JP4984442B2 - 光スイッチ装置及び光スイッチ方法 - Google Patents

Description

本発明は、光スイッチ装置及び光スイッチ方法に関し、特に光信号をスイッチする光スイッチ装置及び光信号をスイッチする光スイッチ方法に関する。

インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加に伴って、さらなる高速・大容量で柔軟性のある通信ネットワークが要求されている。このような通信ネットワークの構築のためには、光通信技術は不可欠であり、様々な分野での研究開発が行われている。

特に、光信号をＯＮ／ＯＦＦする光スイッチは、将来のフォトニックネットワークを構築する上での重要な構成要素であり、近年では光ファイバの非線形光学効果（ガラス中に比較的強いパワーの光を伝搬させたときに、光強度に応じてガラスの物性が変化して、光学的な応答が線形性を失う現象）を積極的に用いた超高速の光スイッチ技術が注目されている。

従来の光スイッチとして代表的なものに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）や導波路型スイッチなどがある。ＭＥＭＳは、マイクロマシン技術を用いて、ミクロンサイズのミラーやシャッターにより、光路を変えて光をＯＮ／ＯＦＦするものであり、導波路型は、光導波路に対して熱や電界を与えて熱光学効果や電気光学効果を生じさせて、導波路の屈折率を変化させることにより、光をＯＮ／ＯＦＦさせるものである。

ＭＥＭＳでは、アライメント（ミラー等の素子を光軸の直線上に整列する操作）の許容誤差によって集光効率が低下したり、導波路型スイッチでは、挿入損失（部品挿入時に生じるレベル損失）や、消光比（透過光強度の最大値と最小値の比率）が高くとれないなどの理由によって、レベル低下や雑音が生じやすいといった欠点があった。

このため、従来の光スイッチでは、信号品質の劣化を伴うものであり、また電子的な信号処理によるスイッチ制御では、高速光スイッチングを行うことは不可能であった。
一方、光の物理的特性を活かして、光ファイバの非線形光学効果を用いる光スイッチは、非線形光学効果の発生効率が高い高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：High Non-Linear Fiber）に対し、信号光と制御光（励起光）を入力して、高非線形ファイバ内で生じる非線形屈折率変化に対して、パラメトリック増幅（parametric amplification）を起こさせて、高速スイッチングを行うものである。

パラメトリック増幅とは、信号光の強度を増幅する非線形光学効果のことであり、従来のＥＤＦ（Erbium-Doped Fiber）のような線形増幅媒体を用いずに、信号光と制御光とが高非線形ファイバの中で相互作用することで生じる現象である（パラメトリック増幅またはパラメトリック発振は、簡単には、非線形光学媒質中で、高い周波数ω３によって２つの低周波数ω１、ω２の光を発生する過程と定義される）。

高非線形ファイバ内で生じるパラメトリック増幅は、非常に高速で生じる光学的物理現象なので、メカニカルな光路切り替えや、熱／電気光学効果によって媒質の屈折率を変化させる現象などよりも、はるかに応答速度が高速であり、高非線形ファイバに入力した超高速光パルスの中から、入力光と同じ速さで、目的とするパルスを抜き出して超高速スイッチングを行うことができ、それと同時に光信号は増幅されて出力される。

このように、高非線形ファイバを用いた光スイッチは、超高速スイッチ動作に加えて光増幅機能を有するので、スイッチング効率が高く（入力信号光パワーに対する出力信号光パワーの比率が大きく）、極低雑音でＳ／Ｎ劣化が非常に少ない高品質な光スイッチング伝送を行えるといった特徴を有しており、次世代の超高速光信号処理の実現に向けて、大きく期待されている技術である。

パラメトリック増幅を用いた従来技術として、入力信号光偏波に依存しない増幅特性を有する光ファイバのパラメトリック増幅器の技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−９０７８８号公報（段落番号〔０００１３〕〜〔００２０〕，第１図）

高非線形ファイバで生じるパラメトリック増幅による光スイッチにおいて、光パルスが時間多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplex）された信号光の中から所望の光パルスを抽出してスイッチ出力する場合には、スイッチング対象の光パルスと同じ位相で、かつ光パルスに対してある角度を持って制御光パルスを高非線形ファイバへ入力する。

図２０はパラメトリック増幅を用いた光スイッチ動作の概要を示す図である。高非線形ファイバＦに対して、信号光と制御光パルスが入力する。信号光は、光パルスが時間多重されたＴＤＭ光信号であり、ｃｈ（チャネル）１〜ｃｈ４の繰り返しで構成されているとする。

このとき、ｃｈ１、ｃｈ３の光パルスのみを抽出してスイッチ出力させる場合には、ｃｈ１とｃｈ３の光パルスと同一位相で、かつｃｈ１、ｃｈ３の光パルスの偏光方向に対して一定の角度から制御光パルスｐ１、ｐ３を高非線形ファイバＦへ入射する。

すると、高非線形ファイバＦ内で生じるパラメトリック増幅によって、制御光パルスｐ１、ｐ３のパワーがｃｈ１、ｃｈ３の光パルスへ移行し、ｃｈ１、ｃｈ３の光パルスのみが増幅されて出力することになる（実際には高非線形ファイバＦの出力段で、偏光子やバンドパスフィルタなどを用いて余分な光信号をカットするが詳細はここでは省略）。

このように、複数のチャネルが時間多重されている信号光に対し、各チャネルに対応した制御光パルスを生成し、スイッチング対象の光パルスに対して、それぞれの制御光パルスを上記の条件で高非線形ファイバＦに入力することで、光スイッチ処理を行うことが可能である。

一方、各チャネルの光パルスは、ネットワーク上に散在する各ノードから送信されて到達したものであり、それらの光パルスが時間多重されて、信号光は生成されたものであるので、実際の信号光は、チャネル毎に光レベルに差が生じていることになる。

このようなレベルの異なるチャネルからなる信号光に対して、従来では、あらかじめ設定されている一定レベルの制御光パルスを高非線形ファイバＦに入力して光スイッチングを行っていた。このため、スイッチング後の光パルスのレベルには、ばらつきが生じることになり、受信側でレベル補償をしなければならないといった問題があった。

図２１は問題点を説明するための図である。信号光は、ｃｈ１〜ｃｈ４の繰り返しからなるＴＤＭ光信号であり、ｃｈ１〜ｃｈ４のレベルは互いに異なっている。また、ｃｈ１〜ｃｈ４の光パルスに対応する制御光パルスｐ１〜ｐ４は、すべて同じ一定レベルである。

従来のように、信号光の各チャネルに対応する制御光パルスのレベルがすべて固定である場合に、制御光パルスｐ１〜ｐ４を上述の条件で高非線形ファイバＦへ入力し、ｃｈ１〜ｃｈ４の４チャネルを出力させると、出力したｃｈ１〜ｃｈ４のレベル差の比率は、高非線形ファイバＦの入力時のレベル差の比率と同じ状態で出力されることになる。

すなわち、スイッチ出力された各チャネルの光パルスのレベルには、ばらつきが生じるため、受信するノード側では、受信ノード毎にレベルを補償しなければならず、システム運用の利便性を低下させるといった問題があった。

また、レベル補償するために、高非線形ファイバＦの後段において、光増幅器をチャネル数分設置して、スイッチ出力後のすべてのチャネルのレベルを一定に増幅制御することも考えられる。

しかし、近年では通信トラフィックの急激な増加に伴い、使用すべきチャネル数も増加しており、時間多重されている光パルスのチャネル数も非常に多く、そのような状況において、ネットワーク上の光スイッチングを行うノード毎に、すべてのチャネルに対応してレベル補償するための光増幅器を設置すると、装置規模及びコストが増大してしまい、超高速光通信ネットワークを経済的に構築する上での大きな障害要因となってしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、時間多重された光パルスのスイッチ出力レベルを適応的に制御して、高品質で柔軟性のある光スイッチングを行う光スイッチ装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、時間多重された光パルスのスイッチ出力レベルを適応的に制御して、高品質で柔軟性のある光スイッチングを行う光スイッチ方法を提供することである。

上記課題を解決するために、光スイッチ装置が提供される。この光スイッチ装置は、複数のチャネルの光パルスが時間多重された第１の波長を有する入力光を入力し、偏光方向を制御した偏光入力光を出力する第１の偏光制御部と、連続した制御光パルスから構成された、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する制御光を生成する制御光生成部と、前記制御光を入力し、偏光方向を制御した偏光制御光を出力する第２の偏光制御部と、前記偏光入力光および前記偏光制御光を入力し、前記偏光制御光の非線形効果によって、前記偏光入力光に対して増幅および偏光回転を生じさせて、増幅光として出力する非線形光ファイバと、前記第１の偏光制御部で制御した偏光方向と直交する偏光軸を有し、前記増幅光が入力する偏光子と、前記偏光子から出力された前記増幅光をモニタするモニタ部と、を備え、前記制御光生成部は、前記モニタ部のモニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各光パワーを制御し、前記第２の偏光制御部は、前記モニタ部のモニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各偏光方向を制御し、前記第２の偏光制御部は、前記偏光入力光に対して所定角度を形成する偏光方向を持った前記偏光制御光を出力し、前記モニタ部は、前記偏光子から出力された前記増幅光のレベルをモニタし、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出し、前記制御光生成部は、前記差分値がゼロに近づくように励起レベルを可変に設定した前記制御光パルスを生成し、前記第２の偏光制御部は、前記入力光のスイッチ出力対象の光パルスであるスイッチ対象光パルスに対して、前記スイッチ対象光パルスと同一位相の前記制御光パルスに前記所定角度を持たせて、前記非線形光ファイバへ入力することで、前記非線形光ファイバ内で、増幅および偏光回転を生じさせて、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行う。

非線形光学効果を利用した光スイッチに対して、時間多重された光パルスのスイッチ出力レベルを適応的に制御した光スイッチングを行うことができるので、高品質で柔軟性のある光スイッチングを行うことが可能になる。また、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行うことが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光スイッチ装置の原理図である。光スイッチ装置１０は、非線形光ファイバ１１、信号光偏光制御部１２（第１の偏光制御部に該当）、偏光子１３、レベルモニタ部１４（モニタ部に該当）、制御光パルス設定部１５、フィルタ１６、カプラＣ１、Ｃ２から構成され、光パルスをスイッチして伝送する装置である。

非線形光ファイバ１１は、非線形光学効果を有し、複数のチャネルの光パルスが時間多重された信号光（ＴＤＭ信号光）が入力する。非線形光ファイバ１１の長さは、例えば、２０〜３０ｍの実用的な長さである。なお、非線形光ファイバ１１は、非線形光学効果の発生効率が高い高非線形ファイバを使用するものとし、以降では、ＨＮＬＦ１１と呼ぶ。

信号光偏光制御部１２は、信号光の偏光方向を制御する。偏光子１３は、ＨＮＬＦ１１の出力段に設けられ、信号光偏光制御部１２で制御された信号光の偏光方向と直交する偏光主軸を有する。

具体的には、偏光子１３は、偏光主軸成分の光のみを通過させる光フィルタの機能を有している。また、信号光偏光制御部１２は、偏光子１３の偏光主軸と直交するように信号光の偏光方向を設定制御する。

レベルモニタ部１４は、偏光子１３を透過し、かつフィルタ１６でフィルタリングされたスイッチ出力後の光パルスを、カプラＣ２を介して受信し、受信した光パルスのレベルをモニタする。そして、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出する。レベルモニタ部１４では、このような差分値や、または各光パルスのモニタ値を制御光パルス設定部１５へ送信する。

制御光パルス設定部１５は、制御光パルス生成部１５ａ（制御光生成部に該当）、制御光パルス偏光制御部１５ｂ（第２の偏光制御部に該当）及び制御部１５ｃを含む。制御光パルス生成部１５ａは、信号光の波長とは異なる波長を有し、差分値がゼロに近づくように、励起レベルを可変に設定した制御光パルスを生成する（信号光の波長λｓと制御光パルスの波長λｐは互いに異なり、また制御光パルスは、信号光の光パルスと同期して生成される）。

制御光パルス偏光制御部１５ｂは、制御光パルスの偏光方向を信号光の偏光方向に対して所定角度（約４５度）に設定する。
制御部１５ｃは、制御光パルス生成部１５ａ及び制御光パルス偏光制御部１５ｂに対して、制御光パルスのレベル設定の指示や偏光方向の角度設定の指示などの制御光パルス設定に必要な全体制御を行う（装置全体の制御も兼ねている）。

また、制御部１５ｃには保守端末（図示せず）が接続可能であり、レベルモニタ部１４から送信される各光パルス（チャネル）のモニタ値を、保守端末の画面上に表示するなどして、システムの運用状態や障害チャネルをオペレータが確認することが可能である。さらに、保守端末から制御部１５ｃを介して、レベルモニタ部１４へスイッチ出力後の光パルスの目標レベル設定を行うことができる。

制御光パルス設定部１５では、上述のレベルモニタ部１４及び制御光パルス生成部１５ａによるフィードバック制御によって求められた励起レベルを設定した制御光パルスを生成する（ＨＮＬＦ１１内でパラメトリック増幅を生じさせるのに必要なパワーの範囲内で、差分値がゼロに近づくように、制御光パルスの励起レベルを可変に設定する）。

そして、信号光のスイッチ出力対象の光パルスである、スイッチ対象光パルスに対して、この制御光パルスをスイッチ対象光パルスと同一位相で、かつ所定角度を持たせて、ＨＮＬＦ１１へ入力することで、ＨＮＬＦ１１内で偏光回転及びパラメトリック増幅を起こさせる。これによって、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された、パラメトリック増幅による光スイッチングを実行する。

なお、偏光回転及びパラメトリック増幅は、信号光全体に生じるものではなく、制御光パルスと時間的に重複する時間領域でのみ生じるものなので、スイッチ対象光パルス以外の光パルスについては、偏光回転及びパラメトリック増幅は生じない。偏光回転及びパラメトリック増幅の詳細については後述する。

フィルタ１６は、バンドパスフィルタであり、信号光の波長λｓのみを通過させ、他の波長の光をカットする。すなわち、制御光パルス（波長λｐ）やＨＮＬＦ１１で発生した自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）などの光は、このフィルタ１６によってカットされる。

なお、制御光パルスの波長が信号光の波長から大きく離れていたり、偏光子１３を通過する信号光のパワーが自然放出光と比較して十分に大きい場合などには、フィルタ１６は必ずしも設ける必要はない。

次に光スイッチ装置１０の動作概要について説明する。図２は光スイッチ装置１０の動作概要を示す図である。信号光は、ｃｈ１〜ｃｈ４の光パルスの繰り返しからなるＴＤＭ光信号であり、ｃｈ１〜ｃｈ４のレベルは互いに異なっている。

初期状態では、制御光パルス生成部１５ａは、各チャネルの光パルスに対して、一定レベル（初期値レベル）の制御光パルスをＨＮＬＦ１１に入力する。そして、レベルモニタ部１４は、ＨＮＬＦ１１から出力された光パルスのレベルをそれぞれモニタし、目標値との差分を算出し、制御光パルス生成部１５ａへ送信する。

そして、運用状態では、制御光パルス生成部１５ａは、各チャネルの差分値にもとづいて設定した励起レベルを持つ制御光パルスを生成して、ＨＮＬＦ１１へ入力することで、スイッチ出力後のレベルのばらつきを抑制する。

ここで、スイッチ出力後のｃｈ１〜ｃｈ４のすべてのレベルの目標値をＬ_Tとする。光パルスｃｈ１に対して、光パルスｃｈ１と、初期値レベルを設定した制御光パルスと、を同じタイミングでかつ所定の角度でＨＮＬＦ１１へ入力する。レベルモニタ部１４は、ＨＮＬＦ１１通過後のパラメトリック増幅された光パルスｃｈ１のレベルをモニタし、モニタ値と目標値Ｌ_Tとの差分値を算出する。

制御光パルス生成部１５ａは、差分値がゼロに近づくように、光パルスｃｈ１に対応する制御光パルスｐ１の励起レベルを補正して、スイッチ出力後の光パルスｃｈ１のレベルをＬ_Tと設定する。

同様に光パルスｃｈ２に対して、光パルスｃｈ２と、初期値レベルを設定した制御光パルスと、を同じタイミングでかつ所定の角度でＨＮＬＦ１１へ入力する。レベルモニタ部１４は、ＨＮＬＦ１１通過後のパラメトリック増幅された光パルスｃｈ２のレベルをモニタし、モニタ値と目標値Ｌ_Tとの差分値を算出する。

制御光パルス生成部１５ａは、差分値がゼロに近づくように、光パルスｃｈ２に対応する制御光パルスｐ２の励起レベルを補正して、スイッチ出力後の光パルスｃｈ２のレベルをＬ_Tと設定する。他のｃｈのレベル設定も同様である。

このように、光スイッチ装置１０では、スイッチ出力レベルを目標値のレベルとなるようにフィードバックして制御光パルスの励起レベルを可変設定し、光スイッチングを行う構成としたので、スイッチ出力レベルのばらつきを抑制することが可能になる。

また、この例では、すべてのスイッチ出力後の光パルスのレベルを同一レベルとなるように制御したが、光スイッチ装置１０では、チャネル単位に個別にスイッチ出力レベルを制御することができるので、一方のチャネルの出力レベルは高くし、他方のチャネルの出力レベルは低くするといったように、各チャネルの光パルスを受信する装置の受信状態に応じて所望のレベルに設定することができ（意図的にスイッチ出力レベルにばらつきを持たせることが可能）、スイッチ運用に対して柔軟性を持たせることが可能である。

ここで、制御光パルス生成部１５ａで、制御光パルスｐ１〜ｐ４を生成する場合においては、制御光パルスｐ１〜ｐ４の各波長はすべて同一であり、その波長はＨＮＬＦ１１のゼロ分散波長と一致させるものとする。

理由としては、ＨＮＬＦ１１の平均ゼロ分散波長（特定の波長で波形の広がり（波長分散）が最小になるところ）と制御光パルスの波長とが略一致するように設定すると、非線形光学効果によって生じる新たな光と制御光パルスの位相が整合することになり、後述のパラメトリック増幅の発生効率が高くなるからである。

また、光増幅では波長毎に利得は異なるので、制御光パルスの波長を同一にしておけば、スイッチ出力のレベル制御において、制御光パルス毎の利得も同一化することができ、レベル制御がしやすくなるといった利点もある。

次に光スイッチ装置１０で実現される光スイッチ制御について段階的に詳しく説明する。非線形光学媒質で生じる非線形光学効果の現象には大別すると、非線形屈折率変化と非線形散乱とがある。

前者の非線形屈折率変化は、光の強度に応じて媒質の屈折率が変化する現象であり、代表的なものに、自己位相変調（ＳＰＭ：Self Phase Modulation）、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）及び４光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）がある。

ＳＰＭは、１波の伝送で位相シフトを生じる現象であり（自分自身の光強度で位相が変化）、ＸＰＭは、異なる波長の光が、同時に同一方向に伝送したときに生じる位相シフト現象である（別の光の強度により位相が変化）。また、ＦＷＭは、２つ以上の光から新しい光が生成される現象である（ちなみに、非線形散乱には、誘導ラマン散乱や誘導ブリルアン散乱などがあるが、本発明の内容とは直接関係ないので説明は省略する）。

非線形屈折率変化は、光カー効果（optical Kerr effect）とも呼ばれる。光スイッチ装置１０の光スイッチ制御では、まず、この光カー効果によって（特にＸＰＭの作用によって）入力信号光に偏光回転を生じさせている。

最初に、信号光の偏光回転及び偏光回転によって実現される光スイッチングについて説明する。なお、説明しやすいように、光カー効果によって実現される光スイッチングのモデルとして光カースイッチを想定する。

図３は光カースイッチを示す図である。光カースイッチ２０は、非線形光ファイバ２１、信号光偏光制御部２２、偏光子２３、制御光パルス生成部２５ａから構成される。非線形光ファイバ２１には、信号光及び制御光パルスが入力される。なお、光カースイッチ２０で用いる制御光パルスは、レベルが低く、励起の機能は持っていない。また、信号光偏光制御部２２は、信号光の偏光方向を、偏光子２３の偏光主軸と直交するように設定している。

図４は偏光回転の様子を示す図である。制御光パルス生成部２５ａで制御光パルスを生成せず、制御光パルスのパワーがゼロであれば、非線形光ファイバ２１において信号光の偏光方向は回転しない。この場合、非線形光ファイバ２１から出力される信号光の偏光方向は、偏光子２３の偏光主軸と直交する状態であるので、信号光は偏光子２３により完全に遮断される。

一方、制御光パルス生成部２５ａが制御光パルスを生成して、信号光の光パルスと同一タイミングで非線形光ファイバ２１へ入力したとする。このとき、光パルスと制御光パルスとが時間的に重複した状態で（互いに同一位相で）、制御光パルスのパワーをある程度大きくしていくと、図に示すように、非線形光ファイバ２１内では、制御光パルスのパワーに応じて、信号光の偏光方向が回転する。このため、信号光の一部の成分が偏光子２３を通過するようになる。

この場合、制御光パルスのパワーを調整することで、信号光の位相を非線形光ファイバ２１への入力状態に対して９０度だけ変化（回転）させると、信号光の偏光方向は、偏光子２３の偏光主軸と一致するので、信号光のほぼ１００％が偏光子２３を通過することになる。すなわち、信号光の偏光方向を９０度だけ回転させるのに必要なパワーを持つ制御光パルスを非線形光ファイバ２１に入力すれば、信号光を効率よく抽出できる。

このように、非線形光ファイバ２１へ入力する制御光パルスの光強度を変えて、信号光の偏光方向を、偏光子２３の偏光主軸に対して０度または９０度に変化させれば、非線形光学効果（光カー効果）による高速の光スイッチングが可能である。しかし、この場合、光スイッチングだけが実現しているだけで、信号光の入力パワーよりも大きなパワーの出力光は得ることができない（信号光が単に回転するだけで増幅作用は起きていないから）。

次にパラメトリック増幅を含めた光スイッチの動作について説明する。光スイッチ装置１０で行う光スイッチ制御は、上記の偏光回転の作用をベースとしながら、制御光パルスを励起光としてＨＮＬＦ１１に供給することにより、パラメトリック増幅をＨＮＬＦ１１内で生じさせて、高いスイッチング効率を実現するものである。

なお、上記の光カースイッチ２０の場合、非線形光ファイバ２１に入力する制御光パルスのパワーは小さく（励起光の役目は持たないので）、小さいパワーの範囲内で制御光パルスのレベルを変化させてスイッチングを行う。

これに対し、パラメトリック増幅を行う光スイッチ装置１０の場合は、ＨＮＬＦ１１に入力する制御光パルスのパワーは、光カースイッチ２０のそれと比べて非常に大きい（励起光の役目を持たせる）。そして、本発明の光スイッチ装置１０では、この大きいパワー（パラメトリック増幅を行うに必要な十分なパワー）の範囲内で制御光パルスのレベルを変えている。

次に一般的なパラメトリック増幅の定義について説明する。パラメトリック増幅は、光の波長域で起こるパラメトリック効果によって生じる増幅現象である。ここで、パラメトリック効果とは、非線形光学媒質において角周波数ω１、ω２、・・・の入射光から新しい角周波数ωｎ、ωｎ＋１、・・・の光を生じる過程のことであり、通常は、ωｐの強い光（励起光）を非線形光学媒質に入射した際に、ωｐ＝ω１＋ω２＋・・・を満たす複数の低周波の光ω１、ω２・・・を発生させる効果をいう。

この現象は光混合の逆過程に相当する。光混合とは、すなわち非線形光学媒質に角周波数ω１、ω２・・・の複数の光が同時に入射したとき、角周波数ωｍ＝ω１±ω２±・・・の光を発生する効果のことである。

例えば、光混合としてよく知られるものには、ＦＷＭがある。ＦＷＭは、ω１とω２の２波が非線形光学媒質に入射した場合に、３次の非線形分極を介して、あらたなω３とω４の光を発生させる現象である。

パラメトリック増幅は、パラメトリック効果によって、角周波数ωｐの励起光からωｐ＝ωｓ＋ωｉの２つの光（信号光とアイドラ（idler）光）が発生し、かつこれらの光が位相整合条件を満たしていると（ωｐ、ωｓ、ωｉの位相が揃っていると）、最初は弱いωｓの光であっても、それとωｐとの再結合によってωｉを生じ、次にωｐとωｉの再結合によって、ωｓを発生する。これを繰り返し結果的にωｓの光（またはωｉの光）は、ωｐのポンプ光によって増幅されることになる。

次に光スイッチ装置１０におけるパラメトリック増幅による光スイッチ制御について説明する。光スイッチ装置１０では、ＨＮＬＦ１１に対して、信号光及び制御光パルスを合波して入力し、ＨＮＬＦ１１内で、スイッチ対象の光パルスの偏光方向を回転させると共に、パラメトリック増幅を起こさせて、スイッチ対象の光パルスを増幅させて抽出し、光スイッチングを実現する。

ここで、パラメトリック増幅は、非線形光学媒質内で相互作用する光波の偏光方向が互いに一致しているときに発生効率が最大になり、それらの偏光方向が互いに直交しているときにはほとんど発生しないことが知られている。

一方、図１の制御光パルス偏光制御部１５ｂでは、上述したように、ＨＮＬＦ１１の入力端で、信号光の偏光方向に対して、制御光パルスの偏光方向との間の角度が約４５度（以下、単に４５度と記す）となるように、制御光パルスの偏光方向を設定している。

このように、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向との間の角度が４５度に設定されているので、それらの方向が互いに一致しているときと比較すると、一見、パラメトリック増幅の発生効率は低下するように見える。

しかし、信号光の偏光方向は、図４で上述したように、光カー効果のＸＰＭの作用により、制御光パルスのパワーに応じて回転するので、信号光の偏光方向の回転量が４５度に近づくにつれて、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向とが一致する方向に向かい、パラメトリック利得が次第に増大していくことになる（信号光の回転量が４５度になれば、信号光及び制御光パルスの偏光方向が一致してパラメトリック利得が最大となる）。

図５はパラメトリック増幅による光スイッチングの動作を説明するための図である。制御光パルス生成部１５ａから制御光パルスが出力されないときは、ＨＮＬＦ１１において信号光の位相は回転しない。したがって、信号光の偏光方向と偏光子１３の偏光主軸は、直交関係となるので、信号光は偏光子１３によって完全に遮断される。

一方、制御光パルスがＨＮＬＦ１１に入力すると（信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向との角度が４５度でＨＮＬＦ１１に入力）、図４で上述したように、制御光パルスのパワーに応じて、信号光の偏光方向は回転する。そして、信号光が４５度回転したときに、信号光及び制御光パルスの偏光方向が共に一致するので、このときパラメトリック増幅の発生効率が最大となる。

ここで、ＨＮＬＦ１１内で生じるパラメトリック増幅は、励起光として供給される制御光パルスによって、信号光と同じ波長成分が新たに生成される現象であるが、パラメトリック増幅によって新たに生成される信号光成分は、光カー効果（ＸＰＭ）の影響を受けることがないので偏光回転を生じない。

すなわち、パラメトリック増幅を発生させることが可能な十分な励起パワーを持つ制御光パルスを４５度の角度でＨＮＬＦ１１に入力すると、信号光は４５度まで回転し、信号光と制御光パルスの互いの偏光方向が一致して、パラメトリック増幅が最大となる。そして、この時点で、パラメトリック増幅によって増幅された信号光は、光カー効果（ＸＰＭ）の影響を受けなくなり、信号光は偏光回転しなくなり、この位置で固定するのである。

上記の内容をまとめると、光カースイッチ２０で使用した制御光パルスは、レベルが低いので、非線形光ファイバにそのような制御光パルスを入力してもパラメトリック増幅は起きず、光カー効果の作用によって、信号光の偏光方向が、制御光パルスのパワーに応じて回転するだけである。

ところが、パラメトリック増幅発生に必要なパワーを持った制御光パルスを例えば、４５度でＨＮＬＦ１１に入力すると、パラメトリック増幅発生が最大となる前の状態においては、光カー効果によって信号光は偏光回転するが、偏光回転の過程で制御光パルスの偏光方向と信号光の偏光方向とが一致すると（４５度で一致）、そこでパラメトリック増幅が最大となり、そのとき、信号光は光カー効果の影響を受けなくなり、信号光の偏光回転が停止することになる。

したがって、パラメトリック増幅が最大となる、信号光と制御光パルスの偏光方向が互いに一致する位置において、信号光は回転しなくなるので、パラメトリック増幅を発生させるパワーの範囲内で（パラメトリック増幅が効率よく生じるパワーの範囲内で）、本発明のように、制御光パルスのパワーを可変に設定しても、信号光は回転せずに４５度の位置で固定されるのである。そして、この４５度の固定位置で、信号光の増幅量だけが可変されることになる（パラメトリック増幅を発生させるパワーの範囲内で制御光パルスの励起レベルを可変させれば、信号光は４５度の位置から動かずに信号増幅量のみが変化するということ）。

一方、図５からわかるように、増幅された信号光は、偏光子１３の偏光主軸に対して４５度であるので、増幅された信号光の大きさをｇとすれば、偏光子１３から出力される信号光のパワーは（ｇ／√２）となる。

このように、増幅効率は１００％ではないものの、元々の入力信号光のパワーと比べれば十分に大きな出力光を得ることができ（パラメトリック増幅により１０倍以上の増幅が可能である）、従来の光スイッチに比べて、スイッチング効率を格段に改善することが可能になる。

また、パラメトリック増幅を用いた光スイッチ装置１０では、制御光パルスをＨＮＬＦ１１に入力しないときのスイッチＯＦＦ時においては、信号光の偏光方向は偏光子１３の偏光主軸と直交するので信号光は完全に遮断され、制御光パルスを入力したスイッチＯＮ時には、パラメトリック増幅によって増幅された信号光（光パルス）が出力するので、非常に良好な消光比及びＳ／Ｎを得ることが可能である。

さらに、光スイッチ装置１０では、ＨＮＬＦ１１内でＸＰＭやＦＷＭの非線形光学効果によるスイッチングを行うが、これらの非線形光学効果は、いずれもｆｓ（フェムト秒）オーダの応答速度を有する極めて高速な光学現象である。したがって、Ｔ（テラ）ｂ／ｓの光スイッチングを行うことができ、従来の光スイッチと比べてはるかに高速な光スイッチングを実現することが可能である。

図６は信号光と制御光パルスの偏光状態の様子を示す図である。パラメトリック増幅による光スイッチング時の信号光と制御光パルスの偏光状態の様子を示している（図５で上述した内容を装置上で示すものである）。

信号光の光パルスと、励起レベルを有する制御光パルスは、同一位相タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。その場合、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向とは互いに４５度の角度を保ってＨＮＬＦ１１へ入力する。

すると、ＨＮＬＦ１１内では偏光回転及びパラメトリック増幅が生じて、信号光の偏光方向は、制御光パルスと一致し、かつ信号光のパワーは増幅されて、ＨＮＬＦ１１から出力する。また、偏光子１３の偏光主軸は垂直方向に切られているので、ＨＮＬＦ１１からの出力光の垂直成分が偏光子１３を透過して出力する。

次に光スイッチ装置１０における、スイッチ出力後の光パルスレベル設定の適応的制御について説明する。なお、以降で示す第１〜第３の実施の形態の動作フローでは、信号光は、ｃｈ１〜ｃｈ４の４チャネルが時間多重された信号であるとし、制御光パルス設定部１５は、各チャネルに応じて制御光パルスｐ１〜ｐ４を入力信号光に同期して生成する。また、信号光及び制御光パルスそれぞれの偏光方向は４５度で、ＨＮＬＦ１１に入力されるとする。

図７は第１の実施の形態の動作フローを示す図である。なお、このフローは、図２で上述した動作内容に対応している。
〔Ｓ１〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１の初期レベル値をＸ１と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ１と制御光パルスｐ１は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ２〜ｐ４それぞれのレベル値はゼロとする。

〔Ｓ２〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ（光／電気変換）後にレベルをモニタする。モニタ値Ｍch1が目標値Ｘch1と等しければステップＳ４へいき、等しくなければステップＳ３へいく。

〔Ｓ３〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1と目標値Ｘch1との差分値ｄ１を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ４〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ２の初期レベル値をＸ２と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ２と制御光パルスｐ２は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ３、ｐ４それぞれのレベル値はゼロとする。

〔Ｓ５〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ２を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch2と等しければステップＳ７へいき、等しくなければステップＳ６へいく。

〔Ｓ６〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch2と目標値Ｘch2との差分値ｄ２を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ７〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ３の初期レベル値をＸ３と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ３と制御光パルスｐ３は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ２、ｐ４のレベル値はゼロとする。

〔Ｓ８〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ３を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch3と等しければステップＳ１０へいき、等しくなければステップＳ９へいく。

〔Ｓ９〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch3と目標値Ｘch3との差分値ｄ３を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ１０〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ４の初期レベル値をＸ４と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ４と制御光パルスｐ４は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ２、ｐ３のレベル値はゼロとする。

〔Ｓ１１〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ４を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch4と等しければステップＳ１３へいき、等しくなければステップＳ１２へいく。

〔Ｓ１２〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch4と目標値Ｘch4との差分値ｄ４を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ１３〕制御光パルス生成部１５ａは、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２で得られた各差分値ｄ１〜ｄ４がゼロに近づくように、制御光パルスｐ１〜ｐ４の初期レベル値を補正し、光パルスｃｈ１〜ｃｈ４のレベルを設定する。

例えば、ｃｈ１に対しては、制御光パルスｐ１の初期レベル値Ｘ１に対して、レベルモニタ部１４で算出された差分値ｄ１がゼロとなるように、制御光パルスｐ１のレベルをＸ１ｃと補正して、レベルＸ１ｃの制御光パルスをＨＮＬＦ１１へ入力することで、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘch1と設定する。

また、ｃｈ２に対しては、制御光パルスｐ２の初期レベル値Ｘ２に対して、レベルモニタ部１４で算出された差分値ｄ２がゼロとなるように、制御光パルスｐ２のレベルをＸ２ｃと補正して、レベルＸ２ｃの制御光パルスをＨＮＬＦ１１へ入力することで、光パルスｃｈ２のレベル＝Ｘch2と設定する。ｃｈ３、ｃｈ４も同様の制御を行う。

図８は第１の実施の形態の動作フローを示す図である。
〔Ｓ１ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１の初期レベル値をＸ１と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ１と制御光パルスｐ１は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ２〜ｐ４それぞれのレベル値はゼロとする。

〔Ｓ２ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ（光／電気変換）後にレベルをモニタする。モニタ値Ｍch1が目標値Ｘch1と等しければステップＳ４ａへいき、等しくなければステップＳ３ａへいく。

〔Ｓ３ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1と目標値Ｘch1との差分値ｄ１を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ１より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ１ｃと補正する。補正後ステップＳ２ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ４ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ２の初期レベル値をＸ２と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ２と制御光パルスｐ２は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ３、ｐ４それぞれのレベル値はゼロとする。

〔Ｓ５ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ２を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch2と等しければステップＳ７ａへいき、等しくなければステップＳ６ａへいく。

〔Ｓ６ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch2と目標値Ｘch2との差分値ｄ２を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ２より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ２ｃと補正する。補正後ステップＳ５ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ７ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ３の初期レベル値をＸ３と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ３と制御光パルスｐ３は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ２、ｐ４のレベル値はゼロとする。

〔Ｓ８ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ３を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch3と等しければステップＳ１０ａへいき、等しくなければステップＳ９ａへいく。

〔Ｓ９ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch3と目標値Ｘch3との差分値ｄ３を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ３より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ３ｃと補正する。補正後ステップＳ８ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ１０ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ４の初期レベル値をＸ４と設定して生成する。そして、光パルスｃｈ４と制御光パルスｐ４は、同一タイミングでＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１、ｐ２、ｐ３のレベル値はゼロとする。

〔Ｓ１１ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ４を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値が目標値Ｘch4と等しければステップＳ１３ａへいき、等しくなければステップＳ１２ａへいく。

〔Ｓ１２ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch4と目標値Ｘch4との差分値ｄ４を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ４より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ４ｃと補正する。補正後ステップＳ１１ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ１３ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、ステップＳ３ａ、Ｓ６ａ、Ｓ９ａ、Ｓ１２ａで得られた各差分値ｄ１〜ｄ４がゼロに近づくように、制御光パルスｐ１〜ｐ４の初期レベル値を補正し、光パルスｃｈ１〜ｃｈ４のレベルを設定する。

ここで、図７は、各ｃｈのレベル補正値をモニタ値との差分値から一度で設定するため、差分値から補正値への換算精度により、目標値との誤差が決定してしまう欠点があるが、各ｃｈでの差分判定は一度のみのため処理速度が速い利点がある。一方、図８では、目標値になるまで補正を繰り返し実行するため、補正値への換算精度は荒くてもよい利点があるが、処理速度が遅い欠点がある。

次に第２の実施の形態について説明する。図９、図１０は第２の実施の形態の動作概要を示す図である。上述の第１の実施の形態では、制御光パルスに対して、レベル設定済みのチャネルの制御光パルスのレベルを落としながら（レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスのレベルはゼロにしながら）、未設定チャネルの制御光パルスのレベルを設定していくというように、１チャネルずつのレベル設定を行うものなので、すべてのチャネルが設定し終わるまでは、各チャネルは運用状態とはならないが、第２の実施の形態では、レベル設定済みのチャネルを運用状態にしながら、未設定チャネルの制御光パルスのレベルを順次設定していくものである。

第２の実施の形態は、まず、１つの光パルスチャネル（ｃｈ１とする）に対しては、第１の実施の形態と同じような制御を施して、光パルスｃｈ１のレベルを目標値Ｘch1に設定する。

次に光パルスｃｈ２のレベルを設定する場合、レベルモニタ部１４は、スイッチ出力信号のレベルモニタとして、光パルスｃｈ１、ｃｈ２の出力をモニタする。このとき、制御光パルスｐ１＝Ｘch1（目標値）、制御光パルスｐ２＝Ｘ２（初期値）、制御光パルスｐ３、ｐ４＝０である。

ここで、光パルスｃｈ２のレベルが目標値Ｘch2で出力されていれば、出力モニタ値Ｍch1,ch2は、Ｍch1,ch2＝Ｘch1＋Ｘch2であり、光パルスｃｈ２に対する制御光パルスｐ２のレベル設定は補正の必要がなく終了である。

一方、図９のように、Ｍch1,ch2＜Ｘch1＋Ｘch2の場合には、レベルモニタ部１４は、差分値ｄａ＝（Ｘch1＋Ｘch2）−Ｍch1,ch2を算出し、制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄａがゼロに近づくように、初期レベル値Ｘ２を増加補正して制御光パルスｐ２を生成する。

また、図１０のように、Ｍch1,ch2＞Ｘch1＋Ｘch2の場合には、レベルモニタ部１４は、差分値ｄｂ＝Ｍch1,ch2−（Ｘch1＋Ｘch2）を算出し、制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄｂがゼロに近づくように、初期レベル値Ｘ２を減少補正して制御光パルスｐ２を出力する。制御光パルスｐ３、ｐ４の励起レベル設定も同様に行う。

図９、図１０は、信号光ピーク値によるレベル補正方法を図示しているが、信号光の時間平均レベル値によっても同様の方法が実現可能である。
図１１は第２の実施の形態の動作フローを示す図である。なお、ここの例では、スイッチ出力後の光パルスｐ１〜ｐ４は、すべて同じレベルＸchに設定するものとする。

〔Ｓ２１〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１の初期レベル値をＸ１と設定し、光パルスｃｈ１と同一タイミングで、制御光パルスｐ１をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ２〜ｐ４それぞれのレベル値はゼロである。

〔Ｓ２２〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値Ｍch1が光パルスｃｈ１の目標レベル値Ｘchと等しければステップＳ２５へいき、等しくなければステップＳ２３へいく。

〔Ｓ２３〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1と目標値Ｘchとの差分値ｄ１を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ２４〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ１がゼロに近づくように、制御光パルスｐ１のレベルをＸ１ｃと補正し、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘchと設定する。

〔Ｓ２５〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ２の初期レベル値をＸ２と設定し、光パルスｃｈ２と同一タイミングで、制御光パルスｐ２をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１は、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘchとなる補正後のレベルＸ１ｃでＨＮＬＦ１１へ入力し、制御光パルスｐ３、ｐ４それぞれのレベル値はゼロにする。

〔Ｓ２６〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2に対して、Ｍch1,ch2＝２・ＸchであればステップＳ２９へいき、そうでなければステップＳ２７へいく。

〔Ｓ２７〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2と目標値２・Ｘchとの差分値ｄ２を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ２８〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ２がゼロに近づくように、制御光パルスｐ２のレベルをＸ２ｃと補正し、光パルスｃｈ２のレベル＝Ｘchと設定する。

〔Ｓ２９〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ３の初期レベル値をＸ３と設定し、光パルスｃｈ３と同一タイミングで、制御光パルスｐ３をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１のレベルは補正後のレベルＸ１ｃ、制御光パルスｐ２のレベルは補正後のＸ２ｃでＨＮＬＦ１１へ入力し、制御光パルスｐ４のレベル値はゼロにする。

〔Ｓ３０〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2,ch3に対して、Ｍch1,ch2,ch3＝３・ＸchであればステップＳ３３へいき、そうでなければステップＳ３１へいく。

〔Ｓ３１〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2,ch3と目標値３・Ｘchとの差分値ｄ３を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ３２〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ３がゼロに近づくように、制御光パルスｐ３のレベルをＸ３ｃと補正し、光パルスｃｈ３のレベル＝Ｘchと設定する。

〔Ｓ３３〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ４の初期レベル値をＸ４と設定し、光パルスｃｈ４と同一タイミングで、制御光パルスｐ４をＨＮＬＦ１１へ入力する。制御光パルスｐ１のレベルは補正後のレベルＸ１ｃ、制御光パルスｐ２のレベルは補正後のＸ２ｃ、制御光パルスｐ３のレベルは補正後のレベルＸ３ｃでＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ３４〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2,ch3,ch4に対して、Ｍch1,ch2,ch3,ch4＝４・Ｘchであれば終了し、そうでなければステップＳ３５へいく。

〔Ｓ３５〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2,ch3,ch4と目標値４・Ｘchとの差分値ｄ４を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ３６〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ４がゼロに近づくように、制御光パルスｐ４のレベルをＸ４ｃと補正して、光パルスｃｈ４のレベル＝Ｘchと設定する。

図１２は第２の実施の形態の動作フローを示す図である。
〔Ｓ２１ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１の初期レベル値をＸ１と設定し、光パルスｃｈ１と同一タイミングで、制御光パルスｐ１をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ２〜ｐ４それぞれのレベル値はゼロである。

〔Ｓ２２ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後にレベルをモニタする。モニタ値Ｍch1が光パルスｃｈ１の目標レベル値Ｘchと等しければステップＳ２４ａへいき、等しくなければステップＳ２３ａへいく。

〔Ｓ２３ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1と目標値Ｘchとの差分値ｄ１を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ１より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ１ｃと補正する。補正後ステップＳ２２ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ２４ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ２の初期レベル値をＸ２と設定し、光パルスｃｈ２と同一タイミングで、制御光パルスｐ２をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１は、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘchとなる補正後のレベルＸ１ｃでＨＮＬＦ１１へ入力し、制御光パルスｐ３、ｐ４それぞれのレベル値はゼロにする。

〔Ｓ２５ａ〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2に対して、Ｍch1,ch2＝２・ＸchであればステップＳ２７ａへいき、そうでなければステップＳ２６ａへいく。

〔Ｓ２６ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2と目標値２・Ｘchとの差分値ｄ２を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ２より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ２ｃと補正する。補正後ステップＳ２５ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ２７ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ３の初期レベル値をＸ３と設定し、光パルスｃｈ３と同一タイミングで、制御光パルスｐ３をＨＮＬＦ１１へ入力する。なお、制御光パルスｐ１のレベルは補正後のレベルＸ１ｃ、制御光パルスｐ２のレベルは補正後のＸ２ｃでＨＮＬＦ１１へ入力し、制御光パルスｐ４のレベル値はゼロにする。

〔Ｓ２８ａ〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2,ch3に対して、Ｍch1,ch2,ch3＝３・ＸchであればステップＳ３０ａへいき、そうでなければステップＳ２９ａへいく。

〔Ｓ２９ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2,ch3と目標値３・Ｘchとの差分値ｄ３を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部では差分値ｄ３より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ３ｃと補正する。補正後ステップＳ２８ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

〔Ｓ３０ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ４の初期レベル値をＸ４と設定し、光パルスｃｈ４と同一タイミングで、制御光パルスｐ４をＨＮＬＦ１１へ入力する。制御光パルスｐ１のレベルは補正後のレベルＸ１ｃ、制御光パルスｐ２のレベルは補正後のＸ２ｃ、制御光パルスｐ３のレベルは補正後のレベルＸ３ｃでＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ３１ａ〕レベルモニタ部１４は、出力レベルをモニタする。出力モニタ値のＭch1,ch2,ch3,ch4に対して、Ｍch1,ch2,ch3,ch4＝４・Ｘchであれば終了し、そうでなければステップＳ３２ａへいく。

〔Ｓ３２ａ〕レベルモニタ部１４は、モニタ値Ｍch1,ch2,ch3,ch4と目標値４・Ｘchとの差分値ｄ４を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。制御光パルス設定部１５では差分値ｄ４より、差分がゼロとなるような制御光パルスレベルＸ４ｃと補正する。補正後ステップＳ３１ａへ戻り、目標値となるまで補正を繰り返す。

ここで、図１１は、各ｃｈのレベル補正値をモニタ値との差分値から一度で設定するため、差分値から補正値への換算精度により、目標値との誤差が決定してしまう欠点があるが、各ｃｈでの差分判定は一度のみのため処理速度が速い利点がある。一方、図１２では、目標値になるまで補正を繰り返し実行するため、補正値への換算精度は荒くてもよい利点があるが、処理速度が遅い欠点がある。

なお、上述の第１、第２の実施の形態では、特に運用起動時に存在する信号経路損失等の初期レベル偏差を吸収することに対して有効といえる。
次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、制御光パルスに低周波信号を重畳して強度変調（振幅変調）を行い、強度変調された制御光パルスをＨＮＬＦ１１へ入力する。そして、スイッチ出力後の強度変調された光パルスに重畳されている低周波信号の振幅にもとづいて、制御光パルスの励起レベルをフィードバック制御し、スイッチ出力後の光パルスのレベルを所望レベルに設定する。

図１３は第３の実施の形態の概要を示す図である。
〔Ｓ４１〕制御光パルスｐ１に対して、低周波信号を重畳して、低周波重畳信号ｐ１ａを生成する。このときの低周波信号は、信号光の周波数よりも十分低域な周波数であり、例えば、信号光が１０Gb/s以上ならば、低周波信号は１kHz程度と小さくする。また、制御光パルスｐ１ａの振幅をＡ１、低周波信号の振幅をＡ２としたときの変調度（搬送波の振幅と信号波の振幅の比率）ｍは、ｍ＝Ａ２／Ａ１であり、変調度ｍの強度変調を行うことになる。

〔Ｓ４２〕スイッチ出力後の信号光は、強度変調が施されて出力される。
〔Ｓ４３〕レベルモニタ部１４は、スイッチ出力後の信号光をＯ／Ｅ変換した後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ４４〕制御光パルス生成部１５ａは、抽出した低周波信号の振幅が目標値となるように、変調度は一定のまま、制御光パルスレベルを補正する。
図１４、図１５は第３の実施の形態の動作フローを示す図である。なお、スイッチ出力後の光パルスｐ１〜ｐ４の目標レベルをXch1〜Xch4とする。

〔Ｓ５１〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１〜ｐ４の初期レベル値をＸ１〜Ｘ４と設定する。
〔Ｓ５２〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ１の制御光パルスｐ１に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ１の強度変調を行って、光パルスｃｈ１と同一タイミングで、制御光パルスｐ１をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ５３〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ５４〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ５５〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ１がゼロに近づくように、変調度ｍ１のまま、制御光パルスｐ１のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘch1と設定する。

〔Ｓ５６〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ２の制御光パルスｐ２に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ２の強度変調を行って、光パルスｃｈ２と同一タイミングで、制御光パルスｐ２をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ５７〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ２を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ５８〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ５９〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ２がゼロに近づくように、変調度ｍ２のまま、制御光パルスｐ２のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ２のレベル＝Ｘch2と設定する。

〔Ｓ６０〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ３の制御光パルスｐ３に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ３の強度変調を行って、光パルスｃｈ３と同一タイミングで、制御光パルスｐ３をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ６１〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ３を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ６２〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ６３〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ３がゼロに近づくように、変調度ｍ３のまま、制御光パルスｐ３のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ３のレベル＝Ｘch3と設定する。

〔Ｓ６４〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ４の制御光パルスｐ４に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ４の強度変調を行って、光パルスｃｈ４と同一タイミングで、制御光パルスｐ４をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ６５〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ４を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ６６〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。
〔Ｓ６７〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ４がゼロに近づくように、変調度ｍ４のまま、制御光パルスｐ４のレベルを設定して補正し、光パルスｃｈ４のレベル＝Ｘch4と設定する。

図１６、図１７は第３の実施の形態の動作フローを示す図である。
〔Ｓ５１ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、制御光パルスｐ１〜ｐ４の初期レベル値をＸ１〜Ｘ４と設定する。

〔Ｓ５２ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ１の制御光パルスｐ１に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ１の強度変調を行って、光パルスｃｈ１と同一タイミングで、制御光パルスｐ１をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ５３ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ１を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ５３ａ−１〕モニタした振幅と目標振幅を比較し、目標振幅と等しければステップＳ５６ａへいき、等しくなければステップＳ５４ａへいく。
〔Ｓ５４ａ〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ１を制御光パルス設定部１５へ送信する。

〔Ｓ５５ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ１がゼロに近づくように、変調度ｍ１のまま、制御光パルスｐ１のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ１のレベル＝Ｘch1と設定し、ステップＳ５３ａ−１へいく。

〔Ｓ５６ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ２の制御光パルスｐ２に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ２の強度変調を行って、光パルスｃｈ２と同一タイミングで、制御光パルスｐ２をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ５７ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ２を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ５７ａ−１〕モニタした振幅と目標振幅を比較し、目標振幅と等しければステップＳ６０ａへいき、等しくなければステップＳ５８ａへいく。
〔Ｓ５８ａ〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ２を制御光パルス設定部１５へ送信する。

〔Ｓ５９ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ２がゼロに近づくように、変調度ｍ２のまま、制御光パルスｐ２のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ２のレベル＝Ｘch2と設定し、ステップＳ５７ａ−１へいく。

〔Ｓ６０ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ３の制御光パルスｐ３に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ３の強度変調を行って、光パルスｃｈ３と同一タイミングで、制御光パルスｐ３をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ６１ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ３を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ６１ａ−１〕モニタした振幅と目標振幅を比較し、目標振幅と等しければステップＳ６４ａへいき、等しくなければステップＳ６２ａへいく。
〔Ｓ６２ａ〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ３を制御光パルス設定部１５へ送信する。

〔Ｓ６３ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ３がゼロに近づくように、変調度ｍ３のまま、制御光パルスｐ３のレベルを可変設定して補正し、光パルスｃｈ３のレベル＝Ｘch3と設定し、ステップＳ６１ａ−１へいく。

〔Ｓ６４ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、振幅Ｘ４の制御光パルスｐ４に対して、固定振幅の低周波信号を重畳して、変調度ｍ４の強度変調を行って、光パルスｃｈ４と同一タイミングで、制御光パルスｐ４をＨＮＬＦ１１へ入力する。

〔Ｓ６５ａ〕レベルモニタ部１４は、フィルタ１６から出力された光パルスｃｈ４を、カプラＣ２を介して受信し、Ｏ／Ｅ変換後に低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタする。

〔Ｓ６５ａ−１〕モニタした振幅と目標振幅を比較し、目標振幅と等しくなければステップＳ６６ａへいく。
〔Ｓ６６ａ〕レベルモニタ部１４は、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分を算出し、差分値ｄ４を制御光パルス設定部１５へ送信する。

〔Ｓ６７ａ〕制御光パルス生成部１５ａは、差分値ｄ４がゼロに近づくように、変調度ｍ４のまま、制御光パルスｐ４のレベルを設定して補正し、光パルスｃｈ４のレベル＝Ｘch4と設定し、ステップＳ６５ａ−１へいく。

なお、第３の実施の形態では、特に、運用起動時の信号経路損失等の初期レベル偏差を吸収する場合だけではなく、信号が有効となった後の運用中に生じる環境変化による信号損失偏差や一部の信号の経路が切り替った場合等のレベル偏差の吸収も効果的に行うことができる。

また、上記では、重畳低周波数を１つにして、すべてのｃｈに対する制御光パルスのレベルを補正したが、ｃｈ毎に重畳低周波を割り当てて、光出力モニタから各周波数成分を抽出することにより、各ｃｈ単位で制御光パルスのレベル補正を行ってもよい。

ここで、第１〜第３の実施の形態において、レベルモニタ部１４は、スイッチ出力後の高速光パルス単体のレベルをモニタするのではなく、スイッチ出力の全信号のトータルレベルをモニタしている。

例えば、第１の実施の形態では、ｃｈ１のレベルをモニタする際は、ｃｈ２〜ｃｈ４はＯＦＦとなっているので、スイッチ出力信号はｃｈ１のみであり、このときのスイッチ出力信号のトータルレベルをモニタすることで、実質的にｃｈ１のレベルを認識している（第２、第３の実施の形態も同様にトータルレベルのモニタを行っている）。

したがって、レベルモニタ部１４では、スイッチ出力の全信号の時間平均された値を見ればよいので、通常のＰＤ（Photo Diode）を用いてのモニタ監視が可能であり（もし、高速パルス単体をＰＤでモニタしようとしても、ＰＤでは、回路内部の時定数によって応答特性が決まるので、高速光パルスに追従できず、明確なパルス強度は認識できない）、信号のビットレート（例えば40Gbit/s）に対し、十分低い帯域（例えば10kHz程度）でのレベル監視が可能である。

次に第４の実施の形態について説明する。第１〜第３の実施の形態では、レベルモニタ部１４において、スイッチ出力の光パルスのレベルをモニタし、制御光パルス生成部１５ａで、モニタ結果にもとづいて、制御光パルスのレベルを可変に設定するフィードバック制御としたが、第４の実施の形態では、制御光パルス偏光制御部１５ｂにおいて、信号光の偏光方向に対する制御光パルスの偏光方向の角度を可変に変えて、スイッチ出力後の光パルスのレベルを補正するものである。

すなわち、第１〜第３の実施の形態では、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向は常に４５度を保ったままで、制御光パルスの励起レベルのみを可変設定したが、第４の実施の形態では、制御光パルスの励起レベルの可変設定に加えて、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向との角度の可変設定も行うことにする。

上述の図５からわかるように、スイッチ出力光は、ＨＮＬＦ１１内でパラメトリック増幅された信号光の垂直成分のみが、偏光子１３から透過されるものなので、制御光パルスの偏光方向の角度を変えることで、スイッチ出力のレベルも可変させることができる。

ただし、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向との間の角度は、実験及びシミュレーションにより、ＨＮＬＦ１１の入力端において４０〜５０度が好適であることが認識され、この角度が大きすぎると、信号光の偏光回転が起こりにくくなり、小さすぎると偏光子１３による損失が大きくなりすぎるので、一定範囲（４０〜５０度）内で可変に動かすことになる。

このように、制御光パルスの励起レベルの可変設定と、信号光の偏光方向と制御光パルスの偏光方向との間の角度の可変設定とを組み合わせて行うことで、スイッチ出力後の光パルスのレベルをより精細に設定することが可能になる（微調整が可能である）。

次に制御光パルス設定部１５における制御光パルスの生成動作について説明する。制御光パルス生成部１５ａで制御光パルスを生成する際に、各チャネルの光パルスのスイッチ出力レベルを同一に制御するとき（ｃｈの識別が不要なとき）、各チャネルと各制御光パルスは、１対１で対応していればよく、必ずしも光パルスのチャネル番号と制御光パルスの番号が一致している必要はない（例えばｃｈ１とｐ３が対応してもよい）。

図１８はチャネル周期とチャネル間隔を示す図である。制御光パルスを生成する際にはｃｈ周期とｃｈ数が認識できればよいので、外部からｃｈ周期（ｔａ）とｃｈ数（ｎ）の情報を（ｃｈ周期（ｔａ）の代わりにｃｈ間隔（ｔｂ）でもよい）、制御光パルス設定部１５へ入力する。

また、信号光により伝搬される光パルスに制御光パルスを同期させる場合には、制御光パルス設定部１５内の制御部１５ｃにおいて、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等を使用することにより、信号光からクロックパルスを抽出して、クロックパルスを再生する。そして、再生したクロックパルに制御光パルスを同期させて生成することにより、制御光パルスは入力光パルスと同期をとることができる。一方、信号光からクロックパルス抽出を行わない場合には、制御部１５ｃ内でクロックパルス発生回路を持つ必要がある。

図１９はクロックパルス発生部の構成を示す図である。信号光からクロック抽出は行わずに、装置内部で信号光の光パルスと同期したクロックパルスを発生させる構成を示している。

クロックパルス発生部１５ｃ−１は、パルス発生部５ａ、遅延部５ｂ−１〜５ｂ−ｎから構成される（ｎはｃｈ数に等しい）。パルス発生部５ａは、外部からｃｈ周期（ｔａ）が与えられると、ｃｈ周期ｔａのクロックパルスｃｋ０を生成する。このクロックパルスｃｋ０は、ｃｈ周期ｔａ毎にクロックパルスが立っているだけの信号であり、信号光のｃｈのタイミングとは一致していない。

遅延部５ｂ−１は、クロックパルスｃｋ０を受信して、クロックパルスｃｋ０の位相を遅延させながら（移相させながら）クロックパルスｃｋ１を出力する。制御光パルス生成部１５ａでは、この位相が動いているクロックパルスｃｋ１に同期した制御光パルスを生成し、ＨＮＬＦ１１へ入力する。

そして、可変した遅延に対応した光出力モニタ値をレベルモニタ部１４から取得し、このモニタ値が最大（または所定値）になるときの遅延量を、遅延部５ｂ−１で設定すべき遅延量ＤＬ1とすることにより、あるｃｈのタイミングに一致した遅延量ＤＬ1を得ることになる。すなわち、クロックパルスｃｋ１は、あるｃｈの光パルスに同期させたことになる。

また、遅延部５ｂ−１で遅延量ＤＬ1が求められたならば、遅延部５ｂ−２で設定すべき遅延量ＤＬ2は、遅延量ＤＬ1に対して、ｃｈ間隔（ｔｂ）分遅延させた量となるので、遅延部５ｂ−２は、遅延量ＤＬ2にもとづくクロックパルスｃｋ２を出力する。以降同様にして、ｃｈと同期するクロックパルスを生成していく（遅延量ＤＬmは、遅延量ＤＬm-1＋ｔｂ＝遅延量ＤＬ1＋（ｎ−１）×ｔｂとなる）。

なお、パルス発生部５ａにｃｈ周期（ｔａ）ではなく、ｃｈ間隔（ｔｂ）のクロックパルスが外部から与えられる場合には、ｃｈ周期（ｔａ）となるよう与えられたクロックパルス信号をｎ分周し、ｔａ間隔のクロックパルスｃｋ０を出力する構成となる。

次に信号光により伝搬される光パルスのｃｈ識別処理について説明する。制御光パルス生成部１５ａで制御光パルスを生成する際に、各ｃｈの光パルスのスイッチ出力レベルを異なる値に制御する場合（すなわち、ｃｈの識別が必要な場合）、ｃｈ識別処理として、例えば、送信側で識別情報を付与する方法と、受信側で識別情報を判別する方法がある。

送信側で識別情報を付与する場合、光パルスを送信する送信装置において、例えばｃｈ１のレベルを、他のｃｈよりも十分差分のあるレベルとして高いレベルで送信する。そして、受信側では制御光パルスのクロックパルス生成において、遅延量ＤＬ1の可変範囲をｃｈ周期（ｔａ）として位相を動かす。

このとき、光出力モニタ値として最大モニタ値を取得することにより、その最大モニタ値を取得したタイミングからｃｈ１の遅延量ＤＬ1を認識することができる。このことは、複数ｃｈが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスがｃｈ１かを認識していることになる。

そして、ｃｈ１に対する遅延量ＤＬ1を認識したら、ｃｈ１のタイミングでクロックパルスｃｋ１を生成することができ、ｃｈ周期（ｔａ）及びｃｈ間隔（ｔｂ）から、その他のｃｈの識別と、その他のｃｈのクロックパルス生成も行うことが可能である。

また、送信側で識別情報を付与する場合としては、上記の所定ｃｈを他ｃｈに比べ高いレベルに設定する他、例えば、所定ｃｈのみＯＦＦしてもよい。この場合、制御光パルス設定部１５においては、ＯＮとなっているチャネルの制御光パルスのクロックパルスを生成して、ＯＮとなっている他チャネルに対して同期をとる。これにより、複数ｃｈが時間多重された光パルス列の中で、ＯＦＦとなっているタイミングの光パルスのｃｈを識別することが可能になる（ＯＦＦしているチャネルが何番であるかはあらかじめ認識しているので）。また、送信装置側では他のｃｈに対しても順次ＯＦＦして光パルスを送信して、制御光パルス設定部１５で同様な操作を行うことで、他ｃｈの識別を行う。

一方、受信側（制御光パルス設定部１５側）でｃｈ識別を行う場合、制御光パルスのクロックパルス生成後、所定ｃｈに対応する制御光パルスをＯＮ又はＯＦＦすることにより、所定ｃｈに対応した受信局が認識できる。そして、受信局の識別情報からｃｈ識別を行う。

例えば、ある１つのｃｈのみに制御光パルスをＯＮさせて、スイッチ出力後の光パルスが受信局＃４で受信されたことを認識すると（光スイッチ装置１０のスイッチ出力後の光パルスが受信局で正常に受信されたか否かといった情報や、そのときの受信局の識別情報は、受信局から制御部１５ｃへ通知される）、該当ｃｈはｃｈ４であると識別することができる。

以上説明したように、光スイッチ装置１０によれば、非線形光学効果を利用した光スイッチとして、時間多重された光パルスのスイッチ出力レベルを適応的に制御した光スイッチングを行うことが可能になる。

また、光スイッチ装置１０を光通信ネットワークの中継ノードに設けることにより、高速光中継伝送を実現することができ、また、各中継ノードの受信状態に応じて、光スイッチ出力レベルを可変設定できるので、高品質で柔軟性のある光スイッチングを行う超高速光通信ネットワークを構築することが可能になる。また、本発明はネットワーク上の光通信装置に限らず、光測定の分野などにおいても、幅広く適用可能である。

（付記１） 光信号をスイッチする光スイッチ装置において、
非線形光学効果を有し、複数のチャネルの光パルスが時間多重された信号光が入力する非線形光ファイバと、
前記信号光の偏光方向を制御する信号光偏光制御部と、
前記非線形光ファイバの出力段に設けられ、前記信号光偏光制御部で制御された前記信号光の偏光方向と直交する偏光主軸を有する偏光子と、
前記偏光子から出力された光パルスのレベルをモニタし、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出するレベルモニタ部と、
前記信号光の波長とは異なる波長を有し、前記差分値がゼロに近づくように励起レベルを可変に設定した制御光パルスを生成する制御光パルス生成部と、前記制御光パルスの偏光方向を、前記信号光の偏光方向に対して所定角度に設定する制御光パルス偏光制御部とを含み、前記信号光のスイッチ出力対象の光パルスである、スイッチ対象光パルスに対して、前記制御光パルスを前記スイッチ対象光パルスと同一位相で、かつ前記所定角度を持たせて、前記非線形光ファイバへ入力することで、前記非線形光ファイバ内で偏光回転及びパラメトリック増幅を生じさせて、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行う制御光パルス設定部と、
を有することを特徴とする光スイッチ装置。

（付記２） 前記制御光パルス設定部は、前記非線形光ファイバ内でパラメトリック増幅を生じさせるのに必要なパワーの範囲内で前記制御光パルスの励起レベルを可変に設定し、前記制御光パルスの励起レベルの設定を、チャネル単位に個別に行って、光スイッチング後の光パルスのすべてのチャネルを同一レベルに設定、または光スイッチング後の光パルスをチャネル毎に異なるレベルに設定することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記３） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記レベルモニタ部は、レベル未設定のチャネルのレベルをモニタして、未設定チャネルのモニタ値と目標値との差分値を算出し、前記制御光パルス設定部は、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスのレベルはゼロにしながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記差分値がゼロに近づくような励起レベルを設定し、すべてのチャネルのレベルが設定されるまでは運用を停止して、未設定チャネルのレベルを順次設定していくことで、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記４） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記レベルモニタ部は、レベル設定済みのチャネルと未設定チャネルの両方のレベルをモニタして、前記差分値として、未設定チャネルのレベルの増加分を算出し、前記制御光パルス設定部は、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスは出力しながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記増加分がゼロに近づくような励起レベルを設定することで、レベル設定済みのチャネルを運用状態にしながら、未設定チャネルのレベルを順次設定していき、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記５） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記制御光パルス設定部は、低周波信号を前記制御光パルスに重畳して強度変調を施した制御光パルスを生成して前記非線形光ファイバへ入力し、前記レベルモニタ部は、スイッチ出力された、強度変調を受けたパラメトリック増幅後の光パルスから低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタして、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分値を算出し、前記制御光パルス設定部は、前記差分値がゼロに近づくように、制御光パルスの励起レベルを補正して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記６） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記制御光パルス設定部は、前記差分値がゼロに近づくように、励起レベルの可変設定に加えて、前記信号光の偏光方向に対する前記制御光パルスの偏光方向の前記所定角度も可変に設定して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記７） 前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させる際に、前記信号光からクロックパルスの抽出を行わない場合は、前記制御光パルス設定部は、外部から与えられたチャネル周期またはチャネル間隔にもとづくクロックパルスを生成し、前記クロックパルスを移相させながら前記クロックパルスと同期する制御光パルスを前記非線形光ファイバに入力して、前記レベルモニタ部で認識されたモニタ値が所定値となるタイミングで、前記クロックパルスの移相を固定して前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させることを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記８） 光パルスの所定チャネルのレベルに対して、他チャネルのレベルとの差異が認識可能な差分を持たせたチャネル識別用光パルスを含む信号光が前記非線形光ファイバに入力し、前記制御光パルス設定部は、前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に、前記レベルモニタ部で得られる前記チャネル識別用光パルスのモニタ結果から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記９） 前記制御光パルス設定部は、前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に、所定チャネルに対応する制御光パルスのレベルをオンまたはオフさせることで、スイッチ出力された光パルスを受信する受信局を判別し、各受信局の識別番号から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記１０） 前記レベルモニタ部は、非線形光学効果によって光スイッチングされたスイッチ出力の全信号のトータルレベルを時間平均してモニタすることで、各チャネルの光パルスのレベルをモニタすることを特徴とする付記１記載の光スイッチ装置。

（付記１１） 光信号をスイッチする光スイッチ方法において、
非線形光学効果を有する非線形光ファイバに、複数のチャネルの光パルスが時間多重された信号光を入力させ、
前記信号光の偏光方向を制御し、
前記非線形光ファイバの出力段に、前記信号光の偏光方向と直交する偏光主軸を有する偏光子を設け、
前記偏光子から出力された光パルスのレベルをモニタし、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出し、
前記信号光の波長とは異なる波長を有し、前記差分値がゼロに近づくように励起レベルを可変に設定した制御光パルスを生成し、
前記制御光パルスの偏光方向を、前記信号光の偏光方向に対して所定角度に設定し、
前記信号光のスイッチ出力対象の光パルスである、スイッチ対象光パルスに対して、前記制御光パルスを前記スイッチ対象光パルスと同一位相で、かつ前記所定角度を持たせて、前記非線形光ファイバへ入力することで、前記非線形光ファイバ内で偏光回転及びパラメトリック増幅を生じさせて、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行うことを特徴とする光スイッチ方法。

（付記１２） 前記非線形光ファイバ内でパラメトリック増幅を生じさせるのに必要なパワーの範囲内で前記制御光パルスの励起レベルを可変に設定し、かつ前記制御光パルスの励起レベルの設定をチャネル単位に個別に行って、光スイッチング後の光パルスのすべてのチャネルを同一レベルに設定、または光スイッチング後の光パルスをチャネル毎に異なるレベルに設定することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１３） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、レベル未設定のチャネルのレベルをモニタして、未設定チャネルのモニタ値と目標値との差分値を算出し、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスのレベルはゼロにしながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記差分値がゼロに近づくような励起レベルを設定し、すべてのチャネルのレベルが設定されるまでは運用を停止して、未設定チャネルのレベルを順次設定していくことで、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１４） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、レベル設定済みのチャネルと未設定チャネルの両方のレベルをモニタして、差分値として、未設定チャネルのレベルの増加分を算出し、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスは出力しながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記増加分がゼロに近づくような励起レベルを設定することで、レベル設定済みのチャネルを運用状態にしながら、未設定チャネルのレベルを順次設定していき、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１５） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、低周波信号を前記制御光パルスに重畳して強度変調を施した制御光パルスを生成して前記非線形光ファイバへ入力し、スイッチ出力された、強度変調を受けたパラメトリック増幅後の光パルスから低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタして、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分値を算出し、前記差分値がゼロに近づくように、制御光パルスの励起レベルを変えて変調度を補正して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１６） 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記差分値がゼロに近づくように、励起レベルの可変設定に加えて、前記信号光の偏光方向に対する前記制御光パルスの偏光方向の前記所定角度も可変に設定して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１７） 前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させる際に、前記信号光からクロックパルスの抽出を行わない場合は、外部から与えられたチャネル周期またはチャネル間隔にもとづくクロックパルスを生成し、前記クロックパルスを移相させながら前記クロックパルスと同期する制御光パルスを前記非線形光ファイバに入力して、モニタ値が所定値となるタイミングで、前記クロックパルスの移相を固定して前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させることを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１８） 光パルスの所定チャネルのレベルに対して、他チャネルのレベルとの差異が認識可能な差分を持たせたチャネル識別用光パルスを含む信号光が前記非線形光ファイバに入力し、前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に得られる前記チャネル識別用光パルスのモニタ結果から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記１９） 前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に、所定チャネルに対応する制御光パルスのレベルをオンまたはオフさせることで、スイッチ出力された光パルスを受信する受信局を判別し、各受信局の識別番号から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

（付記２０） 非線形光学効果によって光スイッチングされたスイッチ出力の全信号のトータルレベルを時間平均してモニタすることで、各チャネルの光パルスのレベルをモニタすることを特徴とする付記１１記載の光スイッチ方法。

光スイッチ装置の原理図である。 光スイッチ装置の動作概要を示す図である。 光カースイッチを示す図である。 偏光回転の様子を示す図である。 パラメトリック増幅による光スイッチングの動作を説明するための図である。 信号光と制御光パルスの偏光状態の様子を示す図である。 第１の実施の形態の動作フローを示す図である。 第１の実施の形態の動作フローを示す図である。 第２の実施の形態の動作概要を示す図である。 第２の実施の形態の動作概要を示す図である。 第２の実施の形態の動作フローを示す図である。 第２の実施の形態の動作フローを示す図である。 第３の実施の形態の概要を示す図である。 第３の実施の形態の動作フローを示す図である。 第３の実施の形態の動作フローを示す図である。 第３の実施の形態の動作フローを示す図である。 第３の実施の形態の動作フローを示す図である。 チャネル周期とチャネル間隔を示す図である。 クロックパルス発生部の構成を示す図である。 パラメトリック増幅を用いた光スイッチ動作の概要を示す図である。 問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０ 光スイッチ装置
１１ 非線形光ファイバ
１２ 信号光偏光制御部
１３ 偏光子
１４ レベルモニタ部
１５ 制御光パルス設定部
１５ａ 制御光パルス生成部
１５ｂ 制御光パルス偏光制御部
１５ｃ 制御部
１６ フィルタ
Ｃ１、Ｃ２ カプラ

Claims (11)

1. 複数のチャネルの光パルスが時間多重された第１の波長を有する入力光を入力し、偏光方向を制御した偏光入力光を出力する第１の偏光制御部と、
   連続した制御光パルスから構成された、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する制御光を生成する制御光生成部と、
   前記制御光を入力し、偏光方向を制御した偏光制御光を出力する第２の偏光制御部と、
   前記偏光入力光および前記偏光制御光を入力し、前記偏光制御光の非線形効果によって、前記偏光入力光に対して増幅および偏光回転を生じさせて、増幅光として出力する非線形光ファイバと、
   前記第１の偏光制御部で制御した偏光方向と直交する偏光軸を有し、前記増幅光が入力する偏光子と、
   前記偏光子から出力された前記増幅光をモニタするモニタ部と、
   を備え、
   前記制御光生成部は、前記モニタ部のモニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各光パワーを制御し、
   前記第２の偏光制御部は、前記モニタ部のモニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各偏光方向を制御し、
   前記第２の偏光制御部は、前記偏光入力光に対して所定角度を形成する偏光方向を持った前記偏光制御光を出力し、
   前記モニタ部は、前記偏光子から出力された前記増幅光のレベルをモニタし、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出し、
   前記制御光生成部は、前記差分値がゼロに近づくように励起レベルを可変に設定した前記制御光パルスを生成し、
   前記第２の偏光制御部は、前記入力光のスイッチ出力対象の光パルスであるスイッチ対象光パルスに対して、前記スイッチ対象光パルスと同一位相の前記制御光パルスに前記所定角度を持たせて、前記非線形光ファイバへ入力することで、
   前記非線形光ファイバ内で、増幅および偏光回転を生じさせて、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行う、
   ことを特徴とする光スイッチ装置。
2. 前記制御光生成部は、前記第２の波長を、前記非線形光ファイバの平均ゼロ分散波長と略一致させることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
3. 前記制御光生成部は、前記非線形光ファイバ内で増幅を生じさせるのに必要なパワーの範囲内で前記制御光パルスの励起レベルを可変に設定し、前記制御光パルスの励起レベルの設定を、チャネル単位に個別に行って、光スイッチング後の光パルスのすべてのチャネルを同一レベルに設定、または光スイッチング後の光パルスをチャネル毎に異なるレベルに設定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
4. 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記モニタ部は、レベル未設定のチャネルのレベルをモニタして、未設定チャネルのモニタ値と目標値との差分値を算出し、
   前記制御光生成部は、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスのレベルはゼロにしながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記差分値がゼロに近づくような励起レベルを設定し、すべてのチャネルのレベルが設定されるまでは運用を停止して、未設定チャネルのレベルを順次設定していくことで、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
5. 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記モニタ部は、レベル設定済みのチャネルと未設定チャネルの両方のレベルをモニタして、前記差分値として、未設定チャネルのレベルの増加分を算出し、
   前記制御光生成部は、レベル設定済みのチャネルに対応する制御光パルスを出力しながら、前記スイッチ対象光パルスに対しては、前記増加分がゼロに近づくような励起レベルを設定することで、レベル設定済みのチャネルを運用状態にしながら、未設定チャネルのレベルを順次設定していき、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
6. 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記制御光生成部は、低周波信号を前記制御光パルスに重畳して強度変調を施した制御光パルスを生成して前記非線形光ファイバへ入力し、
   前記モニタ部は、スイッチ出力された、強度変調を受けた増幅後の光パルスから低周波信号を抽出し、抽出した低周波信号の振幅をモニタして、抽出した低周波信号の振幅と、目標振幅との差分値を算出し、
   前記制御光生成部は、前記差分値がゼロに近づくように、前記制御光パルスの励起レベルを補正して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
7. 前記制御光パルスの励起レベルを設定する際は、前記制御光生成部は、前記差分値がゼロに近づくように、励起レベルの可変設定に加えて、前記入力光の偏光方向に対する前記制御光パルスの偏光方向の前記所定角度も可変に設定して、光スイッチング後の光パルスのレベルを所望レベルに設定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
8. 前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させる際に、前記入力光からクロックパルスの抽出を行わない場合は、前記制御光生成部は、外部から与えられたチャネル周期またはチャネル間隔にもとづくクロックパルスを生成し、前記クロックパルスを移相させながら前記クロックパルスと同期する制御光パルスを前記非線形光ファイバに入力して、前記モニタ部で認識されたモニタ値が所定値となるタイミングで、前記クロックパルスの移相を固定して前記光パルスと前記制御光パルスとを同期させることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
9. 光パルスの所定チャネルのレベルに対して、他チャネルのレベルとの差異が認識可能な差分を持たせたチャネル識別用光パルスを含む光が前記非線形光ファイバに入力し、前記制御光生成部は、前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に、前記モニタ部で得られる前記チャネル識別用光パルスのモニタ結果から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
10. 前記制御光生成部は、前記光パルスと前記制御光パルスとの同期後に、所定チャネルに対応する制御光パルスのレベルをオンまたはオフさせることで、スイッチ出力された光パルスを受信する受信局を判別し、各受信局の識別番号から、複数チャネルが時間多重された光パルス列の中からどのタイミングの光パルスが所定チャネルかを識別することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
11. 光スイッチ方法において、
    複数のチャネルの光パルスが時間多重された第１の波長を有する入力光を入力し、偏光方向を制御した偏光入力光を出力し、
    連続した制御光パルスから構成された、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する制御光を生成し、
    前記制御光を入力し、偏光方向を制御した偏光制御光を出力し、
    非線形光ファイバに対して、前記偏光入力光および前記偏光制御光とを入力し、前記偏光制御光の非線形効果によって、前記偏光入力光に対して増幅および偏光回転を生じさせて、増幅光として出力させ、
    前記偏光入力光を生成した際の偏光方向と直交する偏光軸を有する偏光子に対して、前記増幅光を入力させ、
    前記偏光子から出力された前記増幅光をモニタし、
    モニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各光パワーを制御し、
    モニタ結果にもとづき、連続する前記制御光パルスの各偏光方向を制御し、
    前記偏光子から出力された前記増幅光のレベルをモニタし、モニタ値と目標値とを比較して、差分値を算出し、
    前記差分値がゼロに近づくように励起レベルを可変に設定した前記制御光パルスを生成し、
    前記入力光のスイッチ出力対象の光パルスであるスイッチ対象光パルスに対して、前記スイッチ対象光パルスと同一位相の前記制御光パルスに所定角度を持たせて、前記非線形光ファイバへ入力することで、
    前記非線形光ファイバ内で、増幅および偏光回転を生じさせて、スイッチ出力後の光パルスのレベルが所望レベルに設定された光スイッチングを行う、
    ことを特徴とする光スイッチ方法。

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