다 짧은 시간폭으로 생성된 광 펄스인 것을 특징으로 하는 광 스위치.
소정의 편광 주축을 가지는 편광자와,

소정의 편광 방향을 가진 신호광, 및 상기 신호광과 다른 파장을 가지는 동시에 상기 신호광의 편광 방향과 직교하지 않는 한편 상기 신호광의 편광 방향과 동일하지 않은 편광 방향을 가지는 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,

상기 제어광 펄스의 반복 주파수를 중심 통과 주파수로서 갖고, 상기 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호를 필터링 하는 필터와,

상기 필터의 출력에 기초하여 상기 제어광 펄스의 편광 상태를 제어하는 제어 회로와,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광기와,

상기 수광기로부터 출력되는 전기 신호를 시간 방향으로 트레이스함으로써 상기 신호광의 파형을 모니터하는 모니터 수단

을 구비하고,

상기 제어광 펄스의 반복 주파수는, 상기 신호광에 의해 전파되는 신호의 비 트 레이트 주파수와 상이하고,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하는 영역의 신호광은, 그 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 편광 방향이 변화되는 동시에 광 파라메트릭 증폭되어 출력되며,

상기 비선형 광학 매질에서, 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하지 않는 영역의 신호광은, 상기 편광자의 편광 주축과 직교하는 편광 방향으로 출력되고,

상기 편광자는, 상기 비선형 광학 매질의 출력광 중 해당 편광자의 편광 주축과 같은 편광 성분을 통과키는 것을 특징으로 하는 광 파형 모니터 장치.
제3항에 있어서,

상기 비선형 광학 매질에 입력되는 신호광의 편광 방향은, 상기 편광자의 편광 주축에 직교하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광 파형 모니터 장치.
비선형 광 루프 미러를 구성하는 제1 광 커플러에 신호광을 입력함으로써 루프의 양방향으로 서로 동일한 파워로 상기 신호광의 분기광을 전파시켜,

루프의 도중에 배치한 제2 광 커플러로부터 상기 신호광과 다른 파장의 제어광으로 생성한 제어광 펄스를 루프의 한 방향으로 입력하고,

상기 비선형 광 루프 미러를 구성하는 광 파이버에서, 상기 제어광 펄스와 같은 방향으로 전파하는 신호광의 성분을 광 파라메트릭 증폭하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 방법.
신호광, 및 상기 신호광과 다른 파장을 가지는 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 중복하는 시간 영역의 상기 신호광을 출력하고, 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스가 존재하지 않는 시간 영역의 상기 신호광을 차단하는 광학 수단

을 구비하고,

상기 비선형 광학 매질은, 1조의 암(arm)을 구비하는 간섭계의 한 쪽의 암에 설치되고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 광 파라메트릭 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
신호광, 및 그 신호광과 다른 파장을 가지는 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 중복하는 시간 영역의 상기 신호광을 출력하고, 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스가 존재하지 않는 시간 영역의 상기 신호광을 차단하는 광학 수단

을 구비하고,

상기 비선형 광학 매질은, 1조의 암을 구비하는 간섭계의 한 쪽의 암에 설치 되고,

상기 신호광은, 상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 비선형 증폭되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
소정의 편광 주축을 가지는 편광자와

소정의 편광 방향을 가진 신호광, 및 상기 신호광과 다른 파장을 가지는 동시에 상기 신호광의 편광 방향과 직교하지 않는 한편 상기 신호광의 편광 방향과 동일하지 않은 편광 방향을 가지는 제어광 펄스가 입력되는 비선형 광학 매질과,

상기 편광자의 출력을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와

상기 제어광 펄스의 반복 주파수를 중심 통과 주파수로서 갖고, 상기 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호를 필터링 하는 필터와,

상기 필터의 출력에 기초하여 상기 제어광 펄스의 편광 상태를 제어하는 제어 회로

를 구비하고,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하는 영역의 신호광은, 그제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 편광 방향이 변화되는 동시에 비선형 증폭되어 출력되고,

상기 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하지 않는 영역의 신호광은, 상기 편광자의 편광 주축과 직교하는 편광 방향으로 출력되며,

상기 편광자는, 상기 비선형 광학 매질의 출력광 중 해당 편광자의 편광 주 축과 같은 편광 성분을 통과시키는 것을 특징으로 하는

광 스위치.
신호광을 서로 직교하는 제1 및 제2 편광 신호로 분리하는 편광 분리기와,

상기 제1 편광 신호광, 및 그 제1 편광 신호광과 다른 파장을 가지는 동시에 상기 제1 편광 신호광의 편광 방향과 직교하지 않는 한편 상기 제1 편광 신호광의 편광 방향과 동일하지 않은 편광 방향을 가지는 제1 제어광 펄스가 입력되는 제1 비선형 광학 매질과,

상기 제1 비선형 광학 매질의 출력 측에 설치된 제1 편광자와,

상기 제2 편광 신호광, 및 그 제2 편광 신호광과 다른 파장을 가지는 동시에 상기 제2 편광 신호광의 편광 방향과 직교하는 일 없이 한편 상기 제2 편광 신호광의 편광 방향과 동일하지 않은 편광 방향을 가지는 제2 제어광 펄스가 입력되는 제2 비선형 광학 매질과,

상기 제2 비선형 광학 매질의 출력 측에 설치된 제2 편광자와,

상기 제1 및 제2 편광자의 출력을 합성하는 합성 수단

을 구비하고,

상기 제1 및 제2 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하는 영역의 편광 신호광은, 각각, 대응하는 제어광 펄스에 의해 거의 그 제어광 펄스의 편광 방향으로 편광 방향이 변화되는 동시에 광 파라메트릭 증폭되어 출력되고,

상기 제1 및 제2 비선형 광학 매질에서 상기 제어광 펄스와 시간적으로 중복하지 않는 영역의 신호광은, 각각, 대응하는 편광자의 편광 주축과 직교하는 편광 방향으로 출력되며,

상기 제1 및 제2 편광자는, 각각, 대응하는 비선형 광학 매질의 출력광 중 해당 편광자의 편광 주축과 같은 편광 성분을 통과시키는 것을 특징으로 하는

광 스위치.