JPH05224249A

JPH05224249A - 非線形光学装置

Info

Publication number: JPH05224249A
Application number: JP2413292A
Authority: JP
Inventors: Masao Yube; 雅生遊部; Hiroki Ito; 弘樹伊藤; Teruhisa Kanamori; 照寿金森; Kenichi Kubodera; 憲一久保寺
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の非線形光学装置は、非線形屈折率効
果を有する光学媒質を備え、制御光を用いて信号光の強
度または方向のいずれかを制御する非線形光学装置にお
いて、前記光学媒質は複屈折なる特性を有する非線形光
学媒質からなり、制御光と信号光とは、波長が異なりか
つそれぞれの偏光方向が直交してなる。また、２つの入
射端と２つの出射端を有する光カップラ１２と、光カッ
プラ１２の２つの出射端に接続されるループ状の非線形
光学媒質１５と、前記制御光を非線形光学媒質中を一方
向に伝播させるための光制御手段とを具備してもよい。【効果】使用する非線形光学媒質が使用する波長域に
零分散波長を持たない場合であっても、信号光と制御光
の群速度を等しくすることができる。したがって、信号
光と制御光のウオークオフが生じず、非線形光学媒質の
長さを十分に長く取ることができ、動作パワーの低減化
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非線形光学装置に関する
もので、さらに詳しくは、光データ・情報処理、光通信
システム等において、光スイッチや光メモリ、また、こ
れらのデバイスを用いた光信号演算処理装置等に好適に
用いられる非線形光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス材料や有機材料等の物質の
高次分極に起因する、例えば、非線形屈折率、非線形吸
収効果、電気光学効果、第２高調波発生（ＳＨＧ）等の
非線形光学特性を利用した非線形光学デバイスや非線形
光学装置が将来の光通信、光情報処理システムを担うも
のとして期待されている。上記の非線形光学デバイスや
非線形光学装置の動作原理となる非線形光学効果とは、
光の電界Ｅに起因する物質中の電気分極Ｐが、下記の
（１）式のように、Ｅに比例する項以外にＥ²、Ｅ³等に
比例する高次項を持つために起こる効果である。Ｐ＝χ⁽¹⁾・Ｅ＋χ⁽²⁾・Ｅ²＋χ⁽³⁾・Ｅ³＋ … … …（１）ただし、χ⁽¹⁾は線形感受率、χ⁽²⁾，χ⁽³⁾はそれぞれ
２次、３次の非線形感受率と呼ばれており、第１項は線
形分極を、また、第２項、第３項はそれぞれ２次、３次
の高次分極を表わしている。

【０００３】特に、第３項は、非線形屈折率効果として
よく知られているように、下記の（２）式で示される光
のパワー密度に依存した屈折率変化をもたらす。ｎ＝ｎ₁＋ｎ₂｜Ｅ｜² … …（２）非線形屈折率ｎ₂（ｍ²／ｖ²）は、通常の屈折率ｎと
（１）式の３次非線形感受率χ⁽³⁾（ｍ²／ｖ²）とを用
いて下記の（３）式の様に表わすことができる。ｎ₂＝３／８・ｎ・χ⁽³⁾ … …（３）但し、ｃは光速、｜Ｅ｜は光の平均電界である。この効
果を用いて種々の非線形光学素子を構築することができ
るが、より小さな光パワーでこの効果を利用するために
は光ファイバ等の導波構造によって光のパワー密度を高
くし、長い非線形光学媒質を用いることで相互作用長を
長くすることが効果的である。

【０００４】従来、光ファイバを用いた非線形光学装置
としては、例えば、K.J.Blow,N.J.Doran,B.K.Nayar,and
B.P.Nelson OPTICS LETTERS Vol.15 p.248 (1990)に示
されるようなファイバループミラースイッチなどが知ら
れている。以下、この種の非線形光学装置について図５
を参照して説明する。この非線形光学装置１は、情報を
持った信号光の行き先、あるいは信号光の波形等を別の
制御光によって制御しようとするものであり、２つの入
射端２ａ，２ｂと２つの出射端２ｃ，２ｄを有し、一方
の入射端２ａから入射された信号光Ｓ₁を２つの出射端
２ｃ，２ｄにほぼ均等に分波する光カップラ２と、該光
カップラ２の２つの出射端２ｃ，２ｄに接続される光非
線形屈折率効果を有するループ状の光ファイバ（非線形
光学媒質）３とから構成されている。そして、光カップ
ラ２は、一方の入射端２ａから入射された制御光Ｓ₃を
一方の出射端２ｃから出射させる特性を有し、制御光Ｓ
₃が非線形屈折率効果を有する光ファイバ３中を一方向
だけに伝搬する構成になっている。

【０００５】次に、非線形光学装置１の動作について説
明する。まず、制御光Ｓ₃が入射されない場合、光カッ
プラ２の一方の入射端２ａから入射された信号光Ｓ₁は
光カップラ２によりほぼ均等に分波され、光ファイバ３
中を全く同じ距離だけ互いに逆方向に伝搬し該光カップ
ラ２に戻ってくる。この光カップラ２では、両方向から
伝搬してきた信号光Ｓ₁，Ｓ₁は、光カップラ２における
干渉効果により互いに干渉し、入射された入射端２ａか
ら信号光Ｓ₁₃が出射される。

【０００６】一方、制御光Ｓ₃が入射された場合、光フ
ァイバ３中を伝搬する信号光Ｓ₁，Ｓ₁のうち制御光Ｓ₃
と同方向に伝搬する信号光Ｓ₁は、該制御光Ｓ₃に基づく
非線形屈折率効果により位相変化を受けることになる。
この位相変化量ΔΦは次式で与えられる。 ΔΦ＝４πｎ₂Ｌ｜Ｅ｜²／λ … …（４）ここで、Ｌは光ファイバ３の長さ（媒質長）、｜Ｅ｜は
制御光Ｓ₃の平均電界、λは信号光Ｓ₁の波長である。す
ると、光ファイバ３中を互いに逆方向に伝搬して光カッ
プラ２に戻ってきた信号光Ｓ₁，Ｓ₁の間に位相変化量Δ
Φだけ位相差が生じ、干渉効果によって光カップラ２の
もう一方の入射端２ｂから信号光Ｓ₁₄が出射される。入
射端２ｂに出射される信号光Ｓ₁₄の割合Ｔは次式で与え
られる。Ｔ＝ｓｉｎ²（ΔΦ／２） … …（５）従って、位相変化量ΔΦがπになるように制御光Ｓ₃を
入射すれば信号は完全に入射端２ｂから出射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
非線形光学装置１では、速い動作速度を実現しようとし
て制御光Ｓ₃に非常に幅の狭いパルスを用いると、光フ
ァイバ３中の群速度分散により、パルス光である信号光
Ｓ₁と制御光Ｓ₃のそれぞれの群速度が異なるために、両
者の間に時間的なずれが生じ、両者が相互作用する長さ
が制限されてしまうという欠点があった。この相互作用
する長さが制限されるという効果は、一般にウオークオ
フ効果と呼ばれており、この効果のために、この種の装
置の動作速度と動作パワーは制限されることとなる。

【０００８】以下にウオークオフ効果について簡単に説
明する。信号光Ｓ₁と制御光Ｓ₃のそれぞれの群速度が異
なり、かつ両者が光ファイバ３中を伝搬するのに必要な
時間の差が制御光Ｓ₃のパルス幅に比べて無視できない
とすると、上記の（４）式で与えられた位相変化量は次
式の様になる。 ΔΦ（ｔ）＝４πｎ₂／λ・｜Ｅ（ｔ−Δτｚ）｜²ｄｚ … …（６）ここで、制御光Ｓ₂の波形がガウス形の関数｜Ｅ（ｔ）｜²＝｜Ｅ₀｜²ｅ^t/T … …（７）で表わされるとすると、長さＬの光ファイバ３の位相変
化量Φは次の式により求められる。

【数１】ここで、Δτは信号光Ｓ₁と制御光Ｓ₃の単位長さ当りの
群遅延差であり、また、単位長さ当りの群遅延Ｔ（光パ
ルスがある距離を伝搬するのに必要な時間）は制御光Ｓ
₃の半値幅をτとするとτ／（２√１ｎ２）で表わさ
れ、Γはｔ／Δτで表わされる。また、Ｅ_rfcはガウス
の誤差関数である。ここでは簡単のために光ファイバ３
の伝搬損失は省略している。

【０００９】図６はウオークオフ効果を説明するための
図であって、（８）式の時間変化、すなわちスイッチン
グ速度と位相変化量の関係を示したグラフである。ここ
では、制御光のパルス幅を４ｐｓ、Δτを１ｐｓ／ｍ、
光ファイバ３の長さ（媒質長）Ｌを４，８，１２，１６
ｍの４種としている。この図からわかるように、ウオー
クオフ効果がある場合は光ファイバ３の長さＬを長くし
ても、実効的な相互作用長はＴ／Δτに制限されてしま
い、動作速度は信号光と制御光の群遅延差により制限さ
れてしまう。したがって、従来より用いられてきた非線
形媒質である石英系の光ファイバでは、通信波長帯
（１．３μｍ−１．５５μｍ）に群速度が等しくなる波
長が２つ存在することを利用してウオークオフ効果を解
消していた。

【００１０】一般に、光ファイバ中を光パルスが伝搬す
る速度（群速度）の波長（周波数）による違いは群速度
分散として知られている。単位長さ当りの群遅延Ｔの単
位波長差における違いを群速度分散Ｄと定義すると、こ
の群速度分散Ｄは次式の様に表わすことができる。Ｄ＝（１／Ｌ）・δＴ／δλ … …（９）この群速度分散Ｄが０になる波長を零分散波長と呼んで
おり、この波長より短波側ではＤは負に、長波側では正
になる。石英系の光ファイバでは零分散波長が通信波長
帯にあるために、図７に示すように、群遅延が等しくな
る波長が零分散波長の両側に２つ存在している。したが
って、これらの波長を信号光と制御光に選ぶことにより
ウオークオフ効果を解消していた。

【００１１】しかしながら、石英系の光ファイバの非線
形屈折率は極めて小さいために、実用的な動作パワーを
実現するには数１００ｍから数ｋｍの長さの光ファイバ
が必要となり、実用的なサイズの装置を作製することは
極めて困難である。また、この点を解決するために、よ
り大きな非線形屈折率をもつ種々の非線形光学材料が開
発されているが、こうした材料はほとんどのものが通信
波長帯では正分散（この波長帯には零分散波長が存在し
ない）であり、制御光及び信号光それぞれの波長をとも
に正分散領域から選ばなければならず、両者の群速度を
等しくすることは不可能である。したがって、長い光フ
ァイバを用いた場合、ウオークオフ効果により、動作速
度、動作パワーが制限されてしまうという問題があっ
た。

【００１２】以上説明してきた様に、従来の技術では、
速い動作速度を実現しようとして短波長の光パルスであ
る制御光を用いると、使用する光ファイバ（非線形光学
媒質）が使用する波長域に零分散波長を持たない場合、
信号光と制御光の群速度を等しくすることができず、ウ
オークオフ効果により動作速度、動作パワーが制限され
てしまうという問題があった。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、従来の様々な問題点や欠点を解決するととも
に、使用する光ファイバ（非線形光学媒質）が使用する
波長域に零分散波長を持たない場合であっても、信号光
と制御光の群速度を等しくすることを可能にし、両者間
にウオークオフ効果を生じず、高速動作が可能で、しか
も低パワーで動作する非線形光学装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は下記の様な非線形光学装置を採用した。す
なわち、請求項１記載の非線形光学装置は、非線形屈折
率効果を有する光学媒質を備え、制御光を用いて信号光
の強度または方向のいずれかを制御する非線形光学装置
において、前記光学媒質は、複屈折なる特性を有する非
線形光学媒質からなり、前記制御光と信号光とは、波長
が異なりかつそれぞれの偏光方向が直交してなることを
特徴としている。

【００１５】また、請求項２記載の非線形光学装置は、
請求項１記載の非線形光学装置において、前記非線形光
学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射端を有
する光カップラと、該光カップラの２つの出射端に接続
されるループ状の非線形光学媒質と、前記制御光を非線
形光学媒質中を一方向に伝播させるための光制御手段と
を具備してなることを特徴としている。

【００１６】また、請求項３記載の非線形光学装置は、
請求項１記載の非線形光学装置において、前記非線形光
学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射端を有
する第１及び第２の光カップラと、該第１の光カップラ
の２つの出射端と第２の光カップラの２つの入射端との
間にそれぞれ設けられ、等しい光学長を有する２つの光
学媒質と、前記制御光を非線形光学媒質中を伝播させる
ための光制御手段とを具備し、前記光学媒質は、少なく
とも一方が複屈折なる特性を有する非線形光学媒質から
なることを特徴としている。

【００１７】

【作用】まず、本発明により信号光と制御光の群速度を
一致させる方法について説明する。図４は信号光と制御
光の群速度一致の原理を説明するための図であって、単
位長さ当りの群遅延の波長依存性を示す図である。一般
に複屈折なる特性を有する光学媒質では、図４に示すよ
うに、光学主軸とそれに直交する軸では群速度に違いを
生じる。これは偏波分散とよばれている。非線形光学媒
質を零分散波長から離れた波長で用いる場合、従来のよ
うに制御光と信号光に同じ偏波を用いると群遅延の違い
を生じ、ウオークオフを避けることができない。しか
し、ここで信号光と制御光をそれぞれ別々の偏波（ここ
では、ｘ偏波とｙ偏波の２種）に設定し、かつ偏波分散
を打ち消すように両者の波長を選ぶことにより、両者の
群遅延を一致させることができる。

【００１８】本発明の請求項１記載の非線形光学装置で
は、複屈折なる特性を有する非線形光学媒質中を伝搬す
る信号光と制御光の偏波方向を互いに直交させ、したが
って、使用する非線形光学媒質が使用する波長域に零分
散波長を持たない場合であっても、信号光と制御光の群
速度を等しくすることが可能になる。

【００１９】また、請求項２記載の非線形光学装置で
は、ループ状の非線形光学媒質中を一方向へ向かって伝
搬する信号光と制御光の偏波方向を互いに直交させ、し
たがって、使用する非線形光学媒質が使用する波長域に
零分散波長を持たない場合であっても、信号光と制御光
の群速度を等しくすることが可能になる。

【００２０】また、請求項３記載の非線形光学装置で
は、第１のカップラにより分波された信号光を２つの非
線形光学媒質中を一方向へ向かって伝搬させるととも
に、制御光を前記２つの非線形光学媒質のうち複屈折な
る特性を有する非線形光学媒質中を前記信号光と同一方
向へ向かって伝搬させる。この伝搬中に信号光と制御光
の偏波方向を互いに直交させ、したがって、使用する非
線形光学媒質が使用する波長域に零分散波長を持たない
場合であっても、信号光と制御光の群速度を等しくする
ことが可能になる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係る各実施例について説明す
る。（第１実施例）図１は本発明の第１実施例の非線形光学
装置１１を示す図である。この非線形光学装置１１は、
ファイバカップラ１２〜１４、光ファイバ（非線形光学
媒質）１５、図示しない光制御手段とから概略構成され
ている。

【００２２】ファイバカップラ１２は、２つの入射端１
２ａ，１２ｂと２つの出射端１２ｃ，１２ｄを有し、一
方の入射端１２ａから入射された信号光Ｓ₅を２つの出
射端２ｃ，２ｄにほぼ５０％の分岐比で分波するもので
ある。

【００２３】また、ファイバカップラ１３（１４）は、
２つの入射端１３ａ，１３ｂ（１４ａ，１４ｂ）と２つ
の出射端１３ｃ，１３ｄ（１４ｃ，１４ｄ）を有し、一
方の入射端１３ａ（１４ａ）から入射された信号光Ｓ₅
の偏波に対してはほぼ０％、それと直交する制御光Ｓ₆
の偏波に対してはほぼ１００％の分岐比を有し、光ファ
イバ１５中に制御光Ｓ₆をほぼ一方向に伝搬させるもの
である。これらのファイバカップラ１２〜１４は、干渉
計における偏波の方向を安定させるために、用いられる
光ファイバは偏波保持型（ＰＡＮＤＡ）であることが望
ましい。

【００２４】光ファイバ１５は、図２に示す様に、低パ
ワーで動作し、かつコンパクトな装置とするために、石
英ガラスに比べて２けた大きな非線形屈折率を有するカ
ルコゲナイドガラス（ＡＳ₂Ｓ₃）からなるもので、群速
度を一致させるために偏波保持型とされている。

【００２５】この光ファイバ１５は、コア２１とクラッ
ド２２とから構成され、クラッド２２にはコア２１を中
心とした対称の位置にそれぞれ応力付与部２３，２３が
形成されている。そして、信号光Ｓ₅とそれに直交する
偏波をもつ制御光Ｓ₆において等しい群速度を持つよう
に設定されている。ここでは、制御光Ｓ₆の波長におけ
る分散値は−６６０ｐｓ／ｋｍ・ｎｍとされ、図中ｘ軸
方向とｙ軸方向の各偏波に対して３ｐｓ／ｍの偏波分散
を有する様に設計されている。

【００２６】次に、非線形光学装置１１の動作について
説明する。ここでは、信号光Ｓ₅は波長１．３１４μｍ
の光パルス、制御光Ｓ₆は波長１．３１９μｍ、幅２ｐ
ｓの光パルスとし、信号光Ｓ₅の偏波をｙ方向、制御光
Ｓ₆の偏波をｘ方向として両者の群速度を一致させてい
る。

【００２７】まず、ファイバカップラ１３の入射端１３
ｂに制御光Ｓ₆が入射されない場合では、ファイバカッ
プラ１２の入射端１２ａに入射された信号光Ｓ₅は、光
ファイバ１５とファイバカップラ１２により構成される
干渉計により光ファイバ１５中を全く同じ距離だけ互い
に逆方向に伝搬し、スイッチングされない信号光Ｓ₅₁と
して入射端１２ａに戻ってくる。

【００２８】一方、ファイバカップラ１３の入射端１３
ｂに制御光Ｓ₆が入射された場合では、ファイバカップ
ラ１２の入射端１２ａに入射された信号光Ｓ₅は、ファ
イバカップラ１２により均等に分波される。これらの信
号光Ｓ₅，Ｓ₅のうち光ファイバ１５中を制御光Ｓ₆と重
なって同一方向に進む信号光Ｓ₅が非線形屈折率効果に
よる位相変調をうけるので、ファイバカップラ１２にお
ける干渉効果によりスイッチングされた信号光Ｓ₅₂が入
射端（信号光出射端）１２ｂから出射される。

【００２９】したがって、信号光出射端１２ｂを用いれ
ば、制御光Ｓ₆を変化させることにより、通過する信号
光Ｓ₅の強度を制御することができる。また、入射端１
２ａを信号光出射端としても用いることにより、制御光
Ｓ₆の強度によって、信号光Ｓ₅の方向を信号光出射端１
２ｂあるいは信号光入射端１２ａにスイッチングするこ
とができる。

【００３０】上記の非線形光学装置１１では、信号光Ｓ
₅にπの位相変化を与えて完全にスイッチングするため
には、次式で与えられる様なピークパワーの制御光Ｓ₆
が必要になる。Ｐ＝３λＡ_eff／（４ｎ₂Ｌ） … …（１０）ただし、Ａ_effは実効コア断面積、ｎ₂は（ｍ²／ｗ）で
定義された非線形屈折率である。ここでは、光ファイバ
１５の実行コア断面積を６μｍ²、ファイバ長Ｌを１５
ｍとした。また、光ファイバ１５の主成分であるカルコ
ゲナイドガラス（ＡＳ₂Ｓ₃）のｎ₂は４．２×１０
^-18（ｍ²／ｗ）である。

【００３１】この値はこの種の装置としては極めて小さ
な値であり、さらに長い媒質、あるいはさらに大きなｎ
₂を持つ材料を用いれば、よりいっそうの動作パワーの
低減を図ることが可能である。

【００３２】上記の非線形光学装置１１においては、π
の位相変化に必要な制御光Ｓ₆のピークパワーは９４ｍ
Ｗであった。また、８ｐｓの幅をもつ制御光Ｓ₆を用い
ることにより、１０ｐｓの動作速度を得ることができ
た。

【００３３】以上説明した様に、上記実施例の非線形光
学装置１１によれば、ループ状の光ファイバ１５中を一
方向へ向かって伝搬する信号光Ｓ₅と制御光Ｓ₆の偏波方
向を互いに直交させることができ、使用する光ファイバ
１５が使用する波長域に零分散波長を持たない場合であ
っても、信号光Ｓ₅と制御光Ｓ₆の群速度を等しくするこ
とができる。したがって、信号光Ｓ₅と制御光Ｓ₆のウオ
ークオフが生じず、光ファイバ１５の長さを十分に長く
取ることができ、動作パワーの低減化を図ることができ
る。さらに、このことにより動作速度の高速化も図るこ
とができる。

【００３４】しかも、１０ｐｓのスイッチングスピード
を有するので、信号光に１００ＧＨｚの変調をかける変
調機能、１００ＧＨｚの繰り返し周波数をもつ信号光パ
ルス列から任意の信号パルスを取り出し、低繰り返しの
パルス列に変換するデマルチプレクシング機能、いくつ
かの低繰り返し光パルス列を１００ＧＨｚの光パルス列
に多重化するマルチプレクシング機能等を実現すること
ができる。

【００３５】以上により、高速動作が可能で、しかも低
パワーで動作する非線形光学装置を実現することができ
る。

【００３６】なお、上記実施例の非線形光学装置１１と
同様の効果を有する装置としては、従来の非線形光学装
置１において光ファイバ３を非線形光学装置１１の光フ
ァイバ１５に置き換え、信号光は波長１．３１４μｍの
光パルス、制御光は波長１．３１９μｍ、幅２ｐｓの光
パルスとし、かつ、両者の偏光方向を直交するようにす
ることでも実現させることができる。ただし、この場合
は光カップラ２の収率を信号光の偏光に対しては５０
％、制御光の偏光に対しては０％になるように設計する
必要がある。

【００３７】（第２実施例）図３は本発明の第２実施例
の非線形光学装置３１を示す図である。なお、図３の非
線形光学装置３１において図１の非線形光学装置１１と
同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
この非線形光学装置３１は、マッハツェンダ干渉計型の
構成を有するもので、ファイバカップラ１３，１４，３
２，３３、光ファイバ（非線形光学媒質）１５，３４、
図示しない光制御手段とから概略構成されている。

【００３８】ファイバカップラ３２，３３は、２つの入
射端と２つの出射端を有し、一方の入射端から入射され
た信号光に対してほぼ５０％の分岐比で分波するもので
ある。また、光ファイバ３４は、光ファイバ１５と等し
い光学長を有する光ファイバである。

【００３９】次に、非線形光学装置３１の動作について
説明する。ここでは、信号光Ｓ₇は波長１．３１４μｍ
の光パルス、制御光Ｓ₈は波長１．３１９μｍ、幅２ｐ
ｓの光パルスとし、信号光Ｓ₇の偏波をｙ方向、制御光
Ｓ₈の偏波をｘ方向として両者の群速度を一致させてい
る。

【００４０】まず、ファイバカップラ１３の入射端１３
ｂに制御光Ｓ₈が入射されない場合では、ファイバカッ
プラ３２の入射端３２ａに入射された信号光Ｓ₇は、光
ファイバ１５，３４とファイバカップラ１３，１４によ
り構成される干渉計によりスイッチングされない信号光
Ｓ₇₁として出射端３３ａから出射される。

【００４１】一方、ファイバカップラ１３の入射端１３
ｂに制御光Ｓ₈が入射された場合では、ファイバカップ
ラ３２の入射端３２ａに入射された信号光Ｓ₇は、ファ
イバカップラ３２により均等に分波される。これらの信
号光Ｓ₇，Ｓ₇のうち光ファイバ１５中を制御光Ｓ₈と重
なって同一方向に進む信号光Ｓ₇が非線形屈折率効果に
よる位相変調をうけるので、ファイバカップラ１５にお
ける干渉効果によりスイッチングされた信号光Ｓ₇₂が出
射端３３ｂから出射される。

【００４２】したがって、出射端３３ｂを用いれば、制
御光Ｓ₈を変化させることにより、通過する信号光Ｓ₇の
強度を制御することができる。また、出射端３３ａも用
いることにより、制御光Ｓ₈の強度によって、信号光Ｓ₇
の方向を出射端３３ｂあるいは出射端３３ａにスイッチ
ングすることができる。

【００４３】上記の非線形光学装置３１においても、π
の位相変化に必要な制御光Ｓ₈のピークパワーは９４ｍ
Ｗであり、８ｐｓの幅をもつ制御光Ｓ₈を用いることに
より、１０ｐｓの動作速度を得ることができた。

【００４４】以上説明した様に、上記実施例の非線形光
学装置３１においても、上記第１実施例の非線形光学装
置１１と同様の作用、効果を奏することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の請求項１記
載の非線形光学装置によれば、非線形屈折率効果を有す
る光学媒質を備え、制御光を用いて信号光の強度または
方向のいずれかを制御する非線形光学装置において、前
記光学媒質は、複屈折なる特性を有する非線形光学媒質
からなり、前記制御光と信号光とは、波長が異なりかつ
それぞれの偏光方向が直交してなることとしたので、複
屈折なる特性を有する非線形光学媒質中を伝搬する信号
光と制御光の偏波方向を互いに直交させることができ、
使用する非線形光学媒質が使用する波長域に零分散波長
を持たない場合であっても、信号光と制御光の群速度を
等しくすることができる。したがって、信号光と制御光
のウオークオフが生じず、非線形光学媒質の長さを十分
に長く取ることができ、動作パワーの低減化を図ること
ができる。さらに、このことにより動作速度の高速化も
図ることができる。

【００４６】また、請求項２記載の非線形光学装置によ
れば、請求項１記載の非線形光学装置において、前記非
線形光学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射
端を有する光カップラと、該光カップラの２つの出射端
に接続されるループ状の非線形光学媒質と、前記制御光
を非線形光学媒質中を一方向に伝播させるための光制御
手段とを具備してなることとしたので、ループ状の非線
形光学媒質中を一方向へ向かって伝搬する信号光と制御
光の偏波方向を互いに直交させることができ、使用する
非線形光学媒質が使用する波長域に零分散波長を持たな
い場合であっても、信号光と制御光の群速度を等しくす
ることができる。したがって、信号光と制御光のウオー
クオフが生じず、非線形光学媒質の長さを十分に長く取
ることができ、動作パワーの低減化を図ることができ
る。さらに、このことにより動作速度の高速化も図るこ
とができる。

【００４７】また、請求項３記載の非線形光学装置によ
れば、請求項１記載の非線形光学装置において、前記非
線形光学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射
端を有する第１及び第２の光カップラと、該第１の光カ
ップラの２つの出射端と第２の光カップラの２つの入射
端との間にそれぞれ設けられ、等しい光学長を有する２
つの光学媒質と、前記制御光を非線形光学媒質中を伝播
させるための光制御手段とを具備し、前記光学媒質は、
少なくとも一方が複屈折なる特性を有する非線形光学媒
質からなることとしたので、第１の光カップラにより分
波された信号光を２つの非線形光学媒質中を一方向へ向
かって伝搬させるとともに、制御光を前記２つの非線形
光学媒質のうち複屈折なる特性を有する非線形光学媒質
中を前記信号光と同一方向へ向かって伝搬させ、この伝
搬中に信号光と制御光の偏波方向を互いに直交させるこ
とができ、使用する非線形光学媒質が使用する波長域に
零分散波長を持たない場合であっても、信号光と制御光
の群速度を等しくすることができる。したがって、信号
光と制御光のウオークオフが生じず、非線形光学媒質の
長さを十分に長く取ることができ、動作パワーの低減化
を図ることができる。さらに、このことにより動作速度
の高速化も図ることができる。

【００４８】以上により、高速動作が可能で、しかも低
パワーで動作する非線形光学装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の非線形光学装置を示す図
である。

【図２】本発明の第１実施例の非線形光学装置の非線形
光学媒質である光ファイバを示す図である。

【図３】本発明の第２実施例の非線形光学装置を示す図
である。

【図４】信号光と制御光の群速度一致の原理を説明する
ための、単位長さ当りの群遅延の波長依存性を示す図で
ある。

【図５】従来の非線形光学装置を示す図である。

【図６】ウオークオフ効果を説明するための、スイッチ
ング速度と位相変化量の関係を示す図である。

【図７】従来の石英系光ファイバの分散特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１非線形光学装置１２ファイバカップラ１２ａ，１２ｂ入射端１２ｃ，１２ｄ出射端１３ファイバカップラ１３ａ，１３ｂ入射端１３ｃ，１３ｄ出射端１４ファイバカップラ１４ａ，１４ｂ入射端１４ｃ，１４ｄ出射端１５光ファイバ（非線形光学媒質）２１コア２２クラッド２３応力付与部３１非線形光学装置３２ファイバカップラ３２ａ入射端３３ファイバカップラ３３ａ，３３ｂ出射端３４光ファイバＳ₅ 信号光Ｓ₅₁ スイッチングされない信号光Ｓ₅₂ スイッチングされた信号光Ｓ₆ 制御光Ｓ₇ 信号光Ｓ₇₁ スイッチングされない信号光Ｓ₇₂ スイッチングされた信号光Ｓ₈ 制御光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保寺憲一東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形屈折率効果を有する光学媒質を備
え、制御光を用いて信号光の強度または方向のいずれか
を制御する非線形光学装置において、前記光学媒質は、複屈折なる特性を有する非線形光学媒
質からなり、前記制御光と信号光とは、波長が異なりかつそれぞれの
偏光方向が直交してなることを特徴とする非線形光学装
置。
【請求項２】前記非線形光学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射端を有する光カッ
プラと、該光カップラの２つの出射端に接続されるループ状の非
線形光学媒質と、前記制御光を非線形光学媒質中を一方向に伝播させるた
めの光制御手段とを具備してなることを特徴とする請求
項１記載の非線形光学装置。
【請求項３】前記非線形光学装置は、少なくとも２つの入射端と２つの出射端を有する第１及
び第２の光カップラと、該第１の光カップラの２つの出射端と第２の光カップラ
の２つの入射端との間にそれぞれ設けられ、等しい光学
長を有する２つの光学媒質と、前記制御光を非線形光学媒質中を伝播させるための光制
御手段とを具備し、前記光学媒質は、少なくとも一方が複屈折なる特性を有
する非線形光学媒質からなることを特徴とする請求項１
記載の非線形光学装置。