JPH0721602B2 - 光デバイス - Google Patents
光デバイスInfo
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- JPH0721602B2 JPH0721602B2 JP62506480A JP50648087A JPH0721602B2 JP H0721602 B2 JPH0721602 B2 JP H0721602B2 JP 62506480 A JP62506480 A JP 62506480A JP 50648087 A JP50648087 A JP 50648087A JP H0721602 B2 JPH0721602 B2 JP H0721602B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- pair
- waveguide
- ports
- coupling means
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/3517—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer
- G02F1/3519—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer of Sagnac type, i.e. nonlinear optical loop mirror [NOLM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
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- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば光増幅器または論理素子として使用す
るための光デバイスに関する。
るための光デバイスに関する。
オプティックスレターズ（Optics Letters）、Vol.8、N
o.9、471-473頁におけるケンジュオーツカ（Kenju Otsu
ka）による「非線形反共振リング干渉計」と題された文
献は、光ビームを異なる強度の部分に分岐するビームス
プリッタ、各々上記各部分が入射する一対のミラーと、
上記ミラー間の光路内に配置される非線形材料のブロッ
クとを具備する干渉計が記述されている。光は、上記ビ
ームスプリッタにより異なる強度部分に分岐され、そし
てそれらは上記非線形媒体、該非線形媒体は、それらの
非線形屈折率特性により上記光の各部分に異なる位相シ
フトを与える作用を有する、を介して逆方向に導かれ
る。上記位相シフトされた部分は上記ビームスプリッタ
で再結合される。
o.9、471-473頁におけるケンジュオーツカ（Kenju Otsu
ka）による「非線形反共振リング干渉計」と題された文
献は、光ビームを異なる強度の部分に分岐するビームス
プリッタ、各々上記各部分が入射する一対のミラーと、
上記ミラー間の光路内に配置される非線形材料のブロッ
クとを具備する干渉計が記述されている。光は、上記ビ
ームスプリッタにより異なる強度部分に分岐され、そし
てそれらは上記非線形媒体、該非線形媒体は、それらの
非線形屈折率特性により上記光の各部分に異なる位相シ
フトを与える作用を有する、を介して逆方向に導かれ
る。上記位相シフトされた部分は上記ビームスプリッタ
で再結合される。
オーツカの装置は、二つの逆伝播光学フィールドの間の
クロス相互作用に頼っており、非線形媒体内の非線形指
数回折格子を生成するフィールド間の干渉に依存してい
る。このような事情において、装置内の両逆伝播フィー
ルドは、必然的に非線形媒体内の伝播期間を越える存続
期間を有する。装置の動作には、上記両光学フィールド
が非線形媒体内に同時に存在することが要求され、その
ため、装置を囲む光路の中点に非線形媒体を正確に位置
させる必要がある。そこで、この装置における一つの問
題は、各部品の正確な配置の必要性である。例えば、各
ミラーもまた非線形媒体に対しておよび互いに非常に正
確に配列しなければならない。さらに、拡張された非導
波媒体内のフィールド発散から生ずる問題を回避するた
め、非線形媒体の長さは、それ自体制限される。回折の
問題にはさらなる危険がある。なぜなら、光学フィール
ドは、装置の回りの伝播の間側方には拘束されず、すな
わち、上記フィールドは側方に広がることができ、そし
てそれはその強度を減少させるからである。
クロス相互作用に頼っており、非線形媒体内の非線形指
数回折格子を生成するフィールド間の干渉に依存してい
る。このような事情において、装置内の両逆伝播フィー
ルドは、必然的に非線形媒体内の伝播期間を越える存続
期間を有する。装置の動作には、上記両光学フィールド
が非線形媒体内に同時に存在することが要求され、その
ため、装置を囲む光路の中点に非線形媒体を正確に位置
させる必要がある。そこで、この装置における一つの問
題は、各部品の正確な配置の必要性である。例えば、各
ミラーもまた非線形媒体に対しておよび互いに非常に正
確に配列しなければならない。さらに、拡張された非導
波媒体内のフィールド発散から生ずる問題を回避するた
め、非線形媒体の長さは、それ自体制限される。回折の
問題にはさらなる危険がある。なぜなら、光学フィール
ドは、装置の回りの伝播の間側方には拘束されず、すな
わち、上記フィールドは側方に広がることができ、そし
てそれはその強度を減少させるからである。
本発明の目的とするところは、上述した問題および制限
を実質的に解決しあるいは少なくとも軽減する光デバイ
スを提供することにある。本発明の更なる目的は、その
ようなデバイスの操作方法の提供にある。
を実質的に解決しあるいは少なくとも軽減する光デバイ
スを提供することにある。本発明の更なる目的は、その
ようなデバイスの操作方法の提供にある。
最初の観点では、本発明は、光通信ポートの第１および
第２の対を有し、これら結合ポートは、一方の対の１つ
のポートで受信される光信号の部分が他の対の各ポート
に所定の結合比で結合される結合手段と、少なくともそ
の一部が非線形屈折率を有する第１の物質を含み、該導
波路は上記第１の対をなすポート間を結合する光導波路
とを具備し、且つ使用される結合比および適切な導波路
パラメータが、上記結合手段の第２の対のポートの一方
で受信され且つ上記導波路の両端に結合される実効強度
における信号の部分が、該導波路を通った後に強度に依
存する相対的な位相シフトを有して戻るように選定され
る光デバイスを提供する。
第２の対を有し、これら結合ポートは、一方の対の１つ
のポートで受信される光信号の部分が他の対の各ポート
に所定の結合比で結合される結合手段と、少なくともそ
の一部が非線形屈折率を有する第１の物質を含み、該導
波路は上記第１の対をなすポート間を結合する光導波路
とを具備し、且つ使用される結合比および適切な導波路
パラメータが、上記結合手段の第２の対のポートの一方
で受信され且つ上記導波路の両端に結合される実効強度
における信号の部分が、該導波路を通った後に強度に依
存する相対的な位相シフトを有して戻るように選定され
る光デバイスを提供する。
上述した既知のデバイスとは相違して、本発明は、非線
形屈折率を有する物質を含む光導波路を使用する。この
ことは、従来の配列および回折の問題の防止を可能とす
るばかりか、さらに、動作における一層の柔軟性を提供
し、且つ従来のデバイスの構造的な制限を除去する。さ
らに、本デバイスは、逆伝播フィールドの間のクロス相
互作用や、干渉回折格子の確立を必要としない。そし
て、オーツカのデバイスとは異なり、本デバイスは、入
力信号の期間が非線形媒体すなわち物質における信号通
過時間より短い場合の、強度依存位相シフトの実現を可
能とする。該非線形物質は、また、導波路全体を通して
任意に分配してよい。
形屈折率を有する物質を含む光導波路を使用する。この
ことは、従来の配列および回折の問題の防止を可能とす
るばかりか、さらに、動作における一層の柔軟性を提供
し、且つ従来のデバイスの構造的な制限を除去する。さ
らに、本デバイスは、逆伝播フィールドの間のクロス相
互作用や、干渉回折格子の確立を必要としない。そし
て、オーツカのデバイスとは異なり、本デバイスは、入
力信号の期間が非線形媒体すなわち物質における信号通
過時間より短い場合の、強度依存位相シフトの実現を可
能とする。該非線形物質は、また、導波路全体を通して
任意に分配してよい。
本デバイスにおいて、適切な導波路パラメータ、結合
比、あるいはこれら両者の組合せは、デバイスの対称性
をくずし且つそれによって以下にさらに述べるように逆
伝播フィールドにおける相対的位相シフトを得るように
選択され得る。そこで、逆に、光路が対称であるためビ
ームスプリッタが非対称である（すなわち、50:50以外
である）オーツカのデバイスとは異なり、例えば結合比
と対称（50:50）とし得る。
比、あるいはこれら両者の組合せは、デバイスの対称性
をくずし且つそれによって以下にさらに述べるように逆
伝播フィールドにおける相対的位相シフトを得るように
選択され得る。そこで、逆に、光路が対称であるためビ
ームスプリッタが非対称である（すなわち、50:50以外
である）オーツカのデバイスとは異なり、例えば結合比
と対称（50:50）とし得る。
デバイスの対称性を得るために適切に選定される導波路
パラメータは、例えば、導波路長、非線形屈折率n2（カ
ー係数）、分散k2、モードフィールド幅、その他を含
む。これらのパラメータは、導波路の長さに沿って変化
させることができる。
パラメータは、例えば、導波路長、非線形屈折率n2（カ
ー係数）、分散k2、モードフィールド幅、その他を含
む。これらのパラメータは、導波路の長さに沿って変化
させることができる。
この明細書において、「非線形」という語を、我々は、
物質の屈折率が伝送信号の強度によって変化することの
意味に用いている。典型的には、屈折率ｎは次式で与え
られる： ｎ＝n0＋n2|E|2 ここで、n0は非線屈折率、n2はカー係数、そして|E|2は
伝送信号の強度である。
物質の屈折率が伝送信号の強度によって変化することの
意味に用いている。典型的には、屈折率ｎは次式で与え
られる： ｎ＝n0＋n2|E|2 ここで、n0は非線屈折率、n2はカー係数、そして|E|2は
伝送信号の強度である。
一つの望ましい構成では、結合手段は、50:50以外の結
合比を有する（すなわち、導波路の両端に結合される信
号部分の強度は等しくない）。この場合、異なる強度を
有する信号は、導波路に対して逆方向に供給され、その
結果、各信号に異なる屈折率を受けさせる。以下に述べ
るように、このことは、各信号に異なる位相シフトを受
けさせて、その結果、両信号が結合手段に戻ってきたと
きに、それらが強度に依存する相対的な位相シフトを持
つようにする。結合比および／または導波路の長さを変
化させることにより、例えば、入力信号のいかなる特別
な実効強度についても戻り信号間の位相シフトを変化さ
せることを可能とする。
合比を有する（すなわち、導波路の両端に結合される信
号部分の強度は等しくない）。この場合、異なる強度を
有する信号は、導波路に対して逆方向に供給され、その
結果、各信号に異なる屈折率を受けさせる。以下に述べ
るように、このことは、各信号に異なる位相シフトを受
けさせて、その結果、両信号が結合手段に戻ってきたと
きに、それらが強度に依存する相対的な位相シフトを持
つようにする。結合比および／または導波路の長さを変
化させることにより、例えば、入力信号のいかなる特別
な実効強度についても戻り信号間の位相シフトを変化さ
せることを可能とする。
相対的位相シフトの強度依存性は、結果的にその出力が
入力信号の強度の振動関数であるデバイスを実現する。
この特性は、論理素子、光増幅器、光スイッチ、その他
を含む種々の応用に使用することができる。
入力信号の強度の振動関数であるデバイスを実現する。
この特性は、論理素子、光増幅器、光スイッチ、その他
を含む種々の応用に使用することができる。
他の構成においては、上記導波路は、上記第１の物質に
直列に第２の物質をさらに具備し得、これら第１および
第２の物質は、上記導波路を通る実効強度における光信
号に対する非交換効果を有する。この場合、非交換物質
は、たとえ同じ入力強度を有する信号部分においてさえ
も所望の位相シフトを自動的に生成するように配置し得
るので、結合手段の結合比は、50:50とすることができ
る。上記第２の物質は分散性の物質であることが望まし
い。従来は、低い絶対分散を有する導波路を製作するこ
とにより、そして導波路に関して分散ゼロの近傍の波長
において動作させることにより、分散効果を最小とする
ことが望ましい。しかしながら、本発明による導波路
は、異なる部分において異なる分散特性を持つように製
作することができる。例えば、総分散における相違は、
導波路の屈折率プロフィールを変化させることにより達
成し得る。第２の物質を構成する導波路部分の長さに応
じて、分散は、適切な非交換特性との組合せにおいて、
強度依存位相シフトを達成すべく非対称性を提供するの
に適切にしなければならない。非交換特性の適切な組合
せは、例えば、分散と、非線形性n2およびモードフィー
ルド幅のいずれか（または両方）とを含む。あるいは、
例えば、上記第２の物質は、上述のものとは交換できな
い非線形偏光回転特性を有してもよい。これらおよび他
の特性の置換し得る適宜なる組合せは当該分野における
技術者には明かであろう。
直列に第２の物質をさらに具備し得、これら第１および
第２の物質は、上記導波路を通る実効強度における光信
号に対する非交換効果を有する。この場合、非交換物質
は、たとえ同じ入力強度を有する信号部分においてさえ
も所望の位相シフトを自動的に生成するように配置し得
るので、結合手段の結合比は、50:50とすることができ
る。上記第２の物質は分散性の物質であることが望まし
い。従来は、低い絶対分散を有する導波路を製作するこ
とにより、そして導波路に関して分散ゼロの近傍の波長
において動作させることにより、分散効果を最小とする
ことが望ましい。しかしながら、本発明による導波路
は、異なる部分において異なる分散特性を持つように製
作することができる。例えば、総分散における相違は、
導波路の屈折率プロフィールを変化させることにより達
成し得る。第２の物質を構成する導波路部分の長さに応
じて、分散は、適切な非交換特性との組合せにおいて、
強度依存位相シフトを達成すべく非対称性を提供するの
に適切にしなければならない。非交換特性の適切な組合
せは、例えば、分散と、非線形性n2およびモードフィー
ルド幅のいずれか（または両方）とを含む。あるいは、
例えば、上記第２の物質は、上述のものとは交換できな
い非線形偏光回転特性を有してもよい。これらおよび他
の特性の置換し得る適宜なる組合せは当該分野における
技術者には明かであろう。
導波路が２つまたはそれ以上の直列接続された非交換特
性を有する部分からなる場合、その相互作用のない、逆
伝播信号が上記部分を通過する順序が重要となり、該順
序は、結果として一般に上記結合手段に戻り着く最終信
号に異なる位相変化を生ずることに注意すべきである。
性を有する部分からなる場合、その相互作用のない、逆
伝播信号が上記部分を通過する順序が重要となり、該順
序は、結果として一般に上記結合手段に戻り着く最終信
号に異なる位相変化を生ずることに注意すべきである。
本発明に従ったデバイスは、逆伝播信号の期間が導波路
を通る通過時間を超えるとき（クロス相互作用が支配的
であるとき）、および上記信号期間が該通過時間よりも
少ないとき（クロス相互作用が優位でないとき）の両方
に強度依存位相シフトを生成させるように動作させるこ
とができる。しかしながら、上述したように上記デバイ
スの動作は、入力信号が、導波路を伝播するのに要する
時間中ずっと実質的に一定の強度を有すると仮定してい
る。パルス信号については、このことは、該パルスが実
質的に方形であるという仮定に帰する。しかしながら、
パルス持続期間が減少すると、パルス幅全体の大きな比
率を占める有限の立ち上がりおよび立ち下がりを有する
実際のパルスには、この仮定はもはや有効でない。この
ような状況では、各パルスのエンベロープがある強度範
囲についての何回かのサイクルを含むであろう。シリカ
においては、例えば、非線形屈折率は、瞬時的強度に応
答するから、各サイクルは、それが非線形物質を通過す
るので若干異なる屈折率を経るであろう。そしてそれ
は、通常結果的に同じパルスにおいてサイクル間に位相
シフトの変化を生ずるであろう。このことは、基本的な
デバイスのパフォーマンスを低下させる。
を通る通過時間を超えるとき（クロス相互作用が支配的
であるとき）、および上記信号期間が該通過時間よりも
少ないとき（クロス相互作用が優位でないとき）の両方
に強度依存位相シフトを生成させるように動作させるこ
とができる。しかしながら、上述したように上記デバイ
スの動作は、入力信号が、導波路を伝播するのに要する
時間中ずっと実質的に一定の強度を有すると仮定してい
る。パルス信号については、このことは、該パルスが実
質的に方形であるという仮定に帰する。しかしながら、
パルス持続期間が減少すると、パルス幅全体の大きな比
率を占める有限の立ち上がりおよび立ち下がりを有する
実際のパルスには、この仮定はもはや有効でない。この
ような状況では、各パルスのエンベロープがある強度範
囲についての何回かのサイクルを含むであろう。シリカ
においては、例えば、非線形屈折率は、瞬時的強度に応
答するから、各サイクルは、それが非線形物質を通過す
るので若干異なる屈折率を経るであろう。そしてそれ
は、通常結果的に同じパルスにおいてサイクル間に位相
シフトの変化を生ずるであろう。このことは、基本的な
デバイスのパフォーマンスを低下させる。
本発明の望ましい実施例においては、これらの条件のも
とでもたらされる可能性のある問題を解決しまたは少な
くとも緩和するため、導波路は、適切な実効強度におい
て光パルスがデバイスに注入されたときにソリトン効果
を呈する物質からなる。そこで、上記導波路の長さは、
注入パルスの強度依存位相が実質的にパルス全体を通し
て均一となるように、充分でなければならない。
とでもたらされる可能性のある問題を解決しまたは少な
くとも緩和するため、導波路は、適切な実効強度におい
て光パルスがデバイスに注入されたときにソリトン効果
を呈する物質からなる。そこで、上記導波路の長さは、
注入パルスの強度依存位相が実質的にパルス全体を通し
て均一となるように、充分でなければならない。
この後者の実施例において、導波路の特性は、カー係数
n2と群速度分散とが逆の符号を持つように選択される。
そして、もしも入力が充分に高い強度からなるならば、
導波路は、低強度パルスが分散する長さの数倍にわたっ
て実質的に非分散的に伝播するパルスを保持するであろ
う。そのようなパルスは、ソリトンと称される。IEEEジ
ャーナルオブクォンタムエレクトロニクス（“IEEE Jou
rnal of Quantum Electrnics"）,Vo1.QE19、No.12、198
3年12月におけるNJドーランとKJブロウ（N J Doran and
K J Blow）による「光通信におけるソリトン（“Solit
ons in Optical Communications"）」と題された論文
は、ソリトン伝播の適切な議論を提供している。本明細
書および関連する請求の範囲においては、「ソリトン」
という語は、実質的に非分散性の伝播の上記特性を示す
ものであって、いわゆる「正（“exact"）」あるいは
「純（“pure"）」ソリトンばかりでなく、例えば以下
に述べるようなものを指すために用いられる。
n2と群速度分散とが逆の符号を持つように選択される。
そして、もしも入力が充分に高い強度からなるならば、
導波路は、低強度パルスが分散する長さの数倍にわたっ
て実質的に非分散的に伝播するパルスを保持するであろ
う。そのようなパルスは、ソリトンと称される。IEEEジ
ャーナルオブクォンタムエレクトロニクス（“IEEE Jou
rnal of Quantum Electrnics"）,Vo1.QE19、No.12、198
3年12月におけるNJドーランとKJブロウ（N J Doran and
K J Blow）による「光通信におけるソリトン（“Solit
ons in Optical Communications"）」と題された論文
は、ソリトン伝播の適切な議論を提供している。本明細
書および関連する請求の範囲においては、「ソリトン」
という語は、実質的に非分散性の伝播の上記特性を示す
ものであって、いわゆる「正（“exact"）」あるいは
「純（“pure"）」ソリトンばかりでなく、例えば以下
に述べるようなものを指すために用いられる。
そのため、この望ましい実施例は、ソリトン伝播を可能
とする所望の形態の優位な分散を有する導波路を使用す
る。
とする所望の形態の優位な分散を有する導波路を使用す
る。
ソリトンパルスのために、全体の位相変化は、非ソリト
ンパルスの場合にそうであるように単に波列の異なる部
分の瞬時的な強度のみでなく、全体にわたって、パルス
エンベロープに依存する。ソリトンパルスの強度依存位
相がパルス全体を通して実質的に均一であれば、ソリト
ンは、以下に述べるように少なくともほぼソリトン期間
に等しいかまたはそれ以上の導波路長を伝播するはずで
あることがわかる。
ンパルスの場合にそうであるように単に波列の異なる部
分の瞬時的な強度のみでなく、全体にわたって、パルス
エンベロープに依存する。ソリトンパルスの強度依存位
相がパルス全体を通して実質的に均一であれば、ソリト
ンは、以下に述べるように少なくともほぼソリトン期間
に等しいかまたはそれ以上の導波路長を伝播するはずで
あることがわかる。
本発明の上述の実施例におけるように、逆伝播パルスエ
ンベロープ内の波列間に非ゼロ、強度依存相対位相シフ
トを達成するため、いくつかの適切な手法でデバイスの
対称性をくずす必要がある。便宜的には、これは（50:5
0でない）非対称結合手段を用いること、あるいは異な
る分散すなわち例えば非線形係数n2を有する導波路部分
を持つことにより達成し得る。しかしながら、屈折率は
n2×強度によって変化するので、有効な非対称性は、ま
た、導波路の異なる部分における強度を異ならせること
を可能とすることにより得られる。これは、例えば、モ
ードフィールド幅を異ならせた導波路の異なる部分を持
つことにより達成し得る。所望の非対称性を達成するた
め、これらの相違のいかなる組合せも使用し得る。
ンベロープ内の波列間に非ゼロ、強度依存相対位相シフ
トを達成するため、いくつかの適切な手法でデバイスの
対称性をくずす必要がある。便宜的には、これは（50:5
0でない）非対称結合手段を用いること、あるいは異な
る分散すなわち例えば非線形係数n2を有する導波路部分
を持つことにより達成し得る。しかしながら、屈折率は
n2×強度によって変化するので、有効な非対称性は、ま
た、導波路の異なる部分における強度を異ならせること
を可能とすることにより得られる。これは、例えば、モ
ードフィールド幅を異ならせた導波路の異なる部分を持
つことにより達成し得る。所望の非対称性を達成するた
め、これらの相違のいかなる組合せも使用し得る。
ソリトン伝播のためには、導波路は、ソリトン伝播のた
めに要求される分散および非線形特性の両者を同時に示
す物質から構成されることが望ましい。他の置換し得る
条件のもとにおいてもソリトン伝播を達成することが可
能であるから、例えば、導波路が、分散および非線形成
分の交互シーケンスからなるとき、これは、上述のよう
に、物理的な意味において、効果に交換性がないので、
ソリトン伝播のために特別に望ましいわけではない。し
たがって、交互特性を有する多数の非常に短い導波路
が、有効なソリトン伝播のたえの条件に対する充分な近
似を達成するために、必要となる。
めに要求される分散および非線形特性の両者を同時に示
す物質から構成されることが望ましい。他の置換し得る
条件のもとにおいてもソリトン伝播を達成することが可
能であるから、例えば、導波路が、分散および非線形成
分の交互シーケンスからなるとき、これは、上述のよう
に、物理的な意味において、効果に交換性がないので、
ソリトン伝播のために特別に望ましいわけではない。し
たがって、交互特性を有する多数の非常に短い導波路
が、有効なソリトン伝播のたえの条件に対する充分な近
似を達成するために、必要となる。
望ましくは、導波路は、単一モード導波路である。都合
のよいことには、光導波路は、光ファイバ、望ましくは
単一モード光ファイバにより形成される。この代わりに
は、例えば、導波路は、プレーナ導波路（例えば、ニオ
ブ酸リチウム）の形で製作される。
のよいことには、光導波路は、光ファイバ、望ましくは
単一モード光ファイバにより形成される。この代わりに
は、例えば、導波路は、プレーナ導波路（例えば、ニオ
ブ酸リチウム）の形で製作される。
非線形特性は、導波路に対する適切なドーピングによっ
て提供できる。また、例えば、在来の導波路上にオーバ
レイとして適宜なる非線形物質を設けることにより、非
線形な振舞いを導入することもできる。例えば、光ファ
イバは、ファイバコアを露出させまたはドーピングする
ことなく、非線形物質の外部オーバレイ内にその光学フ
ィールドを結合させることを可能とするのに充分にエッ
チングにより除去されたいくらかのクラッディングを持
ち得る。同様に、分散特性は、ドーピングまたは他の技
術により提供し得る。例えば、分散回折格子を導波路内
に設けてもよい。
て提供できる。また、例えば、在来の導波路上にオーバ
レイとして適宜なる非線形物質を設けることにより、非
線形な振舞いを導入することもできる。例えば、光ファ
イバは、ファイバコアを露出させまたはドーピングする
ことなく、非線形物質の外部オーバレイ内にその光学フ
ィールドを結合させることを可能とするのに充分にエッ
チングにより除去されたいくらかのクラッディングを持
ち得る。同様に、分散特性は、ドーピングまたは他の技
術により提供し得る。例えば、分散回折格子を導波路内
に設けてもよい。
また、導波路が、固有の偏光制御を含むこと、または偏
光コントローラに直列に配置されることも望ましい。導
波路が、複屈折を示す場合、例えば、偏光制御は、入力
が適切に調整されあるいは矛盾のない予測し得るデバイ
スのパフォーマンスを提供すべく維持されることを可能
とする。
光コントローラに直列に配置されることも望ましい。導
波路が、複屈折を示す場合、例えば、偏光制御は、入力
が適切に調整されあるいは矛盾のない予測し得るデバイ
スのパフォーマンスを提供すべく維持されることを可能
とする。
本発明の他の観点によれば、光信号の処理方法は次のス
テップからなる： その最初の観点による本発明に従ったデバイスを設け
る； 導波路内に２つの逆伝播信号を生成し、それによって少
なくとも第２の対のポートの一つにおける処理されたパ
ルス信号を提供するため光信号を、上記デバイスの第２
のポートに入力する。
テップからなる： その最初の観点による本発明に従ったデバイスを設け
る； 導波路内に２つの逆伝播信号を生成し、それによって少
なくとも第２の対のポートの一つにおける処理されたパ
ルス信号を提供するため光信号を、上記デバイスの第２
のポートに入力する。
望ましくは、上記方法は、導波路の伝播のための通過時
間よりも短い期間を有し、且つ実質的に一定の強度から
なる光信号を入力するステップを備える。
間よりも短い期間を有し、且つ実質的に一定の強度から
なる光信号を入力するステップを備える。
上記処理は、論理機能を実行すること、増幅し、スイッ
チしあるいはそれ以外の入力信号を変更することである
かもしれない。デバイスパラメータの選択ための基準お
よび好ましさは、第１の観点における本発明に関して上
述したのと同様である。
チしあるいはそれ以外の入力信号を変更することである
かもしれない。デバイスパラメータの選択ための基準お
よび好ましさは、第１の観点における本発明に関して上
述したのと同様である。
これに対して、あるいはさらに、ソリトン伝播を可能と
するパルスからなる光信号を処理するための方法は次の
ステップからなる： その最初の観点による本発明に従った、そのパラメータ
がソリトン伝播用に選定された導波路を含む、デバイス
を設ける； それによって導波路内に２つの逆伝播信号を生成し、少
なくとも第２の対のポートの一つにおいて処理されたパ
ルス信号を提供するため、上記導波路内でのソリトン伝
播に適した振幅において、パルス信号を上記デバイスの
第２のポートに入力する。
するパルスからなる光信号を処理するための方法は次の
ステップからなる： その最初の観点による本発明に従った、そのパラメータ
がソリトン伝播用に選定された導波路を含む、デバイス
を設ける； それによって導波路内に２つの逆伝播信号を生成し、少
なくとも第２の対のポートの一つにおいて処理されたパ
ルス信号を提供するため、上記導波路内でのソリトン伝
播に適した振幅において、パルス信号を上記デバイスの
第２のポートに入力する。
デバイスのパラメータは、処理の要求にしたがってソリ
トン伝播を生じさせるように適宜選定される。
トン伝播を生じさせるように適宜選定される。
本発明に従った光デバイスの実施例および動作の方法
は、例によって且つ次のような添付図面を参照して以下
に説明される。
は、例によって且つ次のような添付図面を参照して以下
に説明される。
第１図は、デバイスの模式図、 第２図は、２つの異なる結合比について入力強度と（正
規化された後の）出力強度の間の変化をグラフ的に描い
ている、 第３図は、パルス入力に対し本発明に従ったデバイスの
伝播特性を描くグラフ、 第４図は、一緒に結合された一連のデバイスを示す、そ
して 第５図および第６図は、他の構成による本発明に従った
デバイスを示す。
規化された後の）出力強度の間の変化をグラフ的に描い
ている、 第３図は、パルス入力に対し本発明に従ったデバイスの
伝播特性を描くグラフ、 第４図は、一緒に結合された一連のデバイスを示す、そ
して 第５図および第６図は、他の構成による本発明に従った
デバイスを示す。
第１図に示される光デバイスは、ループ２に形成された
単一シリカ光ファイバ１によって定義される。上記光フ
ァイバそれ自体の所定部分は、一対の第１のポート４、
５および一対の第２のポート６、７を有するＸカプラ３
を定義するため互いに近接させて配置される。Ｘカプラ
３は、ポート６または７で受信された光信号の所定部分
がポート４、５の各々に所定の結合比で結合されるよう
に構成される。同様に、カプラ３に達しポート４または
５のいずれかで受信された光信号は、同じ結合比でポー
ト６、７に結合されるであろう。
単一シリカ光ファイバ１によって定義される。上記光フ
ァイバそれ自体の所定部分は、一対の第１のポート４、
５および一対の第２のポート６、７を有するＸカプラ３
を定義するため互いに近接させて配置される。Ｘカプラ
３は、ポート６または７で受信された光信号の所定部分
がポート４、５の各々に所定の結合比で結合されるよう
に構成される。同様に、カプラ３に達しポート４または
５のいずれかで受信された光信号は、同じ結合比でポー
ト６、７に結合されるであろう。
こうして、通常の（線形の）環境においては第１図に示
されるデバイスはミラーとして動作する。すなわち、も
しもＸカプラ３のポート６からポート４、５への結合比
が50:50であれば、Ｘカプラ３のポート６への入力E1は
すべてポート６に戻り、出力E2はE1と等しくなる。結合
比がその他の値であれは、２つのポート６、７間で出力
パワーが適宜分配される。
されるデバイスはミラーとして動作する。すなわち、も
しもＸカプラ３のポート６からポート４、５への結合比
が50:50であれば、Ｘカプラ３のポート６への入力E1は
すべてポート６に戻り、出力E2はE1と等しくなる。結合
比がその他の値であれは、２つのポート６、７間で出力
パワーが適宜分配される。
カプラ３は、単一の入力を二つの逆伝播フィールドに分
配させ、該逆伝播フィールドは結合のために同時に上記
カプラに戻る。光路長は、同じ光路を逆方向にたどるの
で、両伝播フィールドで正確に同じである。これは、上
記デバイスの重要な特徴である。通常の線形ループにつ
いては、ループを伝搬する光は両伝播方向において光学
的に同一の光路に沿って伝搬するが、非線形ループにつ
いては後述するように違う。以下に、非線形性が２つの
パスについて同一の伝播効果を壊す状況について述べ
る。上述のデバイスは、結合フィールドの位相における
相違に応動し、且つそれによって干渉デバイスとして述
べることができるが、光路の干渉配列の必要はない。こ
れは上記デバイスの顕著な特徴である。
配させ、該逆伝播フィールドは結合のために同時に上記
カプラに戻る。光路長は、同じ光路を逆方向にたどるの
で、両伝播フィールドで正確に同じである。これは、上
記デバイスの重要な特徴である。通常の線形ループにつ
いては、ループを伝搬する光は両伝播方向において光学
的に同一の光路に沿って伝搬するが、非線形ループにつ
いては後述するように違う。以下に、非線形性が２つの
パスについて同一の伝播効果を壊す状況について述べ
る。上述のデバイスは、結合フィールドの位相における
相違に応動し、且つそれによって干渉デバイスとして述
べることができるが、光路の干渉配列の必要はない。こ
れは上記デバイスの顕著な特徴である。
導波路のループ２は、少なくとも部分的に先に与えられ
た式に従って変化する屈折率ｎを呈する非線形物質から
形成される。上記デバイスは、非線形性の程度が小さい
場合に動作する。非線形性の程度が小さい場合とは、変
化するのは位相のみであり、例えば群速度については何
の影響もないことである。非線形性の程度が小さい場
合、n0はn2|E|2よりも大きい（例えばほぼ106のファク
タである）。第１図の構成に基づく非線形デバイスの単
純な実現は、結合比α：（１−α）のカプラ３を有する
ファイバループにおいて自己位相変調（SPM〜self-phas
e-modulation）を可能とする。SPMは、次式で与えられ
る距離および強度に依存する位相シフトを与える。
た式に従って変化する屈折率ｎを呈する非線形物質から
形成される。上記デバイスは、非線形性の程度が小さい
場合に動作する。非線形性の程度が小さい場合とは、変
化するのは位相のみであり、例えば群速度については何
の影響もないことである。非線形性の程度が小さい場
合、n0はn2|E|2よりも大きい（例えばほぼ106のファク
タである）。第１図の構成に基づく非線形デバイスの単
純な実現は、結合比α：（１−α）のカプラ３を有する
ファイバループにおいて自己位相変調（SPM〜self-phas
e-modulation）を可能とする。SPMは、次式で与えられ
る距離および強度に依存する位相シフトを与える。
φ（Ｅ）＝（２πn2|E|2Ｌ）／λ rad ここで、n2は非線形カー係数である。
第１図に示されるようなＸカプラに対するカプラの式は
次のようになる。
次のようになる。
E3＝α0.5E1＋ｉ（１−α）0.5E2 （１） E4＝ｉ（１−α）0.5E1＋α0.5E2 （２） 但し、αは、結合係数（例えば、50:50カプラはα＝0.
5、60:40カプラはα＝0.4）である。
5、60:40カプラはα＝0.4）である。
我々は、ポート６の単一入力EINの場合について検討す
る。そうすると、 E3＝α0.5EIN E4＝ｉ（１−α）0.5EIN そして距離Ｌを通過した後は E3＝α0.5EINexpi［α２πn2｜EiN｜2L/λ］ E4＝ｉ（１−α）0.5EiN×expi［（１−α）２πn2｜E
IN｜2L/λ］ カプラ３を通る戻り通過に対して我々は式１を変形する
必要がある。すなわち： E1＝α0.5E3−ｉ（１−α）0.5E4 E2＝−ｉ（１−α）0.5E3＋α0.5E4 ６および７における出力を計算するために我々はE4＝E3
＊およびE3＝E4＊の置き換えが必要であり、次式が得ら
れる。
る。そうすると、 E3＝α0.5EIN E4＝ｉ（１−α）0.5EIN そして距離Ｌを通過した後は E3＝α0.5EINexpi［α２πn2｜EiN｜2L/λ］ E4＝ｉ（１−α）0.5EiN×expi［（１−α）２πn2｜E
IN｜2L/λ］ カプラ３を通る戻り通過に対して我々は式１を変形する
必要がある。すなわち： E1＝α0.5E3−ｉ（１−α）0.5E4 E2＝−ｉ（１−α）0.5E3＋α0.5E4 ６および７における出力を計算するために我々はE4＝E3
＊およびE3＝E4＊の置き換えが必要であり、次式が得ら
れる。
E1＝−ｉα.5（１−α）.5EIN［exp−ｉ（（１−α）φ
（EIN））＋exp−ｉ（αφ（EIN））］ E2＝EIN［αexp−ｉ（αφ（EIN））−（１−α）exp−
ｉ（（１−α）φ（EIN））］ 出力強度は、次式で与えられる。
（EIN））＋exp−ｉ（αφ（EIN））］ E2＝EIN［αexp−ｉ（αφ（EIN））−（１−α）exp−
ｉ（（１−α）φ（EIN））］ 出力強度は、次式で与えられる。
｜E1｜2＝｜EIN｜2２α（１−α）［１＋cos（（１−２
α）φ（EIN））］ ｜E2｜2＝｜EIN｜2［１−２α（１−α）（１＋cos
（（１−２αφ（EIN））］ これらの式は、次式が成り立つときに、αのどんな値に
対してもパワーの100％がポート７からあらわれること
を示している。
α）φ（EIN））］ ｜E2｜2＝｜EIN｜2［１−２α（１−α）（１＋cos
（（１−２αφ（EIN））］ これらの式は、次式が成り立つときに、αのどんな値に
対してもパワーの100％がポート７からあらわれること
を示している。
φ（Ｅ）＝π（１−２α）ｍ そして、ポート７からの出力パワーは次式が成り立つと
きに最小となる。
きに最小となる。
φ（Ｅ）＝２π（１−２α）ｍ ここで、ｍは整数である。
この場合、 ｜E2｜2＝１−４α（１−α） これが線形フィールドにおける出力である。
一般的な振舞い（すなわちレスポンス特性）は、第２図
に示される。出力は低パワー値から100％までパワーが
次式だけ増加する度にスイッチされる。
に示される。出力は低パワー値から100％までパワーが
次式だけ増加する度にスイッチされる。
Δ|E|2＝［π／（１−２α）］×［λ／（n2２πＬ）］ 最善のスイッチング比は0.5近傍で生じるが、スイッチ
ングエネルギもそれに応じて増加する。限界において
は、50:50カプラ（α＝0.5）では、要求されるフィール
ドは無限となる。
ングエネルギもそれに応じて増加する。限界において
は、50:50カプラ（α＝0.5）では、要求されるフィール
ドは無限となる。
最小から最大へシフトするためには、次式が必要とな
る。
る。
|E|2Ｌ＝［π／（１−２α）］×［λ／（n2２π）］ シリカベースのファイバではn2＝3.2×10-16cm2/Wmであ
り、λ＝1.06μｍとし、ファイバ面積を100μm2とすれ
ば、 |E|2Ｌ＝［π／（１−２α）］×５×102 α＝0.4の例では、Ｌ＝1mに対してE2＝8kwを必要とす
る。もしも、α＝0.1ならば、必要なピークパワーは1.9
kwに下がるが、スイッチング比は第２図に示されたよう
にそれに対応して減少する。
り、λ＝1.06μｍとし、ファイバ面積を100μm2とすれ
ば、 |E|2Ｌ＝［π／（１−２α）］×５×102 α＝0.4の例では、Ｌ＝1mに対してE2＝8kwを必要とす
る。もしも、α＝0.1ならば、必要なピークパワーは1.9
kwに下がるが、スイッチング比は第２図に示されたよう
にそれに対応して減少する。
上述の計算は、低強度動作に有効であり、分散が有意で
ある場合を取り扱ってはいない。出力結果を導くための
入力強度として単一の値がとられる。現実に、入力が方
形波とみなすことができない限り、伝送特性は、信号強
度の変化によって劣化する。基本的なデバイスのレスポ
ンスが瞬時強度に対するものであるため、基本的なデバ
イスは、パルス期間全体における強度変化が大きい短い
パルスには有効に働かない。
ある場合を取り扱ってはいない。出力結果を導くための
入力強度として単一の値がとられる。現実に、入力が方
形波とみなすことができない限り、伝送特性は、信号強
度の変化によって劣化する。基本的なデバイスのレスポ
ンスが瞬時強度に対するものであるため、基本的なデバ
イスは、パルス期間全体における強度変化が大きい短い
パルスには有効に働かない。
そこで、導波路におけるSPMばかりでなく有意な分散を
提供しソリトン伝播効果を導入するためデバイスを変形
することが望ましい。
提供しソリトン伝播効果を導入するためデバイスを変形
することが望ましい。
ソリトンは、光導波路内の負の群速度分散型における自
己位相変調と分散との組合せ動作により生成される。非
線形光デバイスにおけるソリトンの使用法は、係属中の
本出願人の名において1986年10月22日付で提出された特
許出願GB8625281においても議論されている。
己位相変調と分散との組合せ動作により生成される。非
線形光デバイスにおけるソリトンの使用法は、係属中の
本出願人の名において1986年10月22日付で提出された特
許出願GB8625281においても議論されている。
正確な単一ソリトンは、光導波路を通るその伝播の形状
を変化させない、しかし、それは通過する距離に比例す
る位相シフトを得る。パルスが正確なソリトンでなくと
も、分散の効果および非線形性を近似的にバランスさせ
ることができ、振幅および波形が正確なソリトンに近い
パルスは伝播を有意に変化させない。
を変化させない、しかし、それは通過する距離に比例す
る位相シフトを得る。パルスが正確なソリトンでなくと
も、分散の効果および非線形性を近似的にバランスさせ
ることができ、振幅および波形が正確なソリトンに近い
パルスは伝播を有意に変化させない。
負の群速度分散を有し且つ非線形性を含む導波路におけ
るパルスエンベロープの伝播は、ディメンションのない
非線形シュレディンガ方程式（NLS〜non-linear Schrod
inger equation）で記述される： iuz＋utt/2＋u|u|2＝０ ここで、添え字は部分分散を意味する。負の群速度分散
への要求は、NLSにおける|u|2項の正符号を決定する。
これは、正規化された式であり、ディメンションのない
量を実単位（例えばドーランとブロウのop.cit.参照）
に変換するための変形がある。ここで、実パルスによっ
て生成される正規化された振幅が（n2／k2）1/2および
正規化された距離に比例し、ｚはk2／T2Ｌに比例し、但
しk2は、分散係数であり、Ｔはパルス期間であり、そし
てＬは実距離である。NLSは、整数Ｎに対し次のような
初期形式の正確なソリトン解を有する。
るパルスエンベロープの伝播は、ディメンションのない
非線形シュレディンガ方程式（NLS〜non-linear Schrod
inger equation）で記述される： iuz＋utt/2＋u|u|2＝０ ここで、添え字は部分分散を意味する。負の群速度分散
への要求は、NLSにおける|u|2項の正符号を決定する。
これは、正規化された式であり、ディメンションのない
量を実単位（例えばドーランとブロウのop.cit.参照）
に変換するための変形がある。ここで、実パルスによっ
て生成される正規化された振幅が（n2／k2）1/2および
正規化された距離に比例し、ｚはk2／T2Ｌに比例し、但
しk2は、分散係数であり、Ｔはパルス期間であり、そし
てＬは実距離である。NLSは、整数Ｎに対し次のような
初期形式の正確なソリトン解を有する。
ｕ（ｚ＝o,t）＝Nsech（ｔ） 全てのＮ（整数）に対し、ソリトンは、（パルスエンベ
ロープの波形である）係数ｕが、π/2伝播される毎にそ
の原型に戻る（すなわちソリトン期間はπ/2である）。
Ｎ＝１についての完全な解は、 ｕ（z,t）＝exp（iz/2）sech（ｔ） 上記の式において位相係数exp（iz/2）を記憶すること
が大事である。これは、全てのソリトンにおいて存在す
る全体の位相である。すなわち、全てのソリトンについ
て、解は次のように書ける。
ロープの波形である）係数ｕが、π/2伝播される毎にそ
の原型に戻る（すなわちソリトン期間はπ/2である）。
Ｎ＝１についての完全な解は、 ｕ（z,t）＝exp（iz/2）sech（ｔ） 上記の式において位相係数exp（iz/2）を記憶すること
が大事である。これは、全てのソリトンにおいて存在す
る全体の位相である。すなわち、全てのソリトンについ
て、解は次のように書ける。
ｕ（z,t）＝exp（iz/2）ｆ（z,t） ここで、ｆ（z,t）は、ｚに関しπ/2の期間について周
期的である。このソリトン特性は、ソリトン伝播を可能
とするために適用される本発明の一実施例において利用
し得る。
期的である。このソリトン特性は、ソリトン伝播を可能
とするために適用される本発明の一実施例において利用
し得る。
伝播の問題の数値的な解から、本発明者らは、ソリトン
型に属するがその振幅は正確なソリトンに対応していな
いパルスは、通過距離に比例する全体の位相シフトを得
ることを見いだした。この位相の回転は、強度エンベロ
ープを通してほぼ均一であり、ピーク振幅に応じて増大
する。もしも、本発明のデバイスにおけるパルス振幅
が、これらの「解」効果を生成するのに充分であれば、
パルス全体に対して良好なスイッチングが依然として可
能である。
型に属するがその振幅は正確なソリトンに対応していな
いパルスは、通過距離に比例する全体の位相シフトを得
ることを見いだした。この位相の回転は、強度エンベロ
ープを通してほぼ均一であり、ピーク振幅に応じて増大
する。もしも、本発明のデバイスにおけるパルス振幅
が、これらの「解」効果を生成するのに充分であれば、
パルス全体に対して良好なスイッチングが依然として可
能である。
与えられた分散について、導波路の長さは、注入された
パルスの強度依存位相がパルス全体を通して実質的に均
一となるようにするため、パルス内の異なる強度サイク
ルの間の通信を提供するのに充分でなければならない。
パルスの強度依存位相がパルス全体を通して実質的に均
一となるようにするため、パルス内の異なる強度サイク
ルの間の通信を提供するのに充分でなければならない。
ソリトンパルスが導波路内を伝播するとき、ソリトンを
受けた強度依存位相を定義するパルスエンベロープ内の
波列のサイクルが変化する。いくらかの距離の伝播の
後、強度依存位相は、ソリトンを形成する波列全体を通
して本質的に均一となる。そして、全体の位相変化は、
全体的に、そして非ソリトンパルスの場合のように波列
の異なる部分の瞬時的な強度だけでなく、パルスエンベ
ロープの強度に依存する。パルス全体を通して実質的に
均一であるべきソリトンパルスの強度依存パルスによ
り、ソリトンは、少なくともほぼソリトン期間に等しい
かまたはそれ以上の導波路長を伝播するはずであること
がわかる。
受けた強度依存位相を定義するパルスエンベロープ内の
波列のサイクルが変化する。いくらかの距離の伝播の
後、強度依存位相は、ソリトンを形成する波列全体を通
して本質的に均一となる。そして、全体の位相変化は、
全体的に、そして非ソリトンパルスの場合のように波列
の異なる部分の瞬時的な強度だけでなく、パルスエンベ
ロープの強度に依存する。パルス全体を通して実質的に
均一であるべきソリトンパルスの強度依存パルスによ
り、ソリトンは、少なくともほぼソリトン期間に等しい
かまたはそれ以上の導波路長を伝播するはずであること
がわかる。
第３図は、４つのソリトン期間に等しい長さのファイバ
のループから形成される導波路のデバイス特性の例を描
いている。1.55μｍの標準ファイバでは、これは、1ps
のパルスに関してほぼ100mに等しい。総出力エネルギ
は、sech状の入力パルスに関して入力エネルギの関数と
して示される。このような状況において、スイッチング
特性は、第２図に示されたそれらと比較し得ることがわ
かるが、この場合は、全体のパルスがスイッチされる。
のループから形成される導波路のデバイス特性の例を描
いている。1.55μｍの標準ファイバでは、これは、1ps
のパルスに関してほぼ100mに等しい。総出力エネルギ
は、sech状の入力パルスに関して入力エネルギの関数と
して示される。このような状況において、スイッチング
特性は、第２図に示されたそれらと比較し得ることがわ
かるが、この場合は、全体のパルスがスイッチされる。
比較のため、第３図はまた、ソリトン伝播を可能とする
ための分散と非線形屈折率との間の相互作用がないよう
にわずかな分散を有する導波路を有するデバイスへの同
じ入力パルスに対する結果を示している。ソリトン効果
を可能とするように適合された導波路を用いれば、パフ
ォーマンスにおいて非常に明確な改善がある。第３図の
単位は、単一ソリトンのエネルギの式において与えら
れ、実エネルギへの変換は、前提とするパルス期間に依
存する。典型的には、20μm2の有効領域を有し、λ＝1.
55μｍにおいて、n2＝3.2×10-16cm2/Wをとる標準光フ
ァイバ（すなわち分散がシフトされない）に対して、7p
sのソリトンは、2pj前後のエネルギを持つであろう。1p
sのソリトンは、ループ長に要求される対応する減少と
ともに15pj前後これが増大する。
ための分散と非線形屈折率との間の相互作用がないよう
にわずかな分散を有する導波路を有するデバイスへの同
じ入力パルスに対する結果を示している。ソリトン効果
を可能とするように適合された導波路を用いれば、パフ
ォーマンスにおいて非常に明確な改善がある。第３図の
単位は、単一ソリトンのエネルギの式において与えら
れ、実エネルギへの変換は、前提とするパルス期間に依
存する。典型的には、20μm2の有効領域を有し、λ＝1.
55μｍにおいて、n2＝3.2×10-16cm2/Wをとる標準光フ
ァイバ（すなわち分散がシフトされない）に対して、7p
sのソリトンは、2pj前後のエネルギを持つであろう。1p
sのソリトンは、ループ長に要求される対応する減少と
ともに15pj前後これが増大する。
このようにもしもデバイスが、ソリトン型で動作するよ
うに、構成されれば、「ベル型の」パルス全体に優れた
スイッチング特性が得られる。一般に、ループは、効果
を得るために分散に充分な長さからなることが必要であ
り、そしてそれは、現実にほぼ１またはそれ以上のソリ
トン期間を意味している。ループ長は、実際、パルス期
間の自乗により減少させることが要求される。そして、
サブピコセコンドのスイッチングのために、たった数メ
ータのファイバからなるループが必要となる。
うに、構成されれば、「ベル型の」パルス全体に優れた
スイッチング特性が得られる。一般に、ループは、効果
を得るために分散に充分な長さからなることが必要であ
り、そしてそれは、現実にほぼ１またはそれ以上のソリ
トン期間を意味している。ループ長は、実際、パルス期
間の自乗により減少させることが要求される。そして、
サブピコセコンドのスイッチングのために、たった数メ
ータのファイバからなるループが必要となる。
上記デバイスはまた、プレーナ（例えばLiNbO3）導波路
形としても製作できる。適切な分散効果は、例えば基本
ループ内に回折格子を設けることにより、得られる。
形としても製作できる。適切な分散効果は、例えば基本
ループ内に回折格子を設けることにより、得られる。
分散が有意でない（例えばソリトン伝播が特別に望まし
くない）デバイスにおいては、非線形物質をループを形
成する導波路全体に分配する必要もない。デバイスの動
作は、ループ内の非線形性の配置に対して実質的に反応
せず、それによって、例えば短くより高い非線形素子を
そうでない標準光ファイバのループ内のどこかに挿入す
ることにより、等価な効果が得られる。
くない）デバイスにおいては、非線形物質をループを形
成する導波路全体に分配する必要もない。デバイスの動
作は、ループ内の非線形性の配置に対して実質的に反応
せず、それによって、例えば短くより高い非線形素子を
そうでない標準光ファイバのループ内のどこかに挿入す
ることにより、等価な効果が得られる。
上述のデバイスは、スイッチング特性を向上させるため
に、第４図に示されるように、連鎖させることができ
る。第４図は、直列に結合された２つのデバイス８、９
を描いている。交互のマック−ゼンダ（Mach-Zehnder）
に基づくデバイスとは異なり、位相シフトパラメータが
ないから、連鎖における連続する素子に等しい位相シフ
トを設ける必要がない。本デバイスでは干渉配列が保証
される。
に、第４図に示されるように、連鎖させることができ
る。第４図は、直列に結合された２つのデバイス８、９
を描いている。交互のマック−ゼンダ（Mach-Zehnder）
に基づくデバイスとは異なり、位相シフトパラメータが
ないから、連鎖における連続する素子に等しい位相シフ
トを設ける必要がない。本デバイスでは干渉配列が保証
される。
対称性は、上述した単純デバイスの場合においてそうで
あるように無限のフィールドを必要とせずに、50:50カ
プラ状況のためにくずすことができる。そうするため
に、例えば、第１図のループ内に直列に配置される少な
くとも２つのタイプのファイバを設ける必要がある。一
般に非線形性のない場所では、第２のタイプにおける伝
播がそれに続く第１のタイプのファイバにおける伝播
が、第１の伝播がそれに続く第２のタイプのファイバの
伝播と同様の出力を生じないであろう。これは利用され
得る原理である。例えば、第１のタイプのファイバは、
動作波長において分散ゼロを持つように選定することが
でき、その場合は、SPMによる伝播となり、これに対し
て、第２のタイプのファイバは、伝播が実質的に純分散
となるように、動作波長において高く選定することがで
きる。これら２つの効果は交換性がない。
あるように無限のフィールドを必要とせずに、50:50カ
プラ状況のためにくずすことができる。そうするため
に、例えば、第１図のループ内に直列に配置される少な
くとも２つのタイプのファイバを設ける必要がある。一
般に非線形性のない場所では、第２のタイプにおける伝
播がそれに続く第１のタイプのファイバにおける伝播
が、第１の伝播がそれに続く第２のタイプのファイバの
伝播と同様の出力を生じないであろう。これは利用され
得る原理である。例えば、第１のタイプのファイバは、
動作波長において分散ゼロを持つように選定することが
でき、その場合は、SPMによる伝播となり、これに対し
て、第２のタイプのファイバは、伝播が実質的に純分散
となるように、動作波長において高く選定することがで
きる。これら２つの効果は交換性がない。
対称性の破壊は、一般に分散効果を必要とすることが期
待され、そのためこのタイプの構成はパルスに対する論
理動作の最適化に適する。上記デバイスは、ソリトン形
で動作することができ、干渉配列の必要なしに、全体の
パルスに良好なスイッチングを与える。例えば、非線形
偏光回転およびモードフィールド幅を含む、非交換効果
の他の組合せを用いることもできる。
待され、そのためこのタイプの構成はパルスに対する論
理動作の最適化に適する。上記デバイスは、ソリトン形
で動作することができ、干渉配列の必要なしに、全体の
パルスに良好なスイッチングを与える。例えば、非線形
偏光回転およびモードフィールド幅を含む、非交換効果
の他の組合せを用いることもできる。
第１図に示された基本的なデバイスは、多くの応用に利
用することができる。例えば、該デバイスは、入力ポー
トを第２図に示される一つのカーブの底に向かう位置に
バイアスすることにより増幅器として製作することがで
きる。第５図に示すように、これは、基本的なデバイス
にＹカプラ10を加えることにより達成できる。Ｙカプラ
10の１つの入力アームは、バイアス光信号EBIASを発生
するレーザ11に結合され、他の入力アーム12は、光信号
源ESに結合される。もしも、デバイスが適切な特性カー
ブの鋭い傾斜部分の基部近傍の位置にバイアスされるな
らば、Ｙカプラの他のアーム12に沿って供給される小入
力信号ESは、有意に増大された強度の信号をポート７か
ら出力させる。
用することができる。例えば、該デバイスは、入力ポー
トを第２図に示される一つのカーブの底に向かう位置に
バイアスすることにより増幅器として製作することがで
きる。第５図に示すように、これは、基本的なデバイス
にＹカプラ10を加えることにより達成できる。Ｙカプラ
10の１つの入力アームは、バイアス光信号EBIASを発生
するレーザ11に結合され、他の入力アーム12は、光信号
源ESに結合される。もしも、デバイスが適切な特性カー
ブの鋭い傾斜部分の基部近傍の位置にバイアスされるな
らば、Ｙカプラの他のアーム12に沿って供給される小入
力信号ESは、有意に増大された強度の信号をポート７か
ら出力させる。
上記デバイスはまた、論理素子、例えばEXORゲートとし
ても使用することができる。単純な２入力EXORゲートの
構成が第６図に示される。この場合、Ｙカプラ10がまた
その出力がポート６に結合されて設けられ、その両入力
アームは、それぞれ信号源EAおよびEBに結合される。入
力論理レベルを、LOW入力がレスポンス特性（第２図）
における最小値に対応する強度EINに一致するように選
定することにより、LOWおよびHIGHの間の相違を該レス
ポンス特性における最大値に動かすのに充分な強度に変
化させるべく選定することにより、２つの入力信号の両
方ではなく一方もしくは他方がHIGHのときに、ポート７
におけるHIGH出力EOUTのみは生成される。
ても使用することができる。単純な２入力EXORゲートの
構成が第６図に示される。この場合、Ｙカプラ10がまた
その出力がポート６に結合されて設けられ、その両入力
アームは、それぞれ信号源EAおよびEBに結合される。入
力論理レベルを、LOW入力がレスポンス特性（第２図）
における最小値に対応する強度EINに一致するように選
定することにより、LOWおよびHIGHの間の相違を該レス
ポンス特性における最大値に動かすのに充分な強度に変
化させるべく選定することにより、２つの入力信号の両
方ではなく一方もしくは他方がHIGHのときに、ポート７
におけるHIGH出力EOUTのみは生成される。
本発明の実施例を達成する他の構成は、当該技術分野の
技術者には明確であろう。例えば、本発明に従って適切
に構成されたデバイスは、与えられた強度入力の位相シ
フトを計測することにより導波路内に挿入された物質の
未知のn2を判定するのに用いることができる。
技術者には明確であろう。例えば、本発明に従って適切
に構成されたデバイスは、与えられた強度入力の位相シ
フトを計測することにより導波路内に挿入された物質の
未知のn2を判定するのに用いることができる。
Claims (11)
- 【請求項１】第１及び第２の対の光通信ポートを有しそ
の一方の対のポートで受信される光信号の部分は他方対
の各ポートに所定の結合比で結合される結合手段と、非
線形屈折率をもつ第１の物質及びこれと直列な第２の物
質を含み前記第１の対のポート間を結合する光導波路と
を具備し、実効強度において前記結合手段の前記第２の
対の一方で受信され且つ前記光導波路の各端部に結合さ
れる光信号の部分が前記光導波路を進行した後に相対位
相シフトに依存した強度で前記結合手段に戻るように結
合比及び適切な導波パラメータが選定される光デバイ
ス。 - 【請求項２】前記結合手段の結合比は50:50以外である
請求項１記載の光デバイス。 - 【請求項３】一対の入力ポート及び出力ポートを有する
付加結合手段をさらに具備し、前記出力ポートは該光デ
バイスが光論理ゲートとして用いられるように前記第２
の対のポートの一方に結合している請求項１記載の光デ
バイス。 - 【請求項４】前記第２の物質は前記第１の物質より分散
性が強い請求項１記載の光デバイス。 - 【請求項５】前記光導波路は単一の光ファイバにより形
成される請求項１記載の光デバイス。 - 【請求項６】前記光導波路は適切な実効強度の光パルス
が該光デバイスに注入されたときにソリトン効果を呈す
る物質により構成され、前記光導波路の長さは注入され
たパルスの強度依存位相が該導波路を貫通後にパルス全
体を通して実質的に均一となるのに十分である請求項１
記載の光デバイス。 - 【請求項７】上記非線形物質は前記光導波路の一部への
オーバレイとして設けられる請求項１記載の光デバイ
ス。 - 【請求項８】第１及び第２の対の光通信ポートを有しそ
の一方の対のポートで受信される光信号の部分は他方対
の各ポートに所定の結合比で結合される結合手段と、非
線形屈折率をもつ第１の物質及びこれと直列な第２の物
質を含み前記第１の対のポート間を結合する光導波路と
により構成され、実効強度において前記結合手段の前記
第２の対の一方で受信され且つ前記光導波路の各端部に
結合される光信号の部分が前記光導波路を進行した後に
相対位相シフトに依存した強度で前記結合手段に戻るよ
うに結合比及び適切な導波パラメータが選定される光デ
バイスと、一対の入力ポートと前記結合手段の前記第２
の対のポートの一方に光学的に結合された出力ポートと
を有する付加結合手段と、該付加結合手段の前記入力ポ
ートの一方に結合されたバイアス信号源とを具備する光
増幅器。 - 【請求項９】第１及び第２の対の光通信ポートを有しそ
の一方の対のポートで受信される光信号の部分は他方対
の各ポートに所定の結合比で結合される結合手段と、非
線形屈折率をもつ第１の物質及びこれと直列な第２の物
質を含み前記第１の対のポート間を結合する光導波路と
を具備し、実効強度において前記結合手段の前記第２の
対の一方で受信され且つ前記光導波路の各端部に結合さ
れる光信号の部分が前記光導波路を進行した後に相対位
相シフトに依存した強度で前記結合手段に戻るように結
合比及び適切な導波パラメータが選定される比デバイス
を提供するステップと、 前記光導波路内に逆方向伝播信号を生成させるために前
記第２の対の光通信ポートの一方に光信号を入力し、少
なくとも前記第２の対の光通信ポートの一方から処理さ
れたパルス信号を発生させるステップとを具備する光信
号処理方法。 - 【請求項１０】前記光導波路における伝播のための通過
時間寄りも短い期間を有する光信号を入力するステップ
を具備する請求項９記載の光信号処理方法。 - 【請求項１１】前記光デバイスの導波パラメータをソリ
トン伝播に適するパラメータに設定するステップと、 ソリトン伝播に適する振幅で前記第２の対の光通信ポー
トの一方にパルス信号を入力し、前記光導波路内に逆方
向伝播信号を生成させ、かつ少なくとも前記第２の対の
光通信ポートの一方から処理されたパルス信号を発生さ
せるステップとを具備する請求項９記載の光信号処理方
法。
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8625088 | 1986-10-20 | ||
| GB868625088A GB8625088D0 (en) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | Optical device |
| GB868625281A GB8625281D0 (en) | 1986-10-22 | 1986-10-22 | Optical device |
| GB8625281 | 1986-10-22 | ||
| GB878717376A GB8717376D0 (en) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | Optical device |
| GB8717376 | 1987-07-22 | ||
| PCT/GB1987/000739 WO1988002875A1 (en) | 1986-10-20 | 1987-10-20 | Optical device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01502612A JPH01502612A (ja) | 1989-09-07 |
| JPH0721602B2 true JPH0721602B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=27263182
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62506190A Expired - Fee Related JPH0774879B2 (ja) | 1986-10-20 | 1987-10-20 | 光学装置及び光学信号処理方法 |
| JP62506480A Expired - Lifetime JPH0721602B2 (ja) | 1986-10-20 | 1987-10-20 | 光デバイス |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62506190A Expired - Fee Related JPH0774879B2 (ja) | 1986-10-20 | 1987-10-20 | 光学装置及び光学信号処理方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4881788A (ja) |
| EP (2) | EP0268384B1 (ja) |
| JP (2) | JPH0774879B2 (ja) |
| AT (2) | ATE74216T1 (ja) |
| CA (2) | CA1298112C (ja) |
| DE (2) | DE3777750D1 (ja) |
| ES (2) | ES2030068T3 (ja) |
| GR (2) | GR3003767T3 (ja) |
| HK (1) | HK128496A (ja) |
| WO (2) | WO1988002875A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB8829546D0 (en) * | 1988-12-19 | 1989-02-08 | British Telecomm | Non-linear interferometer |
| JPH02173518A (ja) * | 1988-12-27 | 1990-07-05 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ回転角速度センサ |
| GB8920912D0 (en) * | 1989-09-15 | 1989-11-01 | British Telecomm | Quantum non-demolition optical tapping |
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