JP3391267B2 - 全光スイッチ及び波長変換器 - Google Patents
全光スイッチ及び波長変換器Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/004—Transferring the modulation of modulated light, i.e. transferring the information from one optical carrier of a first wavelength to a second optical carrier of a second wavelength, e.g. all-optical wavelength converter
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信又は光情報
処理に用いられる光スイッチ及び波長変換器に関し、特
に、超高速な時分割多重光通信において用いられる光ス
イッチに関する。
処理に用いられる光スイッチ及び波長変換器に関し、特
に、超高速な時分割多重光通信において用いられる光ス
イッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、所謂全光式（ａｌｌ−ｏｐｔｉ
ｃａｌ）の光スイッチ及び波長変換器が知られており、
これら光スイッチ及び波長変換器を用いると、極めて高
速な光通信を行うことができる。
ｃａｌ）の光スイッチ及び波長変換器が知られており、
これら光スイッチ及び波長変換器を用いると、極めて高
速な光通信を行うことができる。
【０００３】このような光スイッチとして、例えば、非
線形半導体導波路とマッハツェンダー型干渉計とを組み
合わせた対称マッハツェンダー型全光スイッチ（以下従
来例１という）が知られている（例えば、特開平７−２
０５１０号公報及びＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ誌、第３２
巻、Ｌ１７４６〜１７４９頁、１９９３年）。この全光
スイッチは、時間多重解除装置（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｘｅｒ）を意図して提案されたものであるが、入力パル
スと異なる波長を持つ光パルスを生成することもでき
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、
第６５巻、２８３〜２８５頁、１９９４年）従って、波
長変換器の機能を兼ね備えている。
線形半導体導波路とマッハツェンダー型干渉計とを組み
合わせた対称マッハツェンダー型全光スイッチ（以下従
来例１という）が知られている（例えば、特開平７−２
０５１０号公報及びＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ誌、第３２
巻、Ｌ１７４６〜１７４９頁、１９９３年）。この全光
スイッチは、時間多重解除装置（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｘｅｒ）を意図して提案されたものであるが、入力パル
スと異なる波長を持つ光パルスを生成することもでき
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、
第６５巻、２８３〜２８５頁、１９９４年）従って、波
長変換器の機能を兼ね備えている。
【０００４】さらに、上述の従来例１を改良した、安定
性の高い偏光分離型全光スイッチ（以下従来例２とい
う）が知られており（例えば、特開平８−１７９３８５
号公報及びＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ誌、第６７巻、３７０９〜３７１１頁、１９９５
年）、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第８巻、１６９５〜１６９
７頁、１９９６年にも、従来例２と同様のメカニズムで
動作する偏光分離型全光スイッチが報告されている。そ
して、これら偏光分離型全光スイッチも波長変換器とし
ての機能を兼ね備えている。
性の高い偏光分離型全光スイッチ（以下従来例２とい
う）が知られており（例えば、特開平８−１７９３８５
号公報及びＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ誌、第６７巻、３７０９〜３７１１頁、１９９５
年）、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第８巻、１６９５〜１６９
７頁、１９９６年にも、従来例２と同様のメカニズムで
動作する偏光分離型全光スイッチが報告されている。そ
して、これら偏光分離型全光スイッチも波長変換器とし
ての機能を兼ね備えている。
【０００５】一方、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ誌、第３０巻、３３９〜３４１頁、１９９４年に
は、マッハツェンダー型干渉計の代りにＳａｇｎａｃ型
干渉計と半導体光増幅器とを組み合わせた全光スイッチ
（以下従来例３という）が報告されている。この従来例
３においては、動作原理が従来例１及び２とほぼ類似し
ており、従来例１及び２に近い高速動作が可能である。
ｅｒｓ誌、第３０巻、３３９〜３４１頁、１９９４年に
は、マッハツェンダー型干渉計の代りにＳａｇｎａｃ型
干渉計と半導体光増幅器とを組み合わせた全光スイッチ
（以下従来例３という）が報告されている。この従来例
３においては、動作原理が従来例１及び２とほぼ類似し
ており、従来例１及び２に近い高速動作が可能である。
【０００６】さらに、特願平０９−１１１６３３、及び
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第１０巻、３４６〜３４８頁、１
９９８年には、上記の従来例２の構造を簡素化したＤＩ
ＳＣ型波長変換器（以下従来例４という）が報告されて
いる。
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第１０巻、３４６〜３４８頁、１
９９８年には、上記の従来例２の構造を簡素化したＤＩ
ＳＣ型波長変換器（以下従来例４という）が報告されて
いる。
【０００７】前述の従来例１〜３において、全光スイッ
チは、Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ（ＲＺ）光信号列
から一定時間間隔毎に光信号を抽出しており（時分割多
重解除装置）、その抽出のタイミングは、ＲＺ信号列と
とともに全光スイッチに入力される制御光パルスによっ
て制御される。これら全光スイッチでは、非線形半導体
導波路又は半導体光増幅器のキャリア寿命よりもはるか
に短い信号間隔の超高速ＲＺ光信号列を多重解除でき
る。一方、半導体のキャリア寿命は１００ｐｓ〜１０ｎ
ｓと極めて長い。
チは、Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ（ＲＺ）光信号列
から一定時間間隔毎に光信号を抽出しており（時分割多
重解除装置）、その抽出のタイミングは、ＲＺ信号列と
とともに全光スイッチに入力される制御光パルスによっ
て制御される。これら全光スイッチでは、非線形半導体
導波路又は半導体光増幅器のキャリア寿命よりもはるか
に短い信号間隔の超高速ＲＺ光信号列を多重解除でき
る。一方、半導体のキャリア寿命は１００ｐｓ〜１０ｎ
ｓと極めて長い。
【０００８】従来例１〜３に記載された全光スイッチを
用いて、ＲＺ光信号の波長を変換する際には、全光スイ
ッチの制御光パルス入力ポートに波長λ1 のＲＺ光信号
列を入力し、光信号入力ポートに波長λ2 の連続光を入
力する。これによって、入力ＲＺ光信号パルスの有無に
応じて全光スイッチが開閉する。その結果、入力ＲＺ光
信号パルスの有無に応じて波長λ2 の連続光がオン・オ
フされ、波長λ2 のＲＺ光信号となって出力される。な
お、従来例４は、ＲＺ光信号の波長変換器としてのみ機
能する。波長変換器として用いた場合には、非線形半導
体導波路又は半導体光増幅器のキャリア寿命よりも短い
光パルスを出力することができる。
用いて、ＲＺ光信号の波長を変換する際には、全光スイ
ッチの制御光パルス入力ポートに波長λ1 のＲＺ光信号
列を入力し、光信号入力ポートに波長λ2 の連続光を入
力する。これによって、入力ＲＺ光信号パルスの有無に
応じて全光スイッチが開閉する。その結果、入力ＲＺ光
信号パルスの有無に応じて波長λ2 の連続光がオン・オ
フされ、波長λ2 のＲＺ光信号となって出力される。な
お、従来例４は、ＲＺ光信号の波長変換器としてのみ機
能する。波長変換器として用いた場合には、非線形半導
体導波路又は半導体光増幅器のキャリア寿命よりも短い
光パルスを出力することができる。
【０００９】ここで、従来の全光スイッチの一例として
上述の従来例１について図面を参照して具体的に説明す
る。
上述の従来例１について図面を参照して具体的に説明す
る。
【００１０】図１を参照して、図示の全光スイッチは、
半導体導波路１０及び１１、制御光パルスを入力する第
１入力ポート１２、信号光パルスを入力する第２入力ポ
ート１８、及び信号出力ポート２２及び２３を備えてい
る。
半導体導波路１０及び１１、制御光パルスを入力する第
１入力ポート１２、信号光パルスを入力する第２入力ポ
ート１８、及び信号出力ポート２２及び２３を備えてい
る。
【００１１】入力ポート１２に入力された制御光パルス
（波長λ1 ）は、分岐部１３で５０：５０に分割されて
第１及び第２の制御光パルスとされる。第１の制御光パ
ルスは合流部１６を介して半導体導波路１０に到達す
る。一方、第２の制御光パルスは合流部１７を介して半
導体導波路１１に到達する。ここでは、分岐部１３から
半導体導波路１１までの光路長は、分岐部１３から半導
体導波路１０までの光路長より長く、このため、第２の
制御光パルスが半導体導波路１１に到達する時刻は第１
の制御光パルスが半導体導波路１０に到達する時刻より
遅れことになる（ここでは、遅れ時間をΔｔとする）。
（波長λ1 ）は、分岐部１３で５０：５０に分割されて
第１及び第２の制御光パルスとされる。第１の制御光パ
ルスは合流部１６を介して半導体導波路１０に到達す
る。一方、第２の制御光パルスは合流部１７を介して半
導体導波路１１に到達する。ここでは、分岐部１３から
半導体導波路１１までの光路長は、分岐部１３から半導
体導波路１０までの光路長より長く、このため、第２の
制御光パルスが半導体導波路１１に到達する時刻は第１
の制御光パルスが半導体導波路１０に到達する時刻より
遅れことになる（ここでは、遅れ時間をΔｔとする）。
【００１２】半導体導波路１０及び１１がそれぞれ第１
及び第２の制御光パルスを受けると、半導体導波路１０
及び１１の屈折率が過度的に変化する（所謂非線形屈折
率変化が発生する）。このような非線形屈折率変化は、
半導体導波路内部のキャリア密度が変化するため発生す
る。つまり、キャリア密度が増加すると屈折率は減少
し、キャリア密度が低下すると屈折率は増大する（バン
ドフィリング効果）。
及び第２の制御光パルスを受けると、半導体導波路１０
及び１１の屈折率が過度的に変化する（所謂非線形屈折
率変化が発生する）。このような非線形屈折率変化は、
半導体導波路内部のキャリア密度が変化するため発生す
る。つまり、キャリア密度が増加すると屈折率は減少
し、キャリア密度が低下すると屈折率は増大する（バン
ドフィリング効果）。
【００１３】半導体導波路１０及び１１が半導体光増幅
器の場合には、屈折率は一定時間増加し、その後元に戻
ることになる。屈折率が増加する時間は、制御光パルス
のパルス幅に概ね等しい。一方、屈折率の回復の時定数
は、半導体光増幅器のキャリア寿命に等しい。
器の場合には、屈折率は一定時間増加し、その後元に戻
ることになる。屈折率が増加する時間は、制御光パルス
のパルス幅に概ね等しい。一方、屈折率の回復の時定数
は、半導体光増幅器のキャリア寿命に等しい。
【００１４】一方、半導体導波路が吸収型半導体導波路
の場合には、屈折率は一定時間減少し、その後元に戻
る。屈折率の減少する時間は制御光パルスのパルス幅に
概ね等く、回復の時定数は半導体導波路のキャリア寿命
に等しい。
の場合には、屈折率は一定時間減少し、その後元に戻
る。屈折率の減少する時間は制御光パルスのパルス幅に
概ね等く、回復の時定数は半導体導波路のキャリア寿命
に等しい。
【００１５】入力ポート１８に入力された信号光パルス
（波長λ2 ）は分岐部１９で５０：５０に分割され第１
及び第２の信号光パルスとなる。第１の信号光パルスは
合流部１６及び半導体導波路１０を通って合流部２０に
到達する。一方、第２の信号光パルスは合流部１７、半
導体導波路１１、及び位相調整器２６を通って合流部２
０に到達する。
（波長λ2 ）は分岐部１９で５０：５０に分割され第１
及び第２の信号光パルスとなる。第１の信号光パルスは
合流部１６及び半導体導波路１０を通って合流部２０に
到達する。一方、第２の信号光パルスは合流部１７、半
導体導波路１１、及び位相調整器２６を通って合流部２
０に到達する。
【００１６】第１及び第２の入力光パルスは合流部２０
で合流して干渉を起こすことになる。つまり、干渉光が
発生する。この干渉光は分岐部２１で５０：５０に分割
されて第１及び第２の干渉光となる。第１の干渉光は波
長フィルター２４を介して出力ポート２２に到達する。
一方、第２の干渉光は波長フィルター２５を介して出力
ポート２３に到達する。
で合流して干渉を起こすことになる。つまり、干渉光が
発生する。この干渉光は分岐部２１で５０：５０に分割
されて第１及び第２の干渉光となる。第１の干渉光は波
長フィルター２４を介して出力ポート２２に到達する。
一方、第２の干渉光は波長フィルター２５を介して出力
ポート２３に到達する。
【００１７】ところで、分岐部１９から半導体導波路１
０を経て合流部２０に至る光経路及び分岐部１９から半
導体導波路１１及び位相調整器２６を経て合流部２０に
至る光回路は、所謂マッハツェンダー型干渉計を構成す
る。この際、分岐部１９から合流部１６及び半導体導波
路１０を経て合流部２０に至るアームの光路長が、分岐
部１９から合流部１７、半導体導波路１１、及び位相調
整器２６を経て合流部２０に至るアームの光路長にほぼ
等しくなるように、光路長が調整される。
０を経て合流部２０に至る光経路及び分岐部１９から半
導体導波路１１及び位相調整器２６を経て合流部２０に
至る光回路は、所謂マッハツェンダー型干渉計を構成す
る。この際、分岐部１９から合流部１６及び半導体導波
路１０を経て合流部２０に至るアームの光路長が、分岐
部１９から合流部１７、半導体導波路１１、及び位相調
整器２６を経て合流部２０に至るアームの光路長にほぼ
等しくなるように、光路長が調整される。
【００１８】前述のように、制御光パルスによって半導
体導波路１０及び１１の屈折率が過度的に変化して、こ
れによって、半導体導波路１０及び１１を通過する信号
光パルスの位相が過度的に変化する（所謂非線形位相シ
フト）。ここで、図２（ａ）に、信号光パルスの位相変
化の一例を示す。図２（ａ）において、制御光パルス幅
を２ｐｓ、Δｔを２５ｐｓ、スイッチ動作時間間隔（制
御光パルス間隔）を１ｎｓ、キャリア寿命を１０ｎｓと
した。
体導波路１０及び１１の屈折率が過度的に変化して、こ
れによって、半導体導波路１０及び１１を通過する信号
光パルスの位相が過度的に変化する（所謂非線形位相シ
フト）。ここで、図２（ａ）に、信号光パルスの位相変
化の一例を示す。図２（ａ）において、制御光パルス幅
を２ｐｓ、Δｔを２５ｐｓ、スイッチ動作時間間隔（制
御光パルス間隔）を１ｎｓ、キャリア寿命を１０ｎｓと
した。
【００１９】ここで、入力信号光パルスの電界をＥ
IN(t) 、半導体導波路１０を透過した信号光パルス（Ａ
成分：第１の信号光パルス）の電界をＥA (t) 、半導体
導波路１１を透過した信号光パルス（Ｂ成分：第２の信
号光パルス）の電界をＥB (t) とすると、
IN(t) 、半導体導波路１０を透過した信号光パルス（Ａ
成分：第１の信号光パルス）の電界をＥA (t) 、半導体
導波路１１を透過した信号光パルス（Ｂ成分：第２の信
号光パルス）の電界をＥB (t) とすると、
【００２０】
【数１】
と表される。図２（ａ）の実線はＡ成分の位相変化ΦA
(t) 、破線はＢ成分の位相変化ΦB (t) を示す（動作例
１）。なお、半導体導波路は半導体光増幅器とした。
(t) 、破線はＢ成分の位相変化ΦB (t) を示す（動作例
１）。なお、半導体導波路は半導体光増幅器とした。
【００２１】信号光パルスが１つ到着して半導体光増幅
器の屈折率が増加すると、信号光パルスの位相が増加す
る。Ｂ成分の位相の増加量はＡ成分の位相増加量に等し
い。半導体光増幅器の屈折率が回復すると、信号光の位
相も回復する。半導体光増幅器１１の屈折率変化は半導
体光増幅器１０よりΔｔ遅れるから、第２の信号光パル
ス（Ｂ成分）の位相変化は第１の信号光パルス（Ａ成
分）よりΔｔ遅れることになる。つまり、
器の屈折率が増加すると、信号光パルスの位相が増加す
る。Ｂ成分の位相の増加量はＡ成分の位相増加量に等し
い。半導体光増幅器の屈折率が回復すると、信号光の位
相も回復する。半導体光増幅器１１の屈折率変化は半導
体光増幅器１０よりΔｔ遅れるから、第２の信号光パル
ス（Ｂ成分）の位相変化は第１の信号光パルス（Ａ成
分）よりΔｔ遅れることになる。つまり、
【００２２】
【数２】
が成り立つ。なお、半導体導波路１１の非線形位相シフ
ト量の大きさは半導体導波路１０に等しいとした。ここ
では、位相バイアスΦb は位相調整器２６によって調整
される。
ト量の大きさは半導体導波路１０に等しいとした。ここ
では、位相バイアスΦb は位相調整器２６によって調整
される。
【００２３】Ａ成分とＢ成分が合流部２０で干渉して干
渉光となった後、出力ポート２２に到達する干渉光（Ｐ
成分：第１の干渉光）の電界、
渉光となった後、出力ポート２２に到達する干渉光（Ｐ
成分：第１の干渉光）の電界、
【００２４】
【数３】
に対して、出力ポート２３に到達する干渉光（Ｑ成分：
第２の干渉光）はＰ成分の補償成分、
第２の干渉光）はＰ成分の補償成分、
【００２５】
【数４】
となる。
【００２６】式１〜５により、
【００２７】
【数５】
となる。従って、全光スイッチの信号光に対する複素透
過率は、
過率は、
【００２８】
【数６】
強度透過率は、
【００２９】
【数７】
である。
【００３０】図示の例では、位相バイアスΦb を、
【００３１】
【数８】
と調整する（図２ａ）。位相差ΦA （ｔ）−ΦB （ｔ）
を図２ｂに、信号強度透過率｜Ｔ（ｔ）｜2 を図２ｃに
示す。Ａ成分が非線形位相シフトを起こす前（ｔ＜ｔ0
＝約０ｐｓ）及びＢ成分が非線形位相シフトを起こした
後（ｔ＜ｔ0 ＋Δｔ＝約２５ｐｓ）は、
を図２ｂに、信号強度透過率｜Ｔ（ｔ）｜2 を図２ｃに
示す。Ａ成分が非線形位相シフトを起こす前（ｔ＜ｔ0
＝約０ｐｓ）及びＢ成分が非線形位相シフトを起こした
後（ｔ＜ｔ0 ＋Δｔ＝約２５ｐｓ）は、
【００３２】
【数９】
である。従って、全光スイッチの透過率は、ｔ0 ＜ｔ＜
ｔ0 ＋Δｔを充たす間だけ０（ゼロ）でない有限の値を
とる（図２ｃ）。
ｔ0 ＋Δｔを充たす間だけ０（ゼロ）でない有限の値を
とる（図２ｃ）。
【００３３】全光スイッチが信号光パルス列から信号光
パルスを抽出する様子を図３に模式的に示す。制御光パ
ルスが全光スイッチに入る時刻をｔ1 −Δｔ／２とする
（図３ａ）。全光スイッチは、ｔ1 −Δｔ／２からｔ1
＋Δｔ／２の間だけ信号光パルスを透過する（図３
ｂ）。なお、信号光パルスのパルス幅はΔｔよりも狭い
ものとする。これによって、全光スイッチは、時刻ｔN
（Ｎ＝−１，０，１，２，…）に入力される信号光パル
ス（図３ｃ）のうち、時刻ｔ1 の信号光パルスだけを透
過し（図３ｄ）、出力ポート２２から出力する。一方、
入力信号光パルスのうち時刻ｔ1 の信号光パルスだけを
取り除かれた信号光パルス列（図３ｅ）が出力ポート２
３から出力される。
パルスを抽出する様子を図３に模式的に示す。制御光パ
ルスが全光スイッチに入る時刻をｔ1 −Δｔ／２とする
（図３ａ）。全光スイッチは、ｔ1 −Δｔ／２からｔ1
＋Δｔ／２の間だけ信号光パルスを透過する（図３
ｂ）。なお、信号光パルスのパルス幅はΔｔよりも狭い
ものとする。これによって、全光スイッチは、時刻ｔN
（Ｎ＝−１，０，１，２，…）に入力される信号光パル
ス（図３ｃ）のうち、時刻ｔ1 の信号光パルスだけを透
過し（図３ｄ）、出力ポート２２から出力する。一方、
入力信号光パルスのうち時刻ｔ1 の信号光パルスだけを
取り除かれた信号光パルス列（図３ｅ）が出力ポート２
３から出力される。
【００３４】なお、半導体導波路として半導体光増幅器
を用いる場合、制御光パルスが半導体光増幅器によって
効率的に増幅されるように、制御光パルス波長を選ぶ必
要がある。半導体光増幅器で増幅された制御光パルスは
フィルタ２４，２５により除去される。半導体光増幅器
を通過する信号光による半導体光増幅器のキャリア数変
化が、制御光パルスによるキャリア数変化に比べて無視
できるほど小さいように、信号光パルスの強度や半導体
光増幅器の活性層のバンドギャップを選ぶ。
を用いる場合、制御光パルスが半導体光増幅器によって
効率的に増幅されるように、制御光パルス波長を選ぶ必
要がある。半導体光増幅器で増幅された制御光パルスは
フィルタ２４，２５により除去される。半導体光増幅器
を通過する信号光による半導体光増幅器のキャリア数変
化が、制御光パルスによるキャリア数変化に比べて無視
できるほど小さいように、信号光パルスの強度や半導体
光増幅器の活性層のバンドギャップを選ぶ。
【００３５】一方、半導体導波路として吸収型半導体導
波路を用いる場合には、制御光パルスが吸収型半導体導
波路に効率的に吸収されるように制御光パルス波長を選
ぶ必要がある。また、吸収型半導体導波路を通過する信
号光が吸収型半導体導波路に吸収されないように半導体
導波路の活性層のバンドギャップを選ぶ必要がある。な
お、吸収型半導体導波路を用いた場合、図２ａの非線形
位相変化の符号が半導体光増幅器の場合と反対となる。
波路を用いる場合には、制御光パルスが吸収型半導体導
波路に効率的に吸収されるように制御光パルス波長を選
ぶ必要がある。また、吸収型半導体導波路を通過する信
号光が吸収型半導体導波路に吸収されないように半導体
導波路の活性層のバンドギャップを選ぶ必要がある。な
お、吸収型半導体導波路を用いた場合、図２ａの非線形
位相変化の符号が半導体光増幅器の場合と反対となる。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１に示す
全光スイッチの場合、全光スイッチの動作時間間隔が短
いと、つまり、制御光パルス間隔が短いと、消光比が低
下する。ここで、６０Ｇｂｐｓの信号光パルス列から１
０Ｇｂｐｓの信号光パルス列を抽出する全光スイッチ動
作の１例を図４ａ〜ｃに示す（動作例２）。ここでは、
制御光パルス幅を２ｐｓ、Δｔを１６．６ｐｓ、スイッ
チ動作時間間隔（制御光パルス間隔）を１００ｐｓ、キ
ャリア寿命を５００ｎｓとした。なお、Δｔは６０Ｇｂ
ｐｓ信号間隔に、スイッチ動作時間間隔は１０Ｇｂｐｓ
信号間隔に合わせている。
全光スイッチの場合、全光スイッチの動作時間間隔が短
いと、つまり、制御光パルス間隔が短いと、消光比が低
下する。ここで、６０Ｇｂｐｓの信号光パルス列から１
０Ｇｂｐｓの信号光パルス列を抽出する全光スイッチ動
作の１例を図４ａ〜ｃに示す（動作例２）。ここでは、
制御光パルス幅を２ｐｓ、Δｔを１６．６ｐｓ、スイッ
チ動作時間間隔（制御光パルス間隔）を１００ｐｓ、キ
ャリア寿命を５００ｎｓとした。なお、Δｔは６０Ｇｂ
ｐｓ信号間隔に、スイッチ動作時間間隔は１０Ｇｂｐｓ
信号間隔に合わせている。
【００３７】動作例２に示すように、動作時間間隔が短
いと、式１０と式１１が成り立たなくなる。つまり、Ａ
成分が非線形位相シフトを起こす前（ｔ＜ｔ0 ）及びＢ
成分が非線形位相シフトを起こした後（ｔ＜ｔ0 ＋Δ
ｔ）における位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπからずれて
しまい（図４ｂ）、ｔ＜ｔ0 及びｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおい
ても、信号光パルスに対する透過率が０とならない（図
４ｃ）。
いと、式１０と式１１が成り立たなくなる。つまり、Ａ
成分が非線形位相シフトを起こす前（ｔ＜ｔ0 ）及びＢ
成分が非線形位相シフトを起こした後（ｔ＜ｔ0 ＋Δ
ｔ）における位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπからずれて
しまい（図４ｂ）、ｔ＜ｔ0 及びｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおい
ても、信号光パルスに対する透過率が０とならない（図
４ｃ）。
【００３８】動作例２の全光スイッチが信号光パルス列
から信号光パルスを抽出する様子を図５に模式的に示
す。図５において、ｔ＜ｔ0 及びｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおい
ても信号光パルスに対する透過率が０とならないため
（図５ｂ）、不要な信号光パルス列が出力ポート２２
（図５ｃ）や出力ポート２３（図５ｄ）から漏れ出して
しまう（図５ｃに出力ポート２２について、図５ｄに出
力ポート２３について示す）。このように、従来の全光
スイッチでは、消光比の劣化が発生する。
から信号光パルスを抽出する様子を図５に模式的に示
す。図５において、ｔ＜ｔ0 及びｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおい
ても信号光パルスに対する透過率が０とならないため
（図５ｂ）、不要な信号光パルス列が出力ポート２２
（図５ｃ）や出力ポート２３（図５ｄ）から漏れ出して
しまう（図５ｃに出力ポート２２について、図５ｄに出
力ポート２３について示す）。このように、従来の全光
スイッチでは、消光比の劣化が発生する。
【００３９】ここで、図６ａ〜ｃに、４０Ｇｂｐｓの信
号光パルス列から２Ｇｂｐｓの信号光パルス列を抽出す
る動作例を示す（動作例３）。ここでは、制御光パルス
幅を２ｐｓ、Δｔを２５ｐｓ、スイッチ動作時間間隔
（制御光パルス間隔）を５００ｐｓ、キャリア寿命を７
５ｐｓとした。
号光パルス列から２Ｇｂｐｓの信号光パルス列を抽出す
る動作例を示す（動作例３）。ここでは、制御光パルス
幅を２ｐｓ、Δｔを２５ｐｓ、スイッチ動作時間間隔
（制御光パルス間隔）を５００ｐｓ、キャリア寿命を７
５ｐｓとした。
【００４０】動作例３のように、キャリア寿命が短い場
合においても、式１０と式１１が成り立たなくなる。つ
まり、Ｂ成分が非線形位相シフトを起こした後（ｔ＜ｔ
0 ＋Δｔ）における位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπから
ずれてしまい（図６ｂ）、ｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおいても信
号光パルスに対する透過率が０とならない（図６ｃ）。
合においても、式１０と式１１が成り立たなくなる。つ
まり、Ｂ成分が非線形位相シフトを起こした後（ｔ＜ｔ
0 ＋Δｔ）における位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπから
ずれてしまい（図６ｂ）、ｔ＜ｔ0 ＋Δｔにおいても信
号光パルスに対する透過率が０とならない（図６ｃ）。
【００４１】従って、動作例３の全光スイッチを使って
信号光パルス列を抽出する場合においても、図５と同様
に消光比劣化が発生する。
信号光パルス列を抽出する場合においても、図５と同様
に消光比劣化が発生する。
【００４２】上述の説明から明らかなように、従来例１
〜３に記載された全光スイッチをを時分割多重解除器と
して用いた場合、スイッチ動作時間間隔及びキャリア寿
命がスイッチオン時間幅に比べて極めて長ければ、消光
比は殆ど劣化しない。ところが、スイッチ動作時間間隔
（又はキャリア寿命）がスイッチオン時間幅に近づく
と、消光比が次第に低下してしまう。
〜３に記載された全光スイッチをを時分割多重解除器と
して用いた場合、スイッチ動作時間間隔及びキャリア寿
命がスイッチオン時間幅に比べて極めて長ければ、消光
比は殆ど劣化しない。ところが、スイッチ動作時間間隔
（又はキャリア寿命）がスイッチオン時間幅に近づく
と、消光比が次第に低下してしまう。
【００４３】一方、従来例１〜３に記載された全光スイ
ッチを波長変換器として用いる場合、及び従来例４に記
載された波長変換器の場合においても、光信号間隔及び
キャリア寿命が光信号パルス幅に比べて極めて長けれ
ば、消光比は殆ど劣化しない。ところが、光信号間隔
（又はキャリア寿命）が光信号パルス幅に近づくと、消
光比が次第に低下してしまう。
ッチを波長変換器として用いる場合、及び従来例４に記
載された波長変換器の場合においても、光信号間隔及び
キャリア寿命が光信号パルス幅に比べて極めて長けれ
ば、消光比は殆ど劣化しない。ところが、光信号間隔
（又はキャリア寿命）が光信号パルス幅に近づくと、消
光比が次第に低下してしまう。
【００４４】このように、全光スイッチのスイッチ動作
時間間隔（又は全光スイッチの一部を構成する半導体導
波路のキャリア寿命）が短い場合には、全光スイッチの
消光比が劣化するという問題点があり、全光スイッチを
用いて波長変換を行った際には、出力光信号の消光比が
劣化するという問題点がある。
時間間隔（又は全光スイッチの一部を構成する半導体導
波路のキャリア寿命）が短い場合には、全光スイッチの
消光比が劣化するという問題点があり、全光スイッチを
用いて波長変換を行った際には、出力光信号の消光比が
劣化するという問題点がある。
【００４５】さらに、従来例１〜４においては、全光ス
イッチが停止した状態で最適状態に調整しており、動作
中の全光スイッチを調整することについて、何等考慮さ
れていない。つまり、数十〜数千時間という長時間に渡
って動作を続けると、全光スイッチ内部の光導波路の屈
折率のわずかな変化等が起因して最適動作条件がドリフ
トする。このため、動作中の全光スイッチの最適動作状
態を保持する必要がある。
イッチが停止した状態で最適状態に調整しており、動作
中の全光スイッチを調整することについて、何等考慮さ
れていない。つまり、数十〜数千時間という長時間に渡
って動作を続けると、全光スイッチ内部の光導波路の屈
折率のわずかな変化等が起因して最適動作条件がドリフ
トする。このため、動作中の全光スイッチの最適動作状
態を保持する必要がある。
【００４６】本発明の目的は消光比を改善することので
きる全光スイッチ及び波長変換器を提供することにあ
る。
きる全光スイッチ及び波長変換器を提供することにあ
る。
【００４７】本発明の他の目的はスイッチ動作繰返し周
波数限界を改善することのできる全光スイッチ及び波長
変換器を提供することにある。
波数限界を改善することのできる全光スイッチ及び波長
変換器を提供することにある。
【００４８】本発明のさらに他の目的は常に最適動作状
態の保持することのできる全光スイッチ及び波長変換器
を提供することにある。
態の保持することのできる全光スイッチ及び波長変換器
を提供することにある。
【００４９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
波長を有する第１の入力光に同期して第２の波長を有す
る第２の入力光を透過・遮断して出力光として出力する
全光スイッチであって、非線形半導体導波路を備え前記
第１及び前記第２の入力光が入力される光干渉計と、第
３の波長を有する監視光を前記干渉計を与える監視用レ
ーザ光源と、前記干渉計から出力された監視光が出力監
視光として与えられ該出力監視光に応じて前記干渉計の
位相バイアスを制御する制御手段とを有することを特徴
とする全光スイッチが得られる。
波長を有する第１の入力光に同期して第２の波長を有す
る第２の入力光を透過・遮断して出力光として出力する
全光スイッチであって、非線形半導体導波路を備え前記
第１及び前記第２の入力光が入力される光干渉計と、第
３の波長を有する監視光を前記干渉計を与える監視用レ
ーザ光源と、前記干渉計から出力された監視光が出力監
視光として与えられ該出力監視光に応じて前記干渉計の
位相バイアスを制御する制御手段とを有することを特徴
とする全光スイッチが得られる。
【００５０】さらに、本発明によれば、第１の波長を有
する第１の入力光に同期して第２の波長を有する第２の
入力光を透過・遮断して出力光として出力する全光スイ
ッチであって、前記第１の入力光の光強度を調整して調
整入力光とする調整手段と、非線形半導体導波路を備え
前記調整入力光前記第２の入力光が入力される光干渉計
と、第３の波長を有する監視光を前記干渉計を与える監
視用レーザ光源と、前記干渉計から出力された監視光が
出力監視光として与えられ該出力監視光に応じて前記調
整手段を制御して前記第１の入力光の光強度を調整する
制御手段とを有することを特徴とする全光スイッチが得
られる。
する第１の入力光に同期して第２の波長を有する第２の
入力光を透過・遮断して出力光として出力する全光スイ
ッチであって、前記第１の入力光の光強度を調整して調
整入力光とする調整手段と、非線形半導体導波路を備え
前記調整入力光前記第２の入力光が入力される光干渉計
と、第３の波長を有する監視光を前記干渉計を与える監
視用レーザ光源と、前記干渉計から出力された監視光が
出力監視光として与えられ該出力監視光に応じて前記調
整手段を制御して前記第１の入力光の光強度を調整する
制御手段とを有することを特徴とする全光スイッチが得
られる。
【００５１】また、第１の波長を有する入力光を第２の
波長を有する出力光に変換する波長変換器であって、非
線形半導体導波路を備え前記入力光が入力されるととも
に前記第２の波長を有する監視光が入力される光干渉計
と、前記干渉計から出力された監視光が出力監視光とし
て与えられ該出力監視光に応じて前記干渉計の位相バイ
アスを制御する制御手段とを有することを特徴とする波
長変換器が得られる。加えて、本発明によれば、第１の
波長を有する入力光を第２の波長を有する出力光に変換
する波長変換器であって、前記入力光の光強度を調整し
て調整入力光とする調整手段と、非線形半導体導波路を
備え前記調整入力光が入力されるとともに前記第２の波
長を有する監視光が入力される光干渉計と、前記干渉計
から出力された監視光が出力監視光として与えられ該出
力監視光に応じて前記調整手段を制御して前記第１の入
力光の光強度を調整する制御手段とを有することを特徴
とする波長変換器が得られる。
波長を有する出力光に変換する波長変換器であって、非
線形半導体導波路を備え前記入力光が入力されるととも
に前記第２の波長を有する監視光が入力される光干渉計
と、前記干渉計から出力された監視光が出力監視光とし
て与えられ該出力監視光に応じて前記干渉計の位相バイ
アスを制御する制御手段とを有することを特徴とする波
長変換器が得られる。加えて、本発明によれば、第１の
波長を有する入力光を第２の波長を有する出力光に変換
する波長変換器であって、前記入力光の光強度を調整し
て調整入力光とする調整手段と、非線形半導体導波路を
備え前記調整入力光が入力されるとともに前記第２の波
長を有する監視光が入力される光干渉計と、前記干渉計
から出力された監視光が出力監視光として与えられ該出
力監視光に応じて前記調整手段を制御して前記第１の入
力光の光強度を調整する制御手段とを有することを特徴
とする波長変換器が得られる。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００５３】まず、図７を参照して、第１の実施の形態
について説明する。
について説明する。
【００５４】（第１の実施の形態）図示の全光スイッチ
において、図１に示す構成要素と同一の構成要素につい
ては同一の参照番号を付す。図示の全光スイッチは、さ
らに、監視用レーザ光源３１、スペクトル成分分析器、
及び帰還制御システム（帰還制御部）３９を備えてい
る。スペクトル成分分析器は、分岐部３４、波長フィル
タ３５及び３７、及び受光器３６及び３８を有してい
る。
において、図１に示す構成要素と同一の構成要素につい
ては同一の参照番号を付す。図示の全光スイッチは、さ
らに、監視用レーザ光源３１、スペクトル成分分析器、
及び帰還制御システム（帰還制御部）３９を備えてい
る。スペクトル成分分析器は、分岐部３４、波長フィル
タ３５及び３７、及び受光器３６及び３８を有してい
る。
【００５５】監視用レーザ光源３１からは監視光が出力
され、この監視光は、波長λ3 の連続光である。そし
て、監視用レーザ光源３１は制御光パルス繰返し周波数
よりも充分狭いスペクトル幅を有している。
され、この監視光は、波長λ3 の連続光である。そし
て、監視用レーザ光源３１は制御光パルス繰返し周波数
よりも充分狭いスペクトル幅を有している。
【００５６】波長フィルタ３５の中心波長はλ3 、波長
帯域幅は制御光パルス繰返し周波数程度とする。制御光
パルス繰返し周波数が１０ＧＨｚ、λ3 ＝１．５８μｍ
の場合、２．５〜２５ＧＨｚ（０．０２〜０．２ｎｍ）
程度の帯域幅が望ましい。波長フィルタ３７の波長帯域
幅は比較的広いものとし、中心波長はλ3 とする。
帯域幅は制御光パルス繰返し周波数程度とする。制御光
パルス繰返し周波数が１０ＧＨｚ、λ3 ＝１．５８μｍ
の場合、２．５〜２５ＧＨｚ（０．０２〜０．２ｎｍ）
程度の帯域幅が望ましい。波長フィルタ３７の波長帯域
幅は比較的広いものとし、中心波長はλ3 とする。
【００５７】監視用レーザ光源３１から出力された監視
光は合流部３２に与えられ、その後、分岐部２１まで信
号光パルスと同じ経路を辿る。つまり、干渉光中の監視
光は分岐部２１で分割（分岐）されて、それぞれ波長フ
ィルタ２４側及び波長フィルタ２５側に与えられる、波
長フィルタ２５側に与えられた監視光は波長フィルタ２
５で除去される。一方、波長フィルタ２４側に与えられ
た監視光は、分岐部３３でさらに分岐され、一方の監視
光は波長フィルタ２４で除去される。他方の監視光は分
岐部３４でさらに分岐される（ここでは分岐部３４で分
岐された監視光のうち一方を第１の監視光と呼び、他方
を第２の監視光と呼ぶことにする）。第１の監視光は波
長フィルタ３５を経て受光器３６に達する。一方、第２
の監視光はは、波長フィルタ３７を経て受光器３８に達
する。そして、第１及び第２の監視光は帰還制御システ
ム３９に与えられる。
光は合流部３２に与えられ、その後、分岐部２１まで信
号光パルスと同じ経路を辿る。つまり、干渉光中の監視
光は分岐部２１で分割（分岐）されて、それぞれ波長フ
ィルタ２４側及び波長フィルタ２５側に与えられる、波
長フィルタ２５側に与えられた監視光は波長フィルタ２
５で除去される。一方、波長フィルタ２４側に与えられ
た監視光は、分岐部３３でさらに分岐され、一方の監視
光は波長フィルタ２４で除去される。他方の監視光は分
岐部３４でさらに分岐される（ここでは分岐部３４で分
岐された監視光のうち一方を第１の監視光と呼び、他方
を第２の監視光と呼ぶことにする）。第１の監視光は波
長フィルタ３５を経て受光器３６に達する。一方、第２
の監視光はは、波長フィルタ３７を経て受光器３８に達
する。そして、第１及び第２の監視光は帰還制御システ
ム３９に与えられる。
【００５８】上述のようにして、監視用レーザ光源３１
から監視用レーザ光（監視光）を全光スイッチに与える
と、全光スイッチの信号光に対する透過率（スイッチオ
ン状態）を監視することができる。前述のように、監視
光は信号光パルスとほぼ同じ経路を進行するから、監視
光は、全光スイッチの透過率が０ではないときだけ分岐
部３４（スペクトル成分分析器の入口）に到達すること
になる。
から監視用レーザ光（監視光）を全光スイッチに与える
と、全光スイッチの信号光に対する透過率（スイッチオ
ン状態）を監視することができる。前述のように、監視
光は信号光パルスとほぼ同じ経路を進行するから、監視
光は、全光スイッチの透過率が０ではないときだけ分岐
部３４（スペクトル成分分析器の入口）に到達すること
になる。
【００５９】図７に示す全光スイッチでは、帰還制御シ
ステム３９によって後述するようにして位相調整器２６
が制御される。
ステム３９によって後述するようにして位相調整器２６
が制御される。
【００６０】まず、位相調整器２６によって上述の式９
とは異なる位相バイアスが設定される。例えば、スペク
トル成分分析器に到達する監視光のスペクトルが単峰ス
ペクトルとなるように位相バイアスが設定される。帰還
制御システム３９では、波長フィルタ３５を透過する監
視光強度と波長フィルタ３７を透過する監視光強度との
比を受光器３６及び３８を介して監視して、単峰スペク
トル状態であるか否かを判定する。そして、帰還制御シ
ステム３９では、動作中の全光スイッチの位相バイアス
を常時最適値に保持する。つまり、帰還制御システム３
９は、前述の監視光強度比を常時監視して、監視光強度
比が最適値を保持するように位相調整器２６に帰還信号
を送る。
とは異なる位相バイアスが設定される。例えば、スペク
トル成分分析器に到達する監視光のスペクトルが単峰ス
ペクトルとなるように位相バイアスが設定される。帰還
制御システム３９では、波長フィルタ３５を透過する監
視光強度と波長フィルタ３７を透過する監視光強度との
比を受光器３６及び３８を介して監視して、単峰スペク
トル状態であるか否かを判定する。そして、帰還制御シ
ステム３９では、動作中の全光スイッチの位相バイアス
を常時最適値に保持する。つまり、帰還制御システム３
９は、前述の監視光強度比を常時監視して、監視光強度
比が最適値を保持するように位相調整器２６に帰還信号
を送る。
【００６１】ここで、位相バイアスを適切に設定する
と、全光スイッチの消光比が改善するメカニズムについ
て説明する。位相バイアスが最適値に設定された際に、
透過監視光スペクトルが単峰となる。なお、以下の説明
では、最適監視光強度比の求め方について併せて説明す
る。
と、全光スイッチの消光比が改善するメカニズムについ
て説明する。位相バイアスが最適値に設定された際に、
透過監視光スペクトルが単峰となる。なお、以下の説明
では、最適監視光強度比の求め方について併せて説明す
る。
【００６２】消光比が劣化した際の全光スイッチの動作
の一例として、前述の動作例２における全光スイッチに
監視光を加えた際の透過監視光スペクトルを図４ｄに示
す。ここでは、スペクトル軸を、波長差Δλ＝λ−λ3
とした。監視光出力スペクトルは離散的であり、スペク
トル間隔は、制御光パルス繰返し周波数（１０ＧＨｚ＝
０．０８ｎｍ＠１．５８μｍ）に等しい。
の一例として、前述の動作例２における全光スイッチに
監視光を加えた際の透過監視光スペクトルを図４ｄに示
す。ここでは、スペクトル軸を、波長差Δλ＝λ−λ3
とした。監視光出力スペクトルは離散的であり、スペク
トル間隔は、制御光パルス繰返し周波数（１０ＧＨｚ＝
０．０８ｎｍ＠１．５８μｍ）に等しい。
【００６３】図４ｄに示すスペクトルでは、λ＝λ3 の
スペクトル成分が０であり、λ＜λ3 の短波長成分とλ
＞λ3 の長波長成分に分離している（双峰スペクトル）
ことが分かる。この点について、以下に説明する。
スペクトル成分が０であり、λ＜λ3 の短波長成分とλ
＞λ3 の長波長成分に分離している（双峰スペクトル）
ことが分かる。この点について、以下に説明する。
【００６４】監視光出力電界は、式３と式４から、
【００６５】
【数１０】
である。監視光出力スペクトルは、
【００６６】
【数１１】
となる。従来の動作条件では式９に示したように
Φb ＝π
である。この時、Δω＝０（λ＝λ3 ）のスペクトル成
分は、
分は、
【００６７】
【数１２】
となる。
【００６８】一方、消光比劣化の原因は、透過率が０と
なるべき時間帯（ｔ＜ｔ0 又はｔ＜ｔ0 ＋Δｔ）におけ
る位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπからずれるためである
（図４ｂ）。
なるべき時間帯（ｔ＜ｔ0 又はｔ＜ｔ0 ＋Δｔ）におけ
る位相差ΦA (t) −ΦB (t) がπからずれるためである
（図４ｂ）。
【００６９】全光スイッチの動作時間間隔が比較的短い
と、図４ａから明らかなように、スイッチオフ時間帯
（ｔ＜ｔ0 とｔ＜ｔ0 ＋Δｔ）において近似的に、
と、図４ａから明らかなように、スイッチオフ時間帯
（ｔ＜ｔ0 とｔ＜ｔ0 ＋Δｔ）において近似的に、
【００７０】
【数１３】
が成り立つ。動作例２の場合には、Φb ＝π、ΔΦNL＝
０．４９π、Δｔ＝２５ｐｓ、ｔR ＝１００ｐｓであ
る。式１５から求めたスイッチオフ時間帯位相差（０．
８８π）は、実際のスイッチオフ時間帯位相差（０．８
７π、図４ｂ）とほぼ一致する。従って、スイッチオフ
時間帯に消光条件
０．４９π、Δｔ＝２５ｐｓ、ｔR ＝１００ｐｓであ
る。式１５から求めたスイッチオフ時間帯位相差（０．
８８π）は、実際のスイッチオフ時間帯位相差（０．８
７π、図４ｂ）とほぼ一致する。従って、スイッチオフ
時間帯に消光条件
【００７１】
【数１４】
を充たす位相バイアスの最適値は、式９の代わりに、
【００７２】
【数１５】
である。動作例２の場合には、Φb ＝約１．１２πであ
る。
る。
【００７３】動作例２の位相バイアス設定をΦb ＝πか
らΦb ＝０．９０π、１．１０π、１．１７π、１．２
５πに置き換えた動作例を、それぞれ図８〜１１に示
す。
らΦb ＝０．９０π、１．１０π、１．１７π、１．２
５πに置き換えた動作例を、それぞれ図８〜１１に示
す。
【００７４】この動作例では、Φb ＝１．１７πと設定
すると、スイッチオフ時間帯位相差がπとなる（図１０
ｂ）。その結果、消光比は３０ｄＢ以上と高い値に改善
した（図１０ｃ）。この位相バイアス量は式１７から算
出した値にほぼ等しい。
すると、スイッチオフ時間帯位相差がπとなる（図１０
ｂ）。その結果、消光比は３０ｄＢ以上と高い値に改善
した（図１０ｃ）。この位相バイアス量は式１７から算
出した値にほぼ等しい。
【００７５】上述のように、位相バイアス設定をΦb ＝
πからΦb ＝１．１７πへ置き換えると、消光比が改善
されるが、この理由は、本動作例のように動作条件が
πからΦb ＝１．１７πへ置き換えると、消光比が改善
されるが、この理由は、本動作例のように動作条件が
【００７６】
【数１６】
を充たす場合に、図１０ａに示すように、位相の回復曲
線が直線状になるためである。非線形位相シフトを起こ
した後の直線状の位相回復曲線については、例えば、Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ誌、第１４巻、３２０４〜３２
１６頁、１９９７年に報告されている。
線が直線状になるためである。非線形位相シフトを起こ
した後の直線状の位相回復曲線については、例えば、Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ誌、第１４巻、３２０４〜３２
１６頁、１９９７年に報告されている。
【００７７】透過監視光スペクトルは、スイッチオフ時
間帯位相差の変化をきわめてよく反映しながら双峰スペ
クトルから単峰スペクトルへ、さらに、単峰スペクトル
から双峰スペクトルへと系統的な変化を示す。スイッチ
オフ時間帯位相差がπとなる最適位相バイアス状態にお
いて、透過監視光スペクトルの包絡線が単峰スペクトル
（図１０ｄ）となる。
間帯位相差の変化をきわめてよく反映しながら双峰スペ
クトルから単峰スペクトルへ、さらに、単峰スペクトル
から双峰スペクトルへと系統的な変化を示す。スイッチ
オフ時間帯位相差がπとなる最適位相バイアス状態にお
いて、透過監視光スペクトルの包絡線が単峰スペクトル
（図１０ｄ）となる。
【００７８】全光スイッチの消光比が高いときに、透過
監視光スペクトルが単峰スペクトルとなるメカニズム
は、モードロックレーザ光のスペクトルと類似してい
る。モードロックレーザの場合には、パルス幅Ｔ0 、パ
ルス間隔Ｔ1 の等間隔な孤立パルスのスペクトルは、ス
ペクトル間隔１／Ｔ1 の滑らかで単峰な離散的スペクト
ルとなる。スペクトルの包絡線の幅はおよそ１／Ｔ0 と
なる。
監視光スペクトルが単峰スペクトルとなるメカニズム
は、モードロックレーザ光のスペクトルと類似してい
る。モードロックレーザの場合には、パルス幅Ｔ0 、パ
ルス間隔Ｔ1 の等間隔な孤立パルスのスペクトルは、ス
ペクトル間隔１／Ｔ1 の滑らかで単峰な離散的スペクト
ルとなる。スペクトルの包絡線の幅はおよそ１／Ｔ0 と
なる。
【００７９】全光スイッチの場合、消光比が改善して透
過監視光が孤立パルスとなる際、そのスペクトルが滑ら
かな単峰スペクトルとなる。スペクトルの包絡線の幅は
おおよそ１／Δｔのオーダーである。
過監視光が孤立パルスとなる際、そのスペクトルが滑ら
かな単峰スペクトルとなる。スペクトルの包絡線の幅は
おおよそ１／Δｔのオーダーである。
【００８０】波長フィルタ３５の帯域幅を１０ＧＨｚ
（０．０８ｎｍ）、波長フィルタ３７の帯域幅を１ｎｍ
とすると、図１０ｄの単峰スペクトルをスペクトル成分
分析して得られる監視光強度比（受光器３６の受光強度
÷受光器３８の受光強度）はおよそ０．２である。つま
り、この動作例における監視光強度比の最適値は０．２
となる。
（０．０８ｎｍ）、波長フィルタ３７の帯域幅を１ｎｍ
とすると、図１０ｄの単峰スペクトルをスペクトル成分
分析して得られる監視光強度比（受光器３６の受光強度
÷受光器３８の受光強度）はおよそ０．２である。つま
り、この動作例における監視光強度比の最適値は０．２
となる。
【００８１】従って、帰還制御システム３９は、監視光
強度比が常に０．２となるように、位相調整器２６を制
御することになる。監視光強度比が０．２を上回るとき
は位相バイアスΦb を減らし、監視光強度比が０．２を
下回るときは位相バイアスΦb を増やす。
強度比が常に０．２となるように、位相調整器２６を制
御することになる。監視光強度比が０．２を上回るとき
は位相バイアスΦb を減らし、監視光強度比が０．２を
下回るときは位相バイアスΦb を増やす。
【００８２】次に、図１２を参照して、第２の実施の形
態について説明する （第２の実施の形態）図示の全光スイッチは図７に示す
全光スイッチと同一の構成要素には同一の参照番号を付
す。図１２においては、さらに、光減衰器４２が備えら
れており、この光減衰器４２は帰還制御システム３９に
よってその減衰量が制御される。
態について説明する （第２の実施の形態）図示の全光スイッチは図７に示す
全光スイッチと同一の構成要素には同一の参照番号を付
す。図１２においては、さらに、光減衰器４２が備えら
れており、この光減衰器４２は帰還制御システム３９に
よってその減衰量が制御される。
【００８３】図示の全光スイッチでは、前述の動作例３
における消光比を改善する。図示の例では、光減衰器４
２を用いて半導体導波路１１の非線形位相シフト量を半
導体導波路１０の非線形位相シフト量と異なる値に設定
する。この全光スイッチでは、まず、図７に示す全光ス
イッチと同様にしてスペクトル成分分析器に到達する透
過監視光のスペクトルが単峰スペクトルとなるように光
減衰器４２の減衰量を設定して、半導体導波路１１の非
線形位相シフト量を最適値に設定する。
における消光比を改善する。図示の例では、光減衰器４
２を用いて半導体導波路１１の非線形位相シフト量を半
導体導波路１０の非線形位相シフト量と異なる値に設定
する。この全光スイッチでは、まず、図７に示す全光ス
イッチと同様にしてスペクトル成分分析器に到達する透
過監視光のスペクトルが単峰スペクトルとなるように光
減衰器４２の減衰量を設定して、半導体導波路１１の非
線形位相シフト量を最適値に設定する。
【００８４】動作例３で説明したように、動作条件が
【００８５】
【数１７】
を充たす場合、半導体導波路１１の非線形位相シフト量
を適切に設定することによって全光スイッチの消光比を
改善することができる（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
誌、第３２巻、Ｌ１７４６〜１７４９頁、１９９３
年）。非線形位相シフト量を最適値に設定した際、図７
に示す全光スイッチと同様に監視光スペクトルが単峰ス
ペクトルとなる。
を適切に設定することによって全光スイッチの消光比を
改善することができる（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
誌、第３２巻、Ｌ１７４６〜１７４９頁、１９９３
年）。非線形位相シフト量を最適値に設定した際、図７
に示す全光スイッチと同様に監視光スペクトルが単峰ス
ペクトルとなる。
【００８６】なお、半導体光増幅器へ注入する電流注入
量が大きくキャリア密度が高い場合、半導体を成長温度
の低い結晶成長法で作成した場合、半導体に高濃度な不
純物を混入した場合、又は量子線（ｑｕａｎｔｕｍ ｗ
ｉｒｅ）半導体、量子箱（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）半
導体、サブバンド間遷移（ｉｎｔｅｒ−ｓｕｂｂａｎｄ
−ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）半導体を用いた場合、半導体
導波路のキャリア寿命が短くなって、式１９の動作条件
を充たしやすくなる。
量が大きくキャリア密度が高い場合、半導体を成長温度
の低い結晶成長法で作成した場合、半導体に高濃度な不
純物を混入した場合、又は量子線（ｑｕａｎｔｕｍ ｗ
ｉｒｅ）半導体、量子箱（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）半
導体、サブバンド間遷移（ｉｎｔｅｒ−ｓｕｂｂａｎｄ
−ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）半導体を用いた場合、半導体
導波路のキャリア寿命が短くなって、式１９の動作条件
を充たしやすくなる。
【００８７】以下、上述の動作例３を例として、全光ス
イッチの動作状態と監視光スペクトルの具体例を説明す
る。動作例３では、半導体導波路１０の非線形位相シフ
ト量（ΦA ）は、半導体導波路１１の非線形位相シフト
量（ΦB ）に等しく、ΦB ＝ΦA ＝０．６３πであった
（図６ａ）。この状態の全光スイッチに監視光を入力す
ると、透過監視光のスペクトルは双峰スペクトルとなる
（図６ｄ）。式１４に従って、λ＝λ3 のスペクトル成
分は０である。
イッチの動作状態と監視光スペクトルの具体例を説明す
る。動作例３では、半導体導波路１０の非線形位相シフ
ト量（ΦA ）は、半導体導波路１１の非線形位相シフト
量（ΦB ）に等しく、ΦB ＝ΦA ＝０．６３πであった
（図６ａ）。この状態の全光スイッチに監視光を入力す
ると、透過監視光のスペクトルは双峰スペクトルとなる
（図６ｄ）。式１４に従って、λ＝λ3 のスペクトル成
分は０である。
【００８８】この例では、光減衰器４２の減衰量を調整
して、非線形位相シフト量ΦB を変える。非線形位相シ
フト量の設定をΦB ＝ΦA からΦB ＝１．１５ΦA 、
０．８５ΦA 、０．７０ΦA 、０．５５ΦA に置き換え
た動作例を、それぞれ図１３〜１６に示す。
して、非線形位相シフト量ΦB を変える。非線形位相シ
フト量の設定をΦB ＝ΦA からΦB ＝１．１５ΦA 、
０．８５ΦA 、０．７０ΦA 、０．５５ΦA に置き換え
た動作例を、それぞれ図１３〜１６に示す。
【００８９】この一連の動作例では、ΦB ＝０．７０Φ
A と設定すると、スイッチオフ時間帯位相差が一様にπ
となる（図１５ｂ）。その結果、消光比は３０ｄＢ以上
と高い値に改善した（図１５ｃ）。
A と設定すると、スイッチオフ時間帯位相差が一様にπ
となる（図１５ｂ）。その結果、消光比は３０ｄＢ以上
と高い値に改善した（図１５ｃ）。
【００９０】透過監視光スペクトルは、スイッチオフ時
間帯位相差の変化をきわめてよく反映しながら系統的に
変化する。スイッチオフ時間帯位相差がπとなる最適非
線形位相シフト量（ΦB ＝０．７０ΦA ）において、透
過監視光スペクトルの包絡線が滑らかな単峰スペクトル
となる（図１５ｄ）。
間帯位相差の変化をきわめてよく反映しながら系統的に
変化する。スイッチオフ時間帯位相差がπとなる最適非
線形位相シフト量（ΦB ＝０．７０ΦA ）において、透
過監視光スペクトルの包絡線が滑らかな単峰スペクトル
となる（図１５ｄ）。
【００９１】図７に示す全光スイッチと同一の波長フィ
ルタ３５及び３７を用いると、図１５ｄにおける監視光
強度比は約０．０７である。つまり、この動作例におけ
る監視光強度比の最適値は０．０７である。
ルタ３５及び３７を用いると、図１５ｄにおける監視光
強度比は約０．０７である。つまり、この動作例におけ
る監視光強度比の最適値は０．０７である。
【００９２】従って、帰還制御システム３９は、監視光
強度比が常に０．０７となるように、光減衰器４２を制
御することになる。監視光強度比が０．０７を上回った
ときは減衰量を減らして非線形位相シフト量ΦB を増大
し、監視光強度比が０．０７を下回ったときは減衰量を
増やして非線形位相シフト量ΦB を減らす。
強度比が常に０．０７となるように、光減衰器４２を制
御することになる。監視光強度比が０．０７を上回った
ときは減衰量を減らして非線形位相シフト量ΦB を増大
し、監視光強度比が０．０７を下回ったときは減衰量を
増やして非線形位相シフト量ΦB を減らす。
【００９３】さらに、図１７を参照して本発明による第
３の実施の形態について説明する。
３の実施の形態について説明する。
【００９４】（第３の実施の形態）図示の全光スイッチ
において図７に示す全光スイッチと同一の構成要素につ
いては、同一の参照番号を付す。図１７においては、図
７に示す例と逆向きに監視光が入力されており、つま
り、信号光と逆向きに監視光が入出力されており、この
関係上、図１７に示す全光スイッチにはサーキュレータ
５１及び５２が備えられている。図示の全光スイッチに
おいて、監視用レーザ光源３１から出力された監視光は
サーキュレータ５１を介してマッハツェンダー型干渉計
に入力され、サーキュレータ５２を経てスペクトル成分
分析器へ到達する。
において図７に示す全光スイッチと同一の構成要素につ
いては、同一の参照番号を付す。図１７においては、図
７に示す例と逆向きに監視光が入力されており、つま
り、信号光と逆向きに監視光が入出力されており、この
関係上、図１７に示す全光スイッチにはサーキュレータ
５１及び５２が備えられている。図示の全光スイッチに
おいて、監視用レーザ光源３１から出力された監視光は
サーキュレータ５１を介してマッハツェンダー型干渉計
に入力され、サーキュレータ５２を経てスペクトル成分
分析器へ到達する。
【００９５】図示の例では、信号光と監視光との分離が
容易となる。従って、監視光の波長が信号光の波長と同
一であってもよい。
容易となる。従って、監視光の波長が信号光の波長と同
一であってもよい。
【００９６】図１８を参照して本発明による第４の実施
の形態について説明する。
の形態について説明する。
【００９７】（第４の実施の形態）図１８に示す全光ス
イッチは、前述の従来例２（偏光分離型全光スイッチ）
に対して本発明を適用したものである。図１８におい
て、入力ポート６２から制御光パルスが入力され、この
制御光パルスは合流部６４を経て半導体導波路６１に到
達して半導体導波路の屈折率を変化させる。なお、図１
８において、図７に示す全光スイッチと同一の構成要素
について同一の参照番号を付す。
イッチは、前述の従来例２（偏光分離型全光スイッチ）
に対して本発明を適用したものである。図１８におい
て、入力ポート６２から制御光パルスが入力され、この
制御光パルスは合流部６４を経て半導体導波路６１に到
達して半導体導波路の屈折率を変化させる。なお、図１
８において、図７に示す全光スイッチと同一の構成要素
について同一の参照番号を付す。
【００９８】一方、入力ポート６３からは信号光パルス
が入力され、この信号光パルスは偏光スプリッタ６６で
２つの直交偏光成分に分割される。一方の直交偏光成分
（Ｕ成分）は、光回路６８、偏光スプリッタ６７、合流
部６４、半導体導波路６１、偏光スプリッタ７０、及び
光回路７２を経て偏光スプリッタ７１に到達する。他方
の直交偏光成分（Ｖ成分）は、光回路６９、偏光スプリ
ッタ６７、合流部６４、半導体導波路６１、偏光スプリ
ッタ７０、及び位相調整器２６を経て偏光スプリッタ７
１に到着し、Ｕ成分と合波する。
が入力され、この信号光パルスは偏光スプリッタ６６で
２つの直交偏光成分に分割される。一方の直交偏光成分
（Ｕ成分）は、光回路６８、偏光スプリッタ６７、合流
部６４、半導体導波路６１、偏光スプリッタ７０、及び
光回路７２を経て偏光スプリッタ７１に到達する。他方
の直交偏光成分（Ｖ成分）は、光回路６９、偏光スプリ
ッタ６７、合流部６４、半導体導波路６１、偏光スプリ
ッタ７０、及び位相調整器２６を経て偏光スプリッタ７
１に到着し、Ｕ成分と合波する。
【００９９】光回路６９の光路長は光回路６８に比べて
長く、信号光（Ｖ成分）に対して遅延時間Δｔを与え
る。一方、光回路７２の光路長は、偏光スプリッタ７０
から位相調整器２６を経て偏光スプリッタ７１に至る光
回路よりも長く、ここで、信号光（Ｕ成分）に与えられ
る遅延時間はΔｔに殆ど等しい。従って、Ｕ成分とＶ成
分とは偏光スプリッタ７１にほぼ同時に到着することに
なる。
長く、信号光（Ｖ成分）に対して遅延時間Δｔを与え
る。一方、光回路７２の光路長は、偏光スプリッタ７０
から位相調整器２６を経て偏光スプリッタ７１に至る光
回路よりも長く、ここで、信号光（Ｕ成分）に与えられ
る遅延時間はΔｔに殆ど等しい。従って、Ｕ成分とＶ成
分とは偏光スプリッタ７１にほぼ同時に到着することに
なる。
【０１００】偏光スプリッタ７１で合波された信号光
は、分岐部７５、偏光子７３、及び波長フィルタ７４を
経て出力ポート６５へ到着する。
は、分岐部７５、偏光子７３、及び波長フィルタ７４を
経て出力ポート６５へ到着する。
【０１０１】監視レーザ光源３１から合流部６４に監視
光が入力されており、この監視光は分岐部７５で分割さ
れて、スペクトル成分分析器へ到達する。前述のよう
に、帰還制御システムはスペクトル成分分析器の出力に
応じて位相調整器２６を制御しすることになる。
光が入力されており、この監視光は分岐部７５で分割さ
れて、スペクトル成分分析器へ到達する。前述のよう
に、帰還制御システムはスペクトル成分分析器の出力に
応じて位相調整器２６を制御しすることになる。
【０１０２】なお、偏光成分を用いる点を除いて、従来
例２の全光スイッチは従来例１と同じ動作原理に基づい
て動作する。そして、図１８に示す全光スイッチは、図
７に示す全光スイッチと同様の動作原理に基づいて動作
する。
例２の全光スイッチは従来例１と同じ動作原理に基づい
て動作する。そして、図１８に示す全光スイッチは、図
７に示す全光スイッチと同様の動作原理に基づいて動作
する。
【０１０３】上述の第１乃至第４の実施の形態から明ら
かなように、本発明は、半導体のバンドフィリング効果
に基づく非線形位相シフトを信号光の２つの成分に与
え、さらにこれら二つの成分の間に時間差を与えた後、
２成分を干渉させる方式に基づく全ての全光スイッチに
適用することができる。第１乃至第４の実施の形態で
は、従来例１及び２に適用した例を示したが、同様にし
て、従来例３にも本発明を適用することができる。
かなように、本発明は、半導体のバンドフィリング効果
に基づく非線形位相シフトを信号光の２つの成分に与
え、さらにこれら二つの成分の間に時間差を与えた後、
２成分を干渉させる方式に基づく全ての全光スイッチに
適用することができる。第１乃至第４の実施の形態で
は、従来例１及び２に適用した例を示したが、同様にし
て、従来例３にも本発明を適用することができる。
【０１０４】ところで、第１乃至第４の実施の形態で説
明した全光スイッチは、波長変換器として動作させるこ
ともできる。速度変換器として用いる際には、例えば、
波長λ1 の信号光パルス列を波長λ2 の信号光パルス列
へ変換する際には、入力ポート１２（図１８において
は、入力ポート６２）に波長λ1 の信号光パルス列を、
入力ポート１８（図１８においては、入力ポート６３）
に波長λ2 の連続レーザ光（監視光）を入力する。波長
λ2 の信号パルス列は、出力ポート２２（図１８におい
ては、出力ポート６５）から取り出される。
明した全光スイッチは、波長変換器として動作させるこ
ともできる。速度変換器として用いる際には、例えば、
波長λ1 の信号光パルス列を波長λ2 の信号光パルス列
へ変換する際には、入力ポート１２（図１８において
は、入力ポート６２）に波長λ1 の信号光パルス列を、
入力ポート１８（図１８においては、入力ポート６３）
に波長λ2 の連続レーザ光（監視光）を入力する。波長
λ2 の信号パルス列は、出力ポート２２（図１８におい
ては、出力ポート６５）から取り出される。
【０１０５】このように第１乃至第４の実施の形態に記
載された全光スイッチを波長変換器として動作させる際
には、波長λ2 の連続レーザ光を監視光として用いるこ
とになる。従って、波長λ3 の監視光は不要となる。そ
して、スペクトル成分分析器の波長フィルタ３５及び３
７の中心波長をλ2 とする。
載された全光スイッチを波長変換器として動作させる際
には、波長λ2 の連続レーザ光を監視光として用いるこ
とになる。従って、波長λ3 の監視光は不要となる。そ
して、スペクトル成分分析器の波長フィルタ３５及び３
７の中心波長をλ2 とする。
【０１０６】次に、図１９を参照して、本発明による第
５の実施の形態について説明する。
５の実施の形態について説明する。
【０１０７】（第５の実施の形態）図１９に示す例は波
長変換器の例であり、この例は、従来例４に本発明を適
用したものである。
長変換器の例であり、この例は、従来例４に本発明を適
用したものである。
【０１０８】図示の例において、図１８と同一の構成要
素については同一の参照番号を付す。この例では、波長
λ1 の信号光パルス列が第１入力ポート６２に与えら
れ、波長λ2 の連続光が第２入力ポート６３に入力され
る。信号光パルスは合流部６４を経て半導体導波路６１
に到達する。連続光は合流部６４及び半導体導波路６１
を経て分岐部８３で５０：５０に分割される。一方の分
岐成分（Ｂ成分）は光回路８１を経て合流部８４に到達
し、他方の分岐成分（Ａ成分）は光回路８１及び位相調
整器２６を経て合流部８４に到達してＢ成分と合波す
る。Ｂ成分はＡ成分よりΔｔ遅れて合流部６４に到達す
る。合流部８４で合波した連続光は分岐部７５、偏光子
７３、及び波長フィルタ７４を経て出力ポート６５に到
達する。
素については同一の参照番号を付す。この例では、波長
λ1 の信号光パルス列が第１入力ポート６２に与えら
れ、波長λ2 の連続光が第２入力ポート６３に入力され
る。信号光パルスは合流部６４を経て半導体導波路６１
に到達する。連続光は合流部６４及び半導体導波路６１
を経て分岐部８３で５０：５０に分割される。一方の分
岐成分（Ｂ成分）は光回路８１を経て合流部８４に到達
し、他方の分岐成分（Ａ成分）は光回路８１及び位相調
整器２６を経て合流部８４に到達してＢ成分と合波す
る。Ｂ成分はＡ成分よりΔｔ遅れて合流部６４に到達す
る。合流部８４で合波した連続光は分岐部７５、偏光子
７３、及び波長フィルタ７４を経て出力ポート６５に到
達する。
【０１０９】分岐部７５で分割された成分は、スペクト
ル成分分析器へ到達して、帰還制御システム３９は、前
述のようにして、スペクトル成分分析器の出力に応じて
位相調整器２６を制御する。
ル成分分析器へ到達して、帰還制御システム３９は、前
述のようにして、スペクトル成分分析器の出力に応じて
位相調整器２６を制御する。
【０１１０】ところで、従来例４の動作メカニズムは、
従来例１に記載された全光スイッチの動作メカニズムに
基づいている（例えば、特願平９−１１１６３３公報及
びＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第１０巻、３４６〜３４８頁、
１９９８年）。従って、図１９に示す速度変換器は、図
７に示す全光スイッチを波長変換器として動作させた際
の原理に基づいて動作することになる。
従来例１に記載された全光スイッチの動作メカニズムに
基づいている（例えば、特願平９−１１１６３３公報及
びＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第１０巻、３４６〜３４８頁、
１９９８年）。従って、図１９に示す速度変換器は、図
７に示す全光スイッチを波長変換器として動作させた際
の原理に基づいて動作することになる。
【０１１１】上述の第１乃至第５の実施の形態で説明し
た全光スイッチ及び波長変換器の動作条件は、式１８又
は式１９に限るものではない。動作例１で示したような
消光比劣化の起きにくい動作条件であっても本発明の全
光スイッチは有効である。長時間にわたって全光スイッ
チを動作させると、半導体導波路の屈折率、利得、キャ
リア寿命等がわずかずつ変化し、上述の位相バイアス又
は非線形位相シフト量が最適値からずれていき、消光比
の劣化が発生する可能性が高いが、本発明の全光スイッ
チは、このような消光比劣化を改善することができる。
た全光スイッチ及び波長変換器の動作条件は、式１８又
は式１９に限るものではない。動作例１で示したような
消光比劣化の起きにくい動作条件であっても本発明の全
光スイッチは有効である。長時間にわたって全光スイッ
チを動作させると、半導体導波路の屈折率、利得、キャ
リア寿命等がわずかずつ変化し、上述の位相バイアス又
は非線形位相シフト量が最適値からずれていき、消光比
の劣化が発生する可能性が高いが、本発明の全光スイッ
チは、このような消光比劣化を改善することができる。
【０１１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全光スイッチにおいて消光比を改善することができ、特
に、全光スイッチのスイッチ動作繰返し周波数が高い場
合、全光スイッチに用いる半導体導波路のキャリア寿命
が短い場合、そして、低温成長半導体又はサブバンド間
遷移半導体を利用する場合等に生じる消光比劣化を改善
することができる。同様に、本発明の全光スイッチを波
長変換器として動作させる場合においても、出力光パル
スの消光比を改善することができる。その結果、全光ス
イッチにおいて繰返し周波数の高いスイッチ動作を行う
ことができるという効果がある。
全光スイッチにおいて消光比を改善することができ、特
に、全光スイッチのスイッチ動作繰返し周波数が高い場
合、全光スイッチに用いる半導体導波路のキャリア寿命
が短い場合、そして、低温成長半導体又はサブバンド間
遷移半導体を利用する場合等に生じる消光比劣化を改善
することができる。同様に、本発明の全光スイッチを波
長変換器として動作させる場合においても、出力光パル
スの消光比を改善することができる。その結果、全光ス
イッチにおいて繰返し周波数の高いスイッチ動作を行う
ことができるという効果がある。
【０１１３】さらに、本発明によれば、動作中の全光ス
イッチの最適動作状態を長時間にわたって保持すること
ができるという効果がある。
イッチの最適動作状態を長時間にわたって保持すること
ができるという効果がある。
【図１】従来の全光スイッチの一例（従来例１）の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】全光スイッチの動作の一例（動作例１）を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】全光スイッチの信号パルス抽出動作を示す模式
図である。
図である。
【図４】全光スイッチの動作の他の例（動作例２）を説
明するための図である。
明するための図である。
【図５】動作例２における信号パルス抽出動作を示す模
式図である。
式図である。
【図６】全光スイッチの動作のさらに他の例（動作例
３）を説明するための図である。
３）を説明するための図である。
【図７】本発明による全光スイッチの第１の例を示す図
である。
である。
【図８】動作例２の位相バイアス設定をΦb ＝πからΦ
b ＝０．９０πに置き換えた際の動作状態を説明するた
めの図である。
b ＝０．９０πに置き換えた際の動作状態を説明するた
めの図である。
【図９】動作例２の位相バイアス設定をΦb ＝１．１０
πに置き換えた際の動作状態を説明するための図であ
る。
πに置き換えた際の動作状態を説明するための図であ
る。
【図１０】図７に示す全光スイッチの最適動作状態（動
作例２の位相バイアス設定をΦb＝１．１７πに置き換
えた状態）を説明するための図である。
作例２の位相バイアス設定をΦb＝１．１７πに置き換
えた状態）を説明するための図である。
【図１１】動作例２の位相バイアス設定をΦb ＝１．２
５πに置き換えた際の動作状態を説明するための図であ
る。
５πに置き換えた際の動作状態を説明するための図であ
る。
【図１２】本発明による全光スイッチの第２の例を示す
図である。
図である。
【図１３】動作例３の非線形位相シフト設定をΦB ＝Φ
A からΦB ＝１．１５ΦA に置き換えた際の動作状態を
説明するための図である。
A からΦB ＝１．１５ΦA に置き換えた際の動作状態を
説明するための図である。
【図１４】動作例３の非線形位相シフト設定をΦB ＝
０．８５ΦA に置き換えた際の動作状態を説明するため
の図である。
０．８５ΦA に置き換えた際の動作状態を説明するため
の図である。
【図１５】図１２に示す全光スイッチの最適動作状態
（動作例３の非線形位相シフト設定をΦB ＝０．７０Φ
A に置き換えた状態）を説明するための図である。
（動作例３の非線形位相シフト設定をΦB ＝０．７０Φ
A に置き換えた状態）を説明するための図である。
【図１６】動作例３の非線形位相シフト設定をΦB ＝
０．５５ΦA に置き換えた際の動作状態を説明するため
の図である。
０．５５ΦA に置き換えた際の動作状態を説明するため
の図である。
【図１７】本発明による全光スイッチの第３の例を示す
図である。
図である。
【図１８】本発明による全光スイッチの第４の例を示す
図である。
図である。
【図１９】本発明による波長変換器の一例（第５の例）
を示す図である。
を示す図である。
１０，１１，６１ 半導体導波路
１２，１８，６２，６３ 入力ポート
２２，２３，６５ 出力ポート
２６ 位相調整器
３１ 監視レーザ光源
３９ 帰還制御システム
４２ 光減衰器
５１，５２ サーキュレータ
６６，６７，７０，７１ 偏光スプリッタ
７３，７６ 偏光子
７４ 波長フィルタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/35,1/313,1/035
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (22)
- 【請求項１】 第１の波長を有する第１の入力光に同期
して第２の波長を有する第２の入力光を透過・遮断して
出力光として出力する全光スイッチであって、 第１及び第２のアームを有し且つ第１及び第２のアーム
の夫々の光路上に非線形半導体導波路を備えたマッハツ
ェンダー型干渉計であって、前記第１のアーム上におけ
る前記非線形半導体導波路の入力側に対して前記第１及
び前記第２の入力光が入力されると共に前記第２のアー
ム上における前記非線形半導体導波路の入力側に対して
前記第１及び前記第２の入力光が入力されるマッハツェ
ンダー型干渉計であって、さらに前記第１の入力光が前
記第１と第２のアーム上の非線形半導体導波路に、第２
の入力光を透過・遮断する時間に相当する時間差をもっ
て入力されるマッハツェンダーン型干渉計と、 前記第２の入力光の進行する光路と同じ光路上を進行す
るようにして前記干渉計に与えられる監視光であって第
３の波長を有する監視光を出力する監視用レーザ光源
と、 前記干渉計から出力された監視光が出力監視光として与
えられ該出力監視光に応じて前記干渉計の位相バイアス
を制御する制御手段と、を有する全光スイッチにおい
て、 前記制御手段は、前記出力監視光をスペクトル成分分析
してスペクトル成分分析結果を得るスペクトル成分分析
器と、該スペクトル成分分析結果に応じて前記干渉計の
位相バイアスを制御する帰還制御部とを有することを特
徴とする全光スイッチ。 - 【請求項２】 請求項１に記載された全光スイッチにお
いて、監視用レーザ光源は、前記第２の入力光の進行す
る光路と同じ光路上に対して、前記第２の入力光の進行
方向と同じ方向に進むように、前記監視光を前記干渉計
に対して与えるものである、ことを特徴とする全光スイ
ッチ。 - 【請求項３】 請求項１に記載された全光スイッチにお
いて、前記第２の入力光の進行する光路の入力側及び出
力側の夫々にサーキュレータを更に備えており、監視用
レーザ光源は、前記第２の入力光の進行する光路と同じ
光路上に対して、前記第２の入力光の進行方向とは逆方
向に進むように、前記監視光を前記干渉計に対して与え
るものである、ことを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載された
全光スイッチにおいて、前記スペクトル成分分析結果は
前記出力監視光の波長成分強度を示すことを特徴とする
全光スイッチ。 - 【請求項５】 第１の波長を有する第１の入力光に同期
して第２の波長を有する第２の入力光を透過・遮断して
出力光として出力する全光スイッチであって、 前記第１の入力光の光強度を調整して調整入力光とする
調整手段と、 第１及び第２のアームを有し且つ該第１及び第２のアー
ム上の夫々に非線形半導体導波路を備えたマッハツェン
ダー型干渉計であって、前記第１のアーム上における前
記非線形半導体導波路の入力側に対して前記第１の入力
光及び前記第２の入力光が入力されると共に前記第２の
アーム上における前記非線形半導体導波路の入力側に対
して前記調整入力光及び前記第２の入力光が入力される
マッハツェンダー型干渉計であって、さらに前記第１の
入力光が前記第１のアーム上の非線形半導体導波路に入
力される時間と、前記調整光が前記第２のアーム上の非
線形半導体導波路に入力される時間の間に、前記第２の
入力光を透過・遮断する時間に相当する時間差があるマ
ッハツェンダー型干渉計と、 前記第２の入力光の進行する光路と同じ光路上を進行す
るようにして前記干渉計に与えられる監視光であって第
３の波長を有する監視光を出力する監視用レーザ光源
と、 前記干渉計から出力された監視光が出力監視光として与
えられ該出力監視光のスペクトル成分分析結果に応じて
前記干渉計の前記第２のアームに入力される前記調整入
力光の光強度を調整するために、前記調整手段を制御す
る制御手段とを有することを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項６】 請求項５に記載された全光スイッチにお
いて、前記調整手段は減衰器であり、前記制御手段は前
記出力監視光に応じて前記減衰器の減衰量を制御するよ
うにしたことを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項７】 請求項５又は６に記載された全光スイッ
チにおいて、前記制御手段は、前記出力監視光をスペク
トル成分分析してスペクトル成分分析結果を得るスペク
トル成分分析器と、該スペクトル成分分析結果に応じて
前記調整手段を制御する帰還制御部とを有することを特
徴とする全光スイッチ。 - 【請求項８】 請求項７に記載された全光スイッチにお
いて、前記スペクトル成分分析結果は前記出力監視光の
波長成分強度を示すことを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項９】 第１の波長を有する第１の入力光に同期
して第２の波長を有する第２の入力光を透過・遮断して
出力光として出力する全光スイッチであって、前記第２
の入力光が入力される第１の非対称マッハツェンダー型
干渉計と、前記第１の入力光及び第１の非対称マッハツ
ェンダー型干渉計から出力される光が入力される非線形
半導体導波路と、該非線形半導体導波路を通過した光が
入力され前記出力光を出力する第２の非対称マッハツェ
ンダー型干渉計とを備えた偏光分離型全光スイッチにお
いて、 前記非線形半導体導波路に対して第３の波長を有する監
視光を出力する監視レーザ光源と、 前記第２の干渉計から出力された監視光を出力監視光と
して与えられ、該出力監視光をスペクトル成分分析して
スペクトル成分分析結果を得るスペクトル成分分析器
と、 該スペクトル成分分析結果に応じて前記第２の干渉計の
位相バイアスを制御する帰還制御部とを有することを特
徴とする全光スイッチ。 - 【請求項１０】 請求項９に記載された全光スイッチに
おいて、前記スペクトル成分分析結果は前記出力監視光
の波長成分強度を示すことを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載さ
れた全光スイッチにおいて、前記監視光は連続光である
ことを特徴とする全光スイッチ。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載された全光スイッチ
において、前記第１の入力光はクロック光パルス列であ
り、前記第２の入力光は信号光パルス列であることを特
徴とする全光スイッチ。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれかに記載さ
れた全光スイッチにおいて、前記非線形半導体導波路と
して半導体光増幅器を用いることを特徴とする全光スイ
ッチ。 - 【請求項１４】 請求項１乃至１２のいずれかに記載さ
れた全光スイッチにおいて、前記非線形半導体導波路と
して吸収型半導体導波路を用いることを特徴とする全光
スイッチ。 - 【請求項１５】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
全光スイッチであって、前記第２の入力光の波長を前記
第１の入力光の波長に変換して前記出力光として出力す
る波長変換器として使用することができる全光スイッ
チ。 - 【請求項１６】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
全光スイッチの構成要素の内、前記監視用レーザ光源を
有せずに構成される波長変換器であって、前記第１の入
力光として信号光パルス列が入力されると共に前記第２
の入力光として連続レーザ光が入力され、該連続レーザ
光を前記省略した監視用レーザ光源からの監視光の代替
えとして用いて、前記第１の入力光の波長を前記連続レ
ーザ光の波長に変換する、ことを特徴とする波長変換
器。 - 【請求項１７】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
全光スイッチを波長変換器として使用する方法であっ
て、前記第３の波長を有する監視光を用いずに、前記第
１の入力光として連続レーザ光を入力すると共に前記第
２の入力光として信号光パルス列を入力し、該連続レー
ザ光を前記監視光の代わりとして用いて、前記第２の入
力光の波長を前記連続レーザ光の波長に変換する、こと
を特徴とする方法。 - 【請求項１８】 第１の波長を有する第１の入力光を第
２の波長を有する出力光に変換する波長変換器であっ
て、 前記第１の入力光を入力する第１の入力ポートと、 前記第２の波長を有する連続光を入力する第２の入力ポ
ートと、 前記第１の入力光及び前記連続光の合流する合流部と、 該合流部の後段に設けられた非線形半導体導波路と、 第１及び第２のアームを有し、該非線形半導体導波路の
後段に設けられた非対称マッハツェンダー型干渉計と、 該干渉計から出力された前記連続光を出力連続光として
与えられ、該出力連続光をスペクトル成分分析してスペ
クトル成分分析結果を得るスペクトル成分分析器と、 前記第２のアーム上に設けられ、前記スペクトル成分分
析結果に応じて前記干渉計における位相バイアスを制御
する帰還制御部とを備えたことを特徴とする波長変換
器。 - 【請求項１９】 請求項１８に記載された波長変換器に
おいて、前記スペクトル成分分析結果は前記出力監視光
の波長成分強度を示すことを特徴とする波長変換器。 - 【請求項２０】 請求項１８又は１９に記載された波長
変換器において、前記第２のアームは、前記第１のアー
ムより短い光路長を有することを特徴とする波長変換
器。 - 【請求項２１】 請求項１８乃至２０のいずれかに記載
された波長変換器において、前記非線形半導体導波路と
して半導体光増幅器を用いることを特徴とする波長変換
器。 - 【請求項２２】 請求項１８乃至２０のいずれかに記載
された波長変換器において、前記非線形半導体導波路と
して吸収型半導体導波路を用いることを特徴とする波長
変換器。
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|---|
| 中村滋、他，対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチの超高速・低エネルギー動作，電子情報通信学会技術研究報告（ＯＰＥ９５ ７３−８６），Ｖｏｌ．９５、Ｎｏ．２７５，ｐｐ．１３−１８ |
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