WO2005019922A1

WO2005019922A1 - 全光スイッチ

Info

Publication number: WO2005019922A1
Application number: PCT/JP2004/011597
Authority: WO
Inventors: Shigeru Nakamura
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2005-03-03
Also published as: JP4442565B2; CN1836189A; JPWO2005019922A1; EP1662307A4; US20070189662A1; EP1662307A1

Abstract

　入力ポート７に入力されたＮＲＺ信号５３を両アームに分配する３ｄＢカプラ１０、入力ポート８に入力されたＣＷ光５２を両アームに分配する３ｄＢカプラ３、及び両アームを通過した光を合成する３ｄＢカプラ４を備えたマッハ・ツェンダー型光回路の両アームに、夫々３ｄＢカプラ１０で分配されたＮＲＺ信号が入力すると非線形に屈折率が変化して入力したＣＷ光の位相を非線形シフトさせる非線形導波路素子１及び２、並びに非線形導波路素子２に入力するＮＲＺ信号光を非線形導波路素子１に入力するＮＲＺ信号光よりも減衰させる可変減衰器１２及び１３を設ける。更に、非線形導波路素子１にＮＲＺ信号光が入力した後で非線形導波路素子２にＮＲＺ信号光が入力するようにする可変遅延回路１１を設け、可変遅延回路１１によりＮＲＺ信号光の入力が遅延される時間を、非線形導波路素子１及び２における非線形屈折率変化の緩和時間よりも短くする。

Description

明細書

全光スィッチ

技術分野

[0001] 本発明は、光ファイバ通信及び光情報処理の分野で波長変換器に使用される全光スィッチに関する。

背景技術

[0002] 光ファイバ通信システムの飛躍的な伝送容量増大や運用効率向上に向け、光電変換を介さず光領域で信号処理を行う技術の開発が活発化している。光領域で信号処理を行うには全光スィッチが必要である。特に、光ファイバ通信システムのノードにおレ、て波長クロスコネクト機能を提供する波長変換器への期待は高レ、。

[0003] ゼロ復帰方式（Return to Zero ; RZ)のデータ変調光信号で駆動する全光スィッチとして、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier ; SOA)を共鳴励起して得られる高効率な非線形光学効果を利用し、更に、この SOAをマッハ'ツェンダー型光回路に組み込んで動作原理を工夫することで高速性をも兼ね備えた全光スィッチが提案されている (例えば、特許文献 1乃至 4及び非特許文献 1参照。）。以下、この全光スィッチを従来例 1とする。

[0004] 図 7は従来例 1の全光スィッチの構成を示す図である。図 7に示すように、従来例 1 の全光スィッチは、マッハ 'ツェンダー型光回路の 2つの光路（以下、アームともいう）に夫々 S〇Aを備えた非線形導波路素子 101及び 102が配置されている。この全光スィッチには、ゼロ復帰方式でデータ変調されたパルス状の信号光 (RZ信号光） 51 及び無変調連続（Continuous Wave； CW)光 52が入力される。その際、 RZ信号光 5 1の波長 I 及び CW光 52の波長 λ はいずれも S〇Aの利得領域に設定される。信

1 2

号光パルスは、ポート 107より入力され、 3dBカプラ 110で分岐された後、一方は、可変遅延回路 111、可変減衰器 1 12及び 3dB力ブラ 105をこの順に通過して非線形導波路素子 101へ入力される。他方は、可変減衰器 1 13及び 3dB力ブラ 106をこの順に通過して非線形導波路素子 102へ入力される。なお、図 7においては、前述の 2つのパスの光路長が相互に異なるように図示してレ、る力これは図示の便宜のためである。

[0005] また、この全光スィッチにおいては、可変遅延回路 111を調節することにより、非線形導波路素子 101に入力される RZ信号光と非線形導波路素子 102に入力される R Z信号光との間に時間差を設けることができる。 RZ信号光 51は、反転分布状態にある非線形導波路素子 101及び 102において、キャリア密度を誘導放出により減少させ、非線形導波路素子 101及び 102の屈折率を変化させる。一方、波長 λ の CW

2 光 52は、入力ポート 108に入力され、 3dBカプラ 103でー且分岐された後、非線形導波路素子 101及び 102で生じる屈折率変化 (非線形位相シフト）を受ける。非線形導波路素子 101及び 102を通過した CW光 52は、 3dBカプラ 104で再び合波されることによって RZデータ変調信号光となり、波長変換光として出力ポート 109から出力される。

[0006] このようなマッハ 'ツェンダー型光回路においては、位相調整器 114及び 115を使用することにより、波長 λ の RZ信号光 51が入力されない場合は、 CW光 52に由来する波長が λ であるパルス状の出力光がポート 109から出力されないように設定さ

2

れる。即ち、波長 λ の RZ信号光 51が入力されない場合、両アームを通過した波長 λ の CW光 52が 3dBカプラ 104で干渉する際の位相差が半波長となるように設定さ

2

れる。そして、 RZ信号光 51が入力され、非線形導波路素子 101において非線形屈折率変化が生じると、非線形導波路素子 101を通過する波長 λ の CW光 52が非線

2

形位相シフトを受け、出力ポート 109からの波長 λ の光出力がオンとなる。

2

[0007] RZ信号光が非線形導波路素子 101及び 102においてキャリア密度を減少させる誘導放出過程は、 RZ信号光 51のパルス幅程度の間だけ継続する。このため、キヤリァ密度変化又は非線形屈折率変化の立ち上がりに要する時間は、 RZ信号光 51のパルス幅程度である。これに対し、非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、もとの反転分布状態へ戻るキャリア寿命は、通常 lOOps乃至 Ins程度と遅レ、。し力、しながら、この従来例 1の全光スィッチにおいては、非線形導波路素子 101に RZ信号光 51を入力し、その後、この RZ信号光 51のノ^レス幅と略等しい時間 ΔΤが経過した後、非線形導波路素子 102に RZ信号光を入力し、非線形屈折率変化を生じさせることにより、長いキャリア寿命に依存しないスイッチング動作を行う。これにより、マッハ 'ツエンダ一型光回路の両アームを通過する波長えの CW光 52も非線形位相シフトを受け、 3

2

dB力ブラ 104で干渉する際の位相差は初期状態の半波長に戻り、出力ポート 109からの波長えの光出力がオフとなる。つまり、波長 λ の光出力は ΔΤのパノレス幅を有

2 2

する RZデータ変調光となる。このようにして、波長; I の RZ信号光 51のパルス列を入

1

力して波長 λ のデータ変調光のパルス列を得る波長変換動作が実現される。

2

[0008] また、従来、非ゼロ復帰方式（Non Return to Zero； NRZ)のデータ変調光信号で駆動する全光スィッチも提案されている (例えば、非特許文献 2参照。）。以下、この全光スィッチを従来例 2とする。図 8は従来例 2の全光スィッチの構成を示す図である。図 8に示すように、この従来例 2の全光スィッチは、マッハ 'ツェンダー型光回路の両アームに S〇Aを備えた非線形導波路素子 101及び 102が配置されている。この全光スィッチには、非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光 (NRZ信号光） 53及び CW光 52が入力される。その際、 NRZ信号光 53の波長 λ 及び CW光 52の波長; I

1 2 はレ、ずれも SOAの利得領域に設定される。

[0009] NRZ信号光 53は、入力ポート 121へ入力され、カプラ 123で分岐された後、一方は非線形導波路素子 101へ入力され、他方は非線形導波路素子 102へ入力される。力ブラ 123における分岐比は非対称になっており、非線形導波路素子 101に入力される信号光強度は、非線形導波路素子 102に入力される信号光強度よりも大きい。このため、非線形導波路素子 101において引き起こされる屈折率変化 (非線形位相シフト）が非線形導波路素子 102において引き起こされる屈折率変化より大きくなる。また、波長えの CW光 52は入力ポート 122へ入力され、カプラ 123で分岐された

2

後、非線形導波路素子 101及び 102で生じる非線形位相シフトを受ける。非線形導波路素子 101及び 102を通過した CW光 52はカプラ 124で再び合波されることにより NRZデータ変調光となり、波長変換光とし出力ポート 125から出力される。

[0010] このようなマッハ 'ツェンダー型光回路においては、位相調整器 114及び 115を使用することにより、波長 λ の NRZ信号光 53の入力がない場合に、波長 λ の出力光

1 2 が出力ポート 125から出力されないように設定される。即ち、 NRZ信号光 53の入力がない場合は、両アームを通過した波長 λ の CW光 52がカプラ 124で干渉する際

2

の位相差は半波長となるように設定される。なお、力ブラ 123における分岐比は非対称であるが、 CW光 52の場合、 SOAを通過する時点で、利得飽和のため両アームの強度は等しくなることが予想される。また、力ブラ 124の直前に強度調整器を設けたり、力ブラ 124の分岐比を調整したりすることにより、初期状態において出力を 0にできる。

[0011] この従来例 2の全光スィッチにおいては、 NRZ信号光 53が入力されると、非線形導波路素子 101及び 102において夫々非線形屈折率変化が生じる。両アームを通過する波長 I の CW光 52は異なる非線形位相シフトを受けるため、力ブラ 124で干

2

渉する際の位相差が変化することになる。これにより、出力ポート 125からの波長変換光の出力がオンとなる。一方、 NRZ信号光 53の入力がない状態に戻ると、非線形導波路素子におけるキャリア密度は回復し、波長変換光の出力はオフに戻る。キヤリァ密度が回復し非線形屈折率変化が緩和する過程はキャリア寿命で定まる。

[0012] NRZ信号光が非線形導波路素子に入力される場合、 RZ信号光が入力される場合と異なる点は、信号光の入力がオフからオンに切り替わる過程のキャリア密度変化もキャリア寿命で定まることである。 NRZ信号光が入力される場合、信号光の継続時間は少なくとも 1ビットのタイムスロット程度と長いため、信号光の入力が継続する間に、非線形導波路素子内のキャリア密度は定常状態に向カ、、その時定数はキャリア寿命となる。

[0013] 特許文献 1 :特開平 7 - 20510号公報

特許文献 2：特開平 7 - 199240号公報

特許文献 3：特開平 9 - 60440号公報

特許文献 4 :特開 2002— 236272号公報

非特許文献 1 : Kazuhito TAJIMA, Γ All-Optical Switch-Off Time Unrestricted by Carrier LifetimeJ , 1993年 12月， Japanese Journal of Applied Physics,第 32卷， p. L1746-L1749

非特許文献 2： F. Ratovelomanana,外 9名，「An All-Optical Wavelength-Converter witn semiconductor Optical Ampliners Monolithically Integrate m an Asymmetric Passive Mach— Zehnder Interferometer] , 1995年 10月， IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,第 7卷，第 10号， p. 992—994 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] し力しながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。光ファイバ通信においては、高ビットレートの伝送には RZ信号が使用される傾向があるものの、通常は NRZ信号光が使用されることが多レ、。このため、 RZ信号光による駆動のみしか考慮されてレ、なレ、従来例 1の全光スィッチにおレ、ては、非線形導波路素子 101におレ、て RZ信号光が引き起こす屈折率変化により両アーム間の位相差が変化した後、非線形導波路素子 102において RZ信号光が引き起こす屈折率変化により両アーム間の位相差は初期状態に戻るが、この全光スィッチに RZ信号光ではなく NRZ信号光を入力すると、信号光入力強度がゼロでない状態では非線形導波路素子 101にも非線形導波路素子 102にも信号光が入力され続けるため、両アームの屈折率変化が相殺される状態となり、波長変換光の出力がオフになってしまうという問題点がある。

[0015] 一方、 NRZ信号光で駆動する従来例 2の全光スィッチは、高いビットレートで動作させることは困難であるという問題点がある。従来例 2の全光スィッチは、信号光がォフカもオンに向力、う過程のキャリア密度変化も、オンからオフに向力、う過程のキャリア密度変化も、キャリア寿命で定まるため、波長変換出力光の波形は、オフからオンに向力、う過程でもオフ力オンに向力、う過程でも裾引きを伴う。このため、キャリア寿命力 S100ピコ秒だとすると、これより短い時間で波形が変化する lOGbZ秒又は 40Gb /秒といったビットレートの NRZ信号光で駆動する場合には、波長変換出力光における波形歪みが極めて大きくなる。

[0016] 本発明は力かる問題点に鑑みてなされたものであって、キャリア寿命に依存する波長変換出力光の波形歪みを解消し、高ビットレートの NRZ信号光でも駆動可能な全光スィッチを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0017] 本発明に係る全光スィッチは、非ゼロ復帰方式の信号光が入力される第 1の入力ポートと、搬送光が入力される第 2の入力ポートと、第 1及び第 2の光路と、前記第 1 及び第 2の入力ポートに入力された光を夫々前記第 1及び第 2の光路に分配する分配部と、前記第 1の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち一方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち一方の搬送光が入力され前記一方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記一方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第 1の非線形光学素子と、前記第 2の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち他方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち他方の搬送光が入力され前記他方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記他方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第 2の非線形光学素子と、前記第 2の非線形光学素子に入力される前記他方の信号光を前記第 1の非線形光学素子に入力される前記一方の信号光よりも減衰させる減衰部と、前記第 1の非線形光学素子に前記一方の信号光が入力した後に前記第 2の非線形光学素子へ前記他方の信号光が入力するようにする遅延部と、前記第 1及び第 2の光路を通過した光を合成する合成部とを有し、前記遅延部により前記他方の信号光の入力が遅延される時間は、前記第 1及び第 2の非線形光学素子における非線形屈折率変化の緩和時間よりも短レ、ことを特徴とする。

[0018] 本発明においては、減衰部により第 1及び第 2の非線形光学素子に入射される信号光の強度を変えて、第 1及び第 2の非線形光学素子において誘起される位相変化量を変えると共に、遅延部により第 2の非線形光学素子への NRZ信号光の入力を、第 1の非線形光学素子への NRZ信号光の入力よりも遅延させるため、第 1の非線形光学素子における位相変化が裾を引き始めと、第 2の非線形光学素子における位相変化の立ち上げ又は立ち下げとが重なり、位相変化の裾の影響を効率的に相殺すること力 Sできる。

[0019] このとき、信号光の第 2の非線形光学素子への入力が遅延される時間は、キャリア寿命又は屈折率変化の緩和時間よりも小さくする。これにより、 NRZ信号光の入力により第 1及び第 2の非線形光学素子において誘起される位相変化が異なるため、第 1 及び第 2の光路における位相差は初期状態に戻ることなぐ出力が得られる。また、 NRZ信号光が入力され続けると各々の非線形光学素子で生じる位相変化量はキヤリア寿命程度の時間をかけて定常状態に近づくが、この全光スィッチにおいては、第 1の非線形光学素子において誘起される位相変化が定常状態に向力裾引き過程に入る頃に、第 2の非線形光学素子における位相変化が誘起されるため、第 1の非線形光学素子における位相変化の裾引き過程の影響は、第 2の非線形光学素子における位相変化の立ち上がりによってある程度相殺することが可能となる。更に、 NR Z信号光の入力がオン力オフとなる過程においても、各々の非線形光学素子で生じる位相変化量はキャリア寿命程度の時間をかけて初期状態へ緩和するが、この全光スィッチにおいては、第 1の非線形光学素子における緩和が初期状態に向かう裾引き過程に入る頃に、第 2の非線形光学素子における位相変化も緩和を開始するため、第 1の非線形光学素子における位相変化の裾引き過程の影響は、第 2の非線形光学素子における位相変化の緩和によってある程度相殺することが可能となる。

[0020] 前記第 1及び第 2の入力ポートは、前記信号光の伝搬方向と前記搬送光の伝搬方向とが逆方向になるように配置してもよレ、。搬送光と NRZ信号光を逆方向に伝搬させるような構成にすることにより、搬送光と NRZ信号光とが同じ波長でも動作可能になる。

[0021] また、この全光スィッチは、搬送光として、 CW光だけでなぐ NRZ信号光と同期したクロックパルス光を使用することができる。搬送光をクロックパルス光にすると、 NRZ 一 RZ変換が可能になる。

[0022] 更に、前記遅延部は、例えば、前記第 2の光路における前記分配部から前記第 2 の非線形光学素子までの光路長を、前記第 1の光路における前記分配部から前記第 1の非線形素子までの光路長よりも長くすることにより形成することができる。

発明の効果

[0023] 本発明によれば、高いビットレートの NRZ信号光で駆動される場合であっても、スィツチ動作がオフからオンに切り替わる過程及びオン力オフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができるため、従来の全光スィッチよりも広範囲のビットレートの NRZ信号光で動作可能になる。図面の簡単な説明

[0024] [図 1]本発明の第 1の実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 2] (a)は入力ポート 7に入力される NRZ信号光のパターンを示す波形図であり、 ( b)は非線形導波路素子 1及び 2における非線形位相シフトを示す波形図であり、 (c) は出力ポート 9から出力される出力光強度のアイパターンを示す波形図である。 [図 3]本発明の第 2の実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 4]本発明の第 3の実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 5]本発明の第 4の実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 6]本発明の第 5の実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 7]従来例 1の全光スィッチの構成を示す図である。

[図 8]従来例 2の全光スィッチの構成を示す図である。

符号の説明

[0025] 1、 2、 101、 102 ;非線形導波路素子

3— 6、 10、 32— 35、 37、 103— 106、 110 ; 3dBカプラ

7、 8、 21、 22、 31、 32、 41、 42、 107、 108、 121、 122 ;入力ポート

9、 25、 38、 45、 109、 125 ;出力ポート

11、 111 ;可変遅延回路

12、 13、 112、 113 ;可変減衰器

14、 15、 114、 115 ;位相調整器

23、 24、 43、 44、 123、 124 ;カプラ

51 ;RZ信号光

52 ; CW光

53 ; NRZ信号光

54 ;クロックパルス光

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の実施の形態に係る全光スィッチについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第 1の実施形態に係る全光スィッチについて説明する。図 1は本実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。図 1に示すように、本実施形態の全光スィッチは、入力ポート 7から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光（NRZ信号光） 53を 2つに分配する 3dBカプラ 10と、入力ポート 8 力入力された搬送光である CW光 52を 2つに分配する 3dBカプラ 3と、 3dBカプラ 1 0で分配された一方の信号光及び 3dBカプラ 3で分配された一方の CW光が入力される 3dBカプラ 5と、 3dBカプラ 10で分配された他方の信号光及び 3dBカプラ 3で分配された他方の CW光が入力される 3dBカプラ 6と、 3dBカプラ 5から出力された光及び 3dBカプラ 6から出力された光を合成して出力ポート 9に出力する 3dBカプラ 4と、を備えたマッハ ·ツェンダー型光回路が設けられてレ、る。

[0027] 本実施形態の全光スィッチにおいては、 3dBカプラ 5と 3dBカプラ 4との間に、 S〇A を備えた非線形導波路素子 1及び位相調節器 14が設けられており、 3dB力ブラ 6と 3 dB力ブラ 4との間には、 S〇Aを備えた非線形導波路素子 2及び位相調節器 15が設けられている。この非線形導波路素子 1及び 2は、入力された光の屈折率を非線形に変化させて出力するものである。また、位相調整器 14及び 15は、 NRZ信号光 53が入力されない場合に、 CW光 52に由来するの出力光が出力ポート 9から出力されなレ、ようにするものであり、 NZR信号光 53の入力がない場合には、両アームを通過した CW光が 3dB力ブラ 4で干渉する際の位相差が半波長になるように設定されている

[0028] また、本実施形態の全光スィッチにおいては、入力された NRZ信号光 53を分配する 3dB力ブラ 10と 3dB力ブラ 5との間に、可変遅延回路 11及び可変減衰器 12が設けられており、 3dBカプラ 10と 3dBカプラ 6との間には、可変減衰器 13が設けられている。可変遅延回路 11は、 3dB力ブラ 10で分配された一方の NRZ信号光が非線形導波路素子 1に入力した後で、他方の NRZ信号光が非線形導波路素子 2に入力するように、他方の NRZ信号光の入力を遅らせるものであり、例えば、 3dBカプラ 10力ら非線形導波路素子 2までの光路長を、 3dB力ブラ 10から非線形導波路素子 1までの光路長よりも長くすることにより形成されている。そして、可変遅延回路 11により与えられる 2つの NRZ信号光の入力時間差 Δ Τが、非線形導波路素子 1及び 2における非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、キャリア寿命よりも短くなるように設定されている。また、可変減衰器 12及び 13は、非線形導波路素子 2に入力される NRZ信号光を、非線形導波路素子 1入力される NRZ信号光よりも減衰させるものである。

[0029] 本実施形態の全光スィッチは、図 7に示す従来例 1の全光スィッチの構成と比べて、 RZ信号光ではなく NRZ信号光が入力される点、可変遅延回路 21により与えられる非線形導波路素子 1及び 2に入力される各信号光の入力時間差 Δ Τがキャリア寿命よりも短い点、及び非線形導波路素子 2に入力される信号よりも非線形導波路素子 1 に入力される信号光の強度を大きくする可変減衰器 12及び 13が設けられている点が異なっている。なお、本実施形態の全光スィッチにおける各構成要素は、通常の光導波路により相互に接続されている。

[0030] 次に、本実施形態の全光スィッチの動作について説明する。先ず、入力ポート 7に波長 λ の NRZ信号光 53が入力され、入力ポート 8に波長 λ の CW光 52が入力さ

1 2

れる。この波長 λ 及び波長 λ は、いずれも SOAの利得領域内に設定される。そし

1 2

て、入力ポート 7に入力された NRZ信号光 53は、 3dBカプラ 10で 2つに分配され、その一方の NRZ信号光は、可変遅延回路 11、可変減衰器 12及び 3dB力ブラ 5をこの順に通過して非線形導波路素子 1へ入力される。また、他方の NRZ信号光は、可変減衰器 13、 3dB力ブラ 6を通過して非線形導波路素子 2へ入力される。その際、可変遅延回路 11によって、非線形導波路素子 1に入力される NRZ信号光と非線形導波路素子 2に入力される NRZ信号光との間に Δ Τの時間差がつけられる。即ち、非線形導波路素子 1に NRZ信号光が入力されて、時間 ΔΤが経過した後で、非線形導波路素子 2に NRZ信号光が入力される。そして、入力された NRZ信号光により、非線形導波路素子 1及び 2のキャリア密度が減少し、非線形導波路素子 1及び 2の屈折率が変化する。一方、ポート 8へ入力された波長 λ の CW光 52は、 3dBカプラ 13で

2

2つに分配された後、夫々非線形導波路素子 1及び 2において、屈折率変化 (非線形位相シフト）を受ける。その後、非線形導波路素子 1及び 2を通過した CW光は、合成部である 3dB力ブラ 4で再び合波されて NRZデータ変調光となり、波長変換光としてポート 9から出力される。

[0031] 本実施形態の全光スィッチにおいては、 NRZ信号光が入力され、非線形導波路素子 1において非線形屈折率変化が励起されると、非線形導波路素子 1を通過する波長 λ の CW光が非線形位相シフトを受け、ポート 1からの波長; I の光出力がオンと

2 2

なる。その際の非線形位相シフト量は、時間 ΔΤが経過するまでに少なくとも π /2程度であり、 πに近いほうが望ましい。そして、時間 ΔΤの後、波長; I の NRZ信号光が

1

非線形導波路素子 2にも入力され、キャリア密度を減少させるとともに屈折率を変化させ、非線形導波路素子 2を通過する波長 λ の CW光も非線形位相シフトを受ける

2

。このとき、非線形導波路素子 2における非線形位相シフトは、非線形導波路素子 1 で生じていた非線形位相シフトと同符号で、且つ非線形導波路素子 1の非線形位相シフトよりも小さな値とする。非線形導波路素子 1で生じている非線形位相シフトも非線形導波路素子 2で生じている非線形位相シフトも同じような時間変化をするため、このように非線形導波路素子 2への NRZ信号光の入力を時間 ΔΤだけ遅延させることにより、非線形導波路素子 1において非線形位相シフトが生じてから時間 Δ Τ経過した以降の裾引きの部分を相殺することができる。これにより、波長; I の光出力がォ

2

フからオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される [0032] また、本実施形態の全光スィッチにおいては、波長; I の NRZ信号光入力がオン

1

力オフに切り替わる過程においても同様にキャリア寿命に起因する裾引きを抑制すること力 Sできる。具体的には、波長 λ の NRZ信号光入力がオフになると、非線形導波路素子 1におけるキャリア密度が回復し、やはり定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示すことになる。しかしながら、時間 ΔΤ経過後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子 2への信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。このキャリア密度の回復、即ち、非線形シフト量も、非線形導波路素子 1と非線形導波路素子 2とで同じような時間変化を示す。従って、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長 λ の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われない。こ

2

のようにして、波長 λ の NRZ信号光を入力して波長 λ の NRZ出力光を得る波長変

1 2

換動作が実現される。

[0033] 以下、本実施形態の全光スィッチの動作を、入力ポート 7にビットレートが 40Gb/ 秒の NRZ信号光が入力され、可変遅延回路 11によって調節される NRZ信号光が非線形導波路素子 1及び 2へ入力される際の時間差 Δ丁が 12ピコ秒である場合を例に詳細に説明する。図 2 (a)は入力ポート 7に入力される NRZ信号光のパターンを示す波形図であり、図 2 (b)は非線形導波路素子 1及び 2における非線形位相シフトを示す波形図であり、図 2 (c)は出力ポート 9から出力される出力光強度のアイパターンを示す波形図である。波形図である。図 2 (a)に示すように、入力ポート 7に入力される NRZ信号のパターンは、信号光強度がゼロでない場合を「1」、信号光強度がゼロの場合を「0」として表わすと、「01010001111001000101」となる。この入力波形を S (t, z = 0)とする。ここで、 tは時間、 zは非線形導波路素子の長さ方向の位置

DATA, n

を表し、 z = 0は導波路の入射端、 z = Lは導波路の出射端を表す。また、 nは 1又は 2 を表し、 n=lは非線形導波路素子 1における信号光強度を、 n=2は非線形導波路素子 2における信号光強度を表す。更に、 NRZ信号光 53と共に入力される CW光 5 2の強度を SCW， n(t, z = 0)で表す。非線形導波路素子 1及び 2におけるキャリア密度 N (t, z)及び N (t, z)の時間変化は、下記数式 1乃至 3に従う。

1 2

[0034] [数 1] dN J_n N S S

-A {N_n-N₀) 一ん x' N₀)

dt ed て hv hv

[0035] [数 2]

■ = TxA x(N_n -N₀)xS_c

dz

[0036] [数 3] xA (N_n -N₀)xS_cw,„

dz

[0037] なお、上記数式 1乃至 3において、は注入電流密度、 eは単位電荷、 τは光入力カい状態でのキャリア寿命、 Αは微分利得係数、 Nは利得を生じるキャリア密度、 g 0

hはプランク定数、 Vは光周波数及び Γは光閉じ込め係数である。

[0038] また、図 2 (b)に示す非線形導波路素子 1及び 2における非線形位相シフト N

tot, n(t) は、非線形導波路素子 1及び 2におけるキャリア密度 N (t， z)を長さ方向に積分した量の信号光入力がない状態からの変化に比例し、下記数式 4により求められる。

[0039] [数 4]

[0040] そして、非線形導波路素子 1及び 2において CW光が受ける非線形位相シフト φ ( t)は、下記数式 5で与えられる。

[0041] [数 5] φ人 t、= k x {N_t。 )

[0042] なお、上記数式 5における kは比例定数、 M は NRZ信号光の入力がない状態 tot, n

で非線形導波路素子におけるキャリア密度を長さ方向に積分した量である。よって、本実施形態の全光スィッチから出力される波長 λ の出力光強度 S (t)は、下記数

2 out

式 6で与えられる。

[0043] [数 6]

Α )

[0044] なお、上記数式 6における Δ φは位相調整器 14及び 15によって設定される両ァーム間の位相差である。本実施形態の全光スィッチにおいては、非線形導波路素子 1 における非線形位相シフト Φ (t)と、非線形導波路素子 2における非線形位相シフト

1

Φ ωと力同一のキャリア寿命 _τによって同じ時間変化をし、更に、非線形導波路

2

素子 1におけるキャリア密度 N (t)が裾を引き始めたところで、非線形導波路素子 tot, 1

2におけるキャリア密度 N

tot, 2 ωが立ち上がるため、非線形位相シフト Φ

1 ωの裾引きがかなりの程度相殺される。

[0045] これにより、図 2 (c)に示すように、出力ポート 9から出力される出力光強度 S (t)は out

、良好なアイ開口が得られる。なお、 NRZ信号光を両アームの非線形導波路素子 1 及び 2へ入力する際の時間差 ΔΤは、非線形屈折率変化の緩和時間に対応した値に設定されるため、動作ビットレートによって変える必要はなレ、。即ち、同一の構成により、ビットレート無依存動作が可能である。

[0046] 上述したように、本実施形態の全光スィッチにおいては、非線形光学素子 1において誘起される位相変化が定常状態に向力裾引き過程に入る頃に、非線形光学素子 2における位相変化が誘起されるため、非線形光学素子 1における位相変化の裾引き過程の影響を、非線形光学素子 2における位相変化の立ち上がりによってある程度相殺することができる。また、非線形光学素子 1における緩和が初期状態に向かう裾引き過程に入る頃に、非線形光学素子 2における位相変化も緩和を開始するため、非線形光学素子 1における位相変化の裾引き過程の影響は、非線形光学素子 2 における位相変化の緩和によってある程度相殺することが可能となる。その結果、キャリア寿命に依存する波長変換出力光の波形歪みが解消されるため、高ビットレートの NRZ信号光でも駆動することが可能になる。

[0047] 次に、本発明の第 2の実施形態に係る全光スィッチについて説明する。図 3は本実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。なお、図 3においては、図 1に示す第 1の実施形態の全光スィッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図 3に示すように、本実施形態の全光スィッチは、入力ポート 21から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光 (NRZ信号光） 53及び入力ポート 22から入力された搬送光である CW光 52を夫々両アームに分配するカプラ 23と、両アームを伝搬した光を合成して出力ポート 25に出力する力ブラ 24と、を備えたマッハ'ツェンダー型光回路が設けられている。

[0048] また、この全光スィッチは、前述のマッハ'ツェンダー型光回路における 2つのァームの光路長が相互に異なっており、光路長が短いアームには、 SOAを備えた非線形導波路素子 1及び位相調節器 14が設けられており、光路長が長いアームには、 SO Aを備えた非線形導波路素子 2及び位相調節器 15が設けられている。なお、本実施形態の全光スィッチにおける位相調整器 14及び 15は、 NRZ信号光 53が入力されない場合に、 CW光 52に由来する出力光が出力ポート 25から出力されないようにするものであり、 NRZ信号光 53の入力がない場合には、両アームを通過した CW光が力ブラ 24で干渉する際の位相差が半波長となるように設定されている。

[0049] 上述の如ぐ本実施形態の全光スィッチにおいては、非線形導波路素子 2が設けられているアームの方が、非線形導波路素子 1が設けられているアームよりも光路が長くなつている。これにより、非線形導波路素子 1及び 2を通過する CW光が力ブラ 24で合波する際に ΔΤの時間差を与えることができるため、非線形導波路素子 2を通過する CW光に、キャリア寿命よりも短い時間差 Δ Τが与えられる。なお、本実施形態の全光スィッチは、マッハ'ツェンダー型光回路における 2つのアームの光路長が相互に異なっている点を除いては、図 8に示す従来例 2の全光スィッチの構成と同じである。

[0050] 次に、本実施形態の全光スィッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチは、入力ポート 21に波長; I の NRZ信号光 53が入力され、入力ポート 22に波長 λ の CW光 52が入力される。この波長; I 及び波長; I は、いずれも S〇Aの利得

2 1 2

領域内に設定される。入力ポート 21に入力された NRZ信号光 53は、カプラ 23で 2 つに分配されて、一方は非線形導波路素子 1へ入力され、他方は非線形導波路素子 2へ入力される。この力ブラ 23は、非線形導波路素子 1において引き起こされる屈折率変化 (非線形位相シフト）、非線形導波路素子 2において引き起こされる屈折率変化より大きくなるように、分配比が非対称となっている。また、 NRZ信号光が入力されると、非線形導波路素子 1及び 2において、夫々非線形屈折率変化が励起される。一方、入力ポート 22に入力された CW光 52は、力ブラ 23で分岐された後、非線形導波路素子 1及び 2で生じる非線形位相シフトを受ける。そして、非線形導波路素子 1及び 2を通過した CW光は、カプラ 34で再び合波されて NRZデータ変調光となり、波長変換光として出力ポート 25から出力される。

[0051] 本実施形態の全光スィッチにおいては、マッハ'ツェンダー型光回路における 2つのアームの光路長が相互に異なるように設定されているため、両アームを通過してきた波長 λ の光が力ブラ 24において合波される際に、非線形位相シフトの立ち上がり

2

に時間 Δ Τだけずれが生じる。具体的には、先ず、非線形導波路素子 1を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトによって両アーム間の位相差が変化し、出力ポート

2

25からの波長変換光の出力がオンとなる。そして時間 ΔΤが経過した後、非線形導波路素子 2を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトが、非線形導波路素子 1を通

2

過した波長 λ の光の非線形位相シフトにおける時間 Δ Τ経過後の裾引きの部分を

2

相殺する。これにより、波長; I の光出力がオフからオンに切り替わる過程において、

2

キャリア寿命に起因する裾引が抑制される。

[0052] また、本実施形態の全光スィッチにおいては、波長 I の NRZ信号光入力がオン

1

力オフに切り替わる過程においても同様に、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。具体的には、波長; I の信号光入力がオフになると、非線形導波路素子 1及び 2におけるキャリア密度が回復し、定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。しなしながら、この全光スイツチのマッハ'ツェンダー型光回路は、両アームの光路長が相互に異なっているため、先ず、非線形導波路素子 1を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトが回復して

2

レ、くことにより、両アーム間の位相差が初期状態に向かって、出力ポート 25からの波長変換光の出力がオフとなる。そして、時間 ΔΤが経過し、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子 2を通過した波長; I の光の非線形

2

位相シフトも回復する。このため、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長 λ の光出力にはキャリア密度変化の裾引きの影響は現われなレ、。このようにし

2

て、波長 λ の NRZ信号光を入力して波長; I の NRZ出力光を得る波長変換動作が

1 2

実現される。

[0053] 上述したように、本実施形態の全光スィッチにおいては、スィッチ動作がオフからォンに切り替わる過程及びオンからオフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができるため、高ビットレートの NRZ 信号光でも駆動することができる。

[0054] 次に、本発明の第 3の実施形態の全光スィッチについて説明する。図 4は本実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。なお、図 4においては、図 1に示す第 1の実施形態の全光スィッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図 4に示すように、本実施形態の全光スィッチは、入力ポート 8に CW光ではなぐクロックパルス光 54が入力され、出力ポート 9からは NRZ力ら RZへの変換された光が出力される点を除いては、図 1に示す第 1の実施形態の全光スィッチと同様である。従って、クロックパルス光 54に対するスイッチングウィンドウは、前述の第 1の実施形態の全光スィッチにおける CW光に対するスィッチ出力波形と同じとなる。

[0055] 次に、本実施形態の全光スィッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチにおいては、入力ポート 7に波長が λ の NRZ信号光 53が入力され、入力ポート 8には波長が; I で、 NRZ信号光 53と同期したクロックパルス光 54が入力される

2

。この波長 λ 及び波長; I は、いずれも SOAの利得領域内に設定される。入力ポー

1 2

ト 7に入力された NRZ信号光 53は、 3dBカプラ 10で 2つに分配され、その一方は、可変遅延回路 11、可変減衰器 12及び 3dB力ブラ 5をこの順に通過して非線形導波路素子 1へ入力される。また、他方は、可変減衰器 13及び 3dB力ブラ 6をこの順に通過して非線形導波路素子 2へ入力される。このとき、可変遅延回路 11を調節することにより、非線形導波路素子 1及び 2に入力される信号光には Δ Τの時間差がつけられる。この NRZ信号光が入力すること、非線形導波路素子 1及び 2は、キャリア密度が減少し、屈折率が変化する。一方、入力ポート 8に入力された波長; I のクロックパル

2

ス光 54は、 3dB力ブラ 3で一旦分岐され、一方が非線形導波路素子 1に、他方が非線形導波路素子 2に入力されて屈折率変化 (非線形位相シフト）を受ける。そして、非線形導波路素子 1及び 2を通過したクロックパルス光は、 3dB力ブラ 4で再び合波されて、 RZデータ変調光となり、波長変換光としてポート 9から出力される。

[0056] なお、このマッハ 'ツェンダー型光回路においては、位相調整器 14及び 15により、波長 λ の NRZ信号光 53の入力がないときに、波長; I の出力光がポート 9から出力

1 2

されないように、波長 λ の NRZ信号光の入力がない場合には、両アームを通過した波長 λ のクロック光が 3dB力ブラ 4で干渉する際の位相差が半波長となるように設定

2

されている。

[0057] 本実施形態の全光スィッチにおいては、 NRZ信号光 53が入力されると、先ず、非線形導波路素子 1へ NRZ信号光が入力され、時間 ΔΤが経過した後に非線形導波路素子 2に非線形導波路素子 1へ入力された NRZ信号光よりも低強度の NRZ信号光が入力される。これにより、スイッチングウィンドウがオンとなる過程において、非線形導波路素子 1における非線形屈折率変化の裾引きの部分が、非線形導波路素子 2における非線形屈折率変化によって相殺される。即ち、波長 λ のクロックパルス光

2

光がオンとなる動作において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。

[0058] 同様に、波長; I の NRZ信号光入力がオン力、らオフに切り替わる過程においても、

1

キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。具体的には、波長 I の NRZ信号光入

1

力がオフになると、非線形導波路素子 1におけるキャリア密度が回復して定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。し力、しながら、時間 ΔΤが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子 2への信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。これにより、これ以降は両アームの位相差の変化が抑制され、波長えのクロックパルス光がオフとなる動作においてキャリア密度変化の裾引きの影響は現

2

われない。本実施形態の全光スィッチにおいては、このようにして、波長えの NRZ

1 信号光を入力して波長 λ の RZ出力光を得る波長変換動作が実現される。

2

[0059] 上述したように、本実施形態の全光スィッチにおいては、搬送光としてクロックパルス光を入力した場合においても、スィッチ動作がオフからオンに切り替わる過程及びオン力オフに切り替わる過程において、非線形屈折率変化の緩和時間の影響を受けずに動作させることができる。その結果、従来の全光スィッチよりも広範囲のビットレートの NRZ信号光で動作可能になる。

[0060] 前述の第 1乃至第 3の実施形態の全光スィッチにおいては、 NRZ光の伝搬方向と CW光及びクロックパルス光等の搬送光の搬送方向とが同じであるが、本発明はこれに限定されるものではなぐ NRZ光の伝搬方向と搬送光の搬送方向とが逆方向であつても、同様の効果が得られる。この場合、 NRZ信号光と搬送光とが同じ波長であつてもよレ、。次に、本発明の第 4の実施形態に係る全光スィッチについて説明する。図 5は本実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。なお、図 5においては、図 1 に示す第 1の実施形態の全光スィッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図 5に示すように、本実施形態の全光スィッチは、入力ポート 3 1から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光 (NRZ信号光） 53を 2 つに分配する 3dBカプラ 33と、入力ポート 8から入力された搬送光である CW光 52を 2つに分配する 3dBカプラ 36と、 3dBカプラ 33で分配された一方の NRZ信号光及び 3dBカプラ 36で分配された一方の CW光が入力される 3dBカプラ 34と、 3dBカプラ 3 3で分配された他方の NRZ信号光及び 3dBカプラ 36で分配された他方の CW光が入力される 3dBカプラ 35と、 3dBカプラ 34から出力された光及び 3dBカプラ 35から出力された光を合成して出力ポート 38に出力する 3dB力ブラ 37と、を備えたマッハ' ツェンダー型光回路が設けられている。

[0061] 本実施形態の全光スィッチにおいては、前述のマッハ 'ツェンダー型光回路における NRZ信号光 53の搬送方向と CW光 52の搬送方向とが相互に逆方向になるように、入力ポート 31及び入力ポート 32が配置されている。また、 3dBカプラ 36と 3dBカプラ 34との間に、 SOAを備えた非線形導波路素子 1及び位相調節器 14が設けられており、 3dB力ブラ 36と 3dB力ブラ 35との間には、 SOAを備えた非線形導波路素子 2 及び位相調節器 15が設けられている。この位相調整器 14及び 15は、 NRZ信号光 5 3が入力されないときは、 CW光 52に由来するの出力光が出力ポート 389から出力されないように、 NZR信号光 53の入力がない場合には、両アームを通過した CW光が 3dB力ブラ 4で干渉する際の位相差が半波長になるように設定されている。

[0062] 更に、本実施形態の全光スィッチにおいては、入力された NRZ信号光 53を分配する 3dB力ブラ 33と 3dB力ブラ 34との間に、可変遅延回路 11及び可変減衰器 12が設けられており、 3dBカプラ 33と 3dBカプラ 35との間には、可変減衰器 13が設けられている。可変遅延回路 11は、 3dBカプラ 33で分配された一方の NRZ信号光が非線形導波路素子 1に入力した後で、他方の NRZ信号光が非線形導波路素子 2に入力するように、他方の NRZ信号光の入力を遅らせるものであり、可変遅延回路 11により与えられる 2つの NRZ信号光の入力時間差 Δ Τが、非線形導波路素子 1及び 2における非線形屈折率変化の緩和時間、即ち、キャリア寿命よりも短くなるように設定されている。また、可変減衰器 12及び 13は、非線形導波路素子 2に入力される NRZ信号光を、非線形導波路素子 1入力される NRZ信号光よりも減衰させるものである。なお、本実施形態の全光スィッチにおける上記以外の構成は、前述の第 1の実施形態の全光スィッチと同様である。

[0063] 次に、本実施形態の全光スィッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチは、入力ポート 31に波長えの NRZ信号光 53が入力され、入力ポート 32に波

1

長えの CW光 52が入力される。この波長え及び波長えは、いずれも SOAの利得

2 1 2

領域内に設定される。そして、入力ポート 31に入力された波長; I の NRZ信号光 53

1

は、 3dB力ブラ 33で 2つに分配された後、一方は、可変遅延回路 11、可変減衰器 1 2、 3dB力ブラ 34及び位相調節器 14を通過して非線形導波路素子 1へ入力される。他方は、可変減衰器 13、 3dB力ブラ 35及び位相調節器 15を通過して非線形導波路素子 2へ入力される。このとき、可変遅延回路 11により、非線形導波路素子 1及び 2に入力される NRZ信号光には Δ Τの時間差がつけられる。そして、非線形導波路素子 1及び 2は、 NRZ信号光が入力されると、キャリア密度が減少し、屈折率が変化する。

[0064] —方、入力ポート 32に入力された波長えの CW光 52は、 3dBカプラ 36でー且分

2

配された後、一方が非線形導波路素子 1に、他方が非線形導波路素子 2に入力され、非線形導波路 1及び 2において、屈折率変化 (非線形位相シフト）を受ける。その際、非線形導波路素子 1及び 2内においては、 CW光及び NRZ信号光が相互に逆方向に伝搬する。そして、非線形導波路素子 1及び 2を通過した CW光は、 3dB力ブラ 3 7で再び合波されて NRZデータ変調光となり、波長変換光としてポート 38から出力される。

[0065] 本実施形態の全光スィッチにおいては、 NRZ信号光が入力され、非線形導波路素子 1において非線形屈折率変化が励起されると、非線形導波路素子 1を通過する波長 λ の CW光が非線形位相シフトを受け、出力ポート 38からの波長; I の光出力が

2 2 オンとなる。この非線形導波路素子 1における非線形位相シフト量は、時間 ΔΤが経過するまでに少なくとも π /2程度であることが好ましぐ πに近いことがより好ましレ、。また、非線形導波路素子 1に NRZ信号光が入力されてから時間 ΔΤが経過した後、波長 λ の NRZ信号光が非線形導波路素子 2にも入力され、非線形導波路素子 2 のキャリア密度が減少すると共に、屈折率が変化する。これにより、非線形導波路素子 2を通過する波長えの CW光も非線形位相シフトを受けることになる。非線形導波

2

路素子 2における非線形位相シフトは、非線形導波路素子 1で生じてレ、た非線形位相シフトと同符号で、且つ非線形導波路素子 1の非線形位相シフトよりも小さい。これにより、非線形導波路素子 1において非線形位相シフトが生じてから時間 Δ Τ経過した以降の裾引きの部分を相殺することができる。その結果、波長えの光出力がオフ

2

力、らオンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因する裾引きが抑制される。

[0066] また、本発明の全光スィッチにおいては、波長; I の NRZ信号光入力がオンからォ

1

フに切り替わる過程においても同様にキャリア寿命に起因する裾引きを抑制することができる。具体的には、波長 λ の NRZ信号光入力がオフになると、非線形導波路素子 1におけるキャリア密度が回復して定常状態へ近づく。その時定数は、キャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。し力、しながら、時間 Δ Τが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子 2への NRZ信号光入力もオフとなり、キャリア密度の回復が始まる。これにより、これ以降は両アームの位相差の変化が抑制され、波長えの光出力にはキャリア密度

2

変化の裾引きの影響は現われない。このようにして、波長えの NRZ信号光を入力し

1

て波長 λ の NRZ出力光を得る波長変換動作が実現される。

2

[0067] なお、本実施形態の全光スィッチにおいても、 CW光の代わりにクロックパルス光を入力することにより、 NRZ— RZ変換された光を出力することができる。

[0068] 次に、本発明の第 5の実施形態の全光スィッチについて説明する。図 6は本実施形態の全光スィッチの構成を示す図である。なお、図 6においては、図 3に示す第 2の実施形態の全光スィッチと構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図 6に示すように、本実施形態の全光スィッチは、入力ポート 41から入力された非ゼロ復帰方式でデータ変調された信号光 (NRZ信号光） 53を両アームに分配するカプラ 43と、入力ポート 42から入力された CW光 52を両アームに分配する力プラ 44と、を備えたマッハ'ツェンダー型光回路が設けられている。このマッハ'ツエンダー型光回路においては、 NRZ信号光 53の搬送方向と CW光 52の搬送方向とが相互に逆方向になるように、入力ポート 41及び入力ポート 42が配置されており、両ァームを通過した CW光 52は、カプラ 43で合成されて出力ポート 45に出力される。

[0069] また、この全光スィッチは、前述のマッハ'ツェンダー型光回路における 2つのァームのうち、一方のアームには、 SOAを備えた非線形導波路素子 1及び位相調節器 1 4が設けられており、他方のアームには、 SOAを備えた非線形導波路素子 2及び位相調節器 15が設けられている。そして、非線形導波路素子 1と非線形導波路素子 2 とは、力ブラ 43までの光路長が相互に異なるように配置されている。具体的には、力ブラ 43から非線形導波路素子 1までの光路長 L力力ブラ 43から非線形導波路素

1

子 2までの光路長 Lよりも短くなるように配置されてレ、る。更に、本実施形態の全光ス

2

イッチにおいては、非線形導波路素子 1において引き起こされる屈折率変化 (非線形位相シフト）力非線形導波路素子 2において引き起こされる屈折率変化よも大きくなるように、力ブラ 43における分配比を非対称としている。更にまた、本実施形態の全光スィッチにおける位相調整器 14及び 15は、 NRZ信号光 53が入力されない場合に、 CW光 52に由来する出力光が出力ポート 45から出力されないようにするため、 N RZ信号光 53の入力がない場合には、両アームを通過した CW光がカプラ 43で干渉する際の位相差が半波長となるように設定されている。なお、本実施形態の全光スィツチにおける上記以外の構成は、前述の第 2の実施形態の全光スィッチと同様である。

[0070] 次に、本実施形態の全光スィッチの動作について説明する。本実施形態の全光スイッチにおいては、入力ポート 41に波長; I の NRZ信号光 53が入力され、入力ポート 42に波長 λ の CW光 52が入力される。この波長; I 及び波長; I は、いずれも S〇

2 1 2

Aの利得領域内に設定される。そして、入力ポート 41に入力された NRZ信号光 53は、力ブラ 43で両アームに分配された後、一方は非線形導波路素子 1へ入力され、他方は非線形導波路素子 2へ入力される。これにより、非線形導波路素子 1及び 2において夫々非線形屈折率変化が励起される。この全光スィッチにおいては、力ブラ 43 から非線形導波路素子 1までの光路長 Lが、力ブラ 43から非線形導波路素子 2までの光路長 Lよりも短くなつており、力ブラ 43における分配比が非対称となっているた

2

め、非線形導波路素子 1において引き起こされる屈折率変化 (非線形位相シフト）は、非線形導波路素子 2において引き起こされる屈折率変化よりも大きくなる。

[0071] 一方、入力ポート 42に入力された波長えの CW光 52は、カプラ 44で両アームに

2

分配された後、一方は位相調節器 14を経由して位相非線形導波路素子 1に入力され、他方は、位相調節器 15を経由して位相非線形導波路素子 2に入力される。そして、位相非線形導波路素子 1及び 2において非線形位相シフトを受ける。このとき、非線形導波路素子 1及び 2内においては、 CW光及び NRZ信号光が相互に逆方向に伝搬する。そして、非線形導波路素子 1及び 2を通過した CW光は、力ブラ 43で再び合波されて NRZデータ変調光となり、波長変換光として出力ポート 45から出力される。

[0072] 本実施形態の全光スィッチにおいては、力ブラ 43から非線形導波路素子 1までの光路長 L力力ブラ 43から非線形導波路素子 2までの光路長 Lよりも短いため、両

1 2 アームを通過してきた波長 λ の光が力ブラ 43において合波される際、非線形位相

2

シフトの立ち上がりに時間 ΔΤ= (L -L ) /νのずれが生じる。ここで、 Vは群速度で

2 1 g ある。具体的には、先ず、非線形導波路素子 1を通過した波長 λ の光の非線形位

2 相シフトによって両アーム間の位相差が変化し、出力ポート 45からの波長変換光の出力がオンとなる。そして、時間 ΔΤが経過した後、非線形導波路素子 2を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトが、非線形導波路素子 1を通過した波長 λ の光の

2 2 非線形位相シフトにおける時間 Δ Τ経過後の裾引きの部分を相殺する。これにより、波長 λ の光出力がオフ力オンに切り替わる過程において、キャリア寿命に起因す

2

る裾引きが抑制される。

[0073] 同様に、本実施形態の全光スィッチにおいては、波長; I の信号光入力がオンから

1

オフに切り替わる過程においても、キャリア寿命に起因する裾引きを抑制することができる。この全光スィッチにおいては、波長 λ の信号光入力がオフになると、非線形導波路素子 11、 12におけるキャリア密度は回復して定常状態へ近づく。その際の定数はキャリア寿命で定まり、キャリア密度の時間変化は裾引きを示す。しかしながら、両アームの光路長が相互に異なっているため、先ず、非線形導波路素子 1を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトが回復していくことによって両アーム間の位相差

2

が初期状態に向かい、出力ポート 45からの波長変換光の出力がオフとなる。そして、時間 ΔΤが経過した後、両アーム間の位相差がほぼ初期状態に戻った時点で、非線形導波路素子 2を通過した波長 λ の光の非線形位相シフトも回復していくこのため

2

、これ以降は両アームの位相差の変化は抑制され、波長えの光出力にはキャリア密

2

度変化の裾引きの影響は現われない。本実施形態の全光スィッチにおいては、このようにして、波長えの NRZ信号光 53を入力し、波長 λ の NRZ出力光を得る波長変

1 2

換動作が実現される。

[0074] なお、本実施形態の全光スィッチにおいても、 CW光の代わりにクロックパルス光を入力することにより、 NRZ— RZ変換された光を出力することができる。

[0075] また、前述の第 1乃至 6の実施形態の全光スィッチにおいては、両アームで生じる非線形位相シフトが相互に異なるようにするため、両アームの非線形導波路素子に入力する信号光強度が異なるようにしているが、非線形導波路素子として S〇Aを使用する場合には、両アームで生じる非線形位相シフトが異なるようにする方法として、位相シフトと利得変化の比（アルファ 'パラメタ）が異なる SOAを使用する方法、微分利得係数が異なる S〇Aを使用する方法、注入電流量が異なる SOAを使用する方法及び光閉じ込め係数が異なる SOAを使用する方法等を適用することもできる。

[0076] 更に、前述の第 1乃至 6の実施形態の全光スィッチにおける両アームに非線形導波路素子を備えたマッハ'ツェンダー光回路は、半導体上にモノリシック集積されたものでもよぐ半導体非線形導波路素子を石英系等の材料で作製される平面光回路にハイブリッド集積されたものでもよい。また、ディスクリートな光部品により構成されたものでもよい。

産業上の利用可能性

[0077] 本発明は、光ファイバ通信及び光情報処理用の波長変換器として利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 非ゼロ復帰方式の信号光が入力される第 1の入力ポートと、搬送光が入力される第 2 の入力ポートと、第 1及び第 2の光路と、前記第 1及び第 2の入力ポートに入力された光を夫々前記第 1及び第 2の光路に分配する分配部と、前記第 1の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち一方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち一方の搬送光が入力され前記一方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記一方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第 1の非線形光学素子と、前記第 2の光路に設けられ前記分配部により分配された信号光のうち他方の信号光及び前記分配部により分配された搬送光のうち他方の搬送光が入力され前記他方の信号光により屈折率が非線形に変化して前記他方の搬送光の位相を非線形にシフトさせる第 2の非線形光学素子と、前記第 2の非線形光学素子に入力される前記他方の信号光を前記第 1の非線形光学素子に入力される前記一方の信号光よりも減衰させる減衰部と、前記第 1の非線形光学素子に前記一方の信号光が入力した後に前記第 2の非線形光学素子へ前記他方の信号光が入力するようにする遅延部と、前記第 1及び第 2の光路を通過した光を合成する合成部とを有し、前記遅延部により前記他方の信号光の入力が遅延される時間は、前記第 1及び第 2の非線形光学素子における非線形屈折率変化の緩和時間よりも短レ、ことを特徴とする全光スィッチ。

[2] 前記第 1及び第 2の入力ポートは、前記信号光の伝搬方向と前記搬送光の伝搬方向とが逆方向になるように配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の全光スイツチ。

[3] 前記搬送光は、無変調連続光であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の全光スィッチ。

[4] 前記搬送光は、前記信号光に同期したクロックパルス光であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の全光スィッチ。

[5] 前記遅延部は、前記第 2の光路における前記分配部から前記第 2の非線形光学素子までの光路長を、前記第 1の光路における前記分配部から前記第 1の非線形素子までの光路長よりも長くすることにより形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 4 のレ、ずれか 1項に記載の全光スィッチ。