JPS6068321A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
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- JPS6068321A JPS6068321A JP17649283A JP17649283A JPS6068321A JP S6068321 A JPS6068321 A JP S6068321A JP 17649283 A JP17649283 A JP 17649283A JP 17649283 A JP17649283 A JP 17649283A JP S6068321 A JPS6068321 A JP S6068321A
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- optical waveguide
- light
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-
- 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
- G02F1/29—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 for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［技術分！′？１
本発明は、超小型であり、微小な光制御信号により、大
きな光パワーを制御することができる超高速の光スィッ
チに関する。
きな光パワーを制御することができる超高速の光スィッ
チに関する。
［従来技術］
従来、この種の光増幅特性をもった光スイッチングを得
る手段として、第１図に示すような光スィッチが提案さ
れている。第１図に示すように、光強度に依存して屈折
率の変化する媒質ｌをファブリ拳ペロ共振器２内に入れ
る。そして、被制御光としての信号光３をファブリ會ペ
ロ共振器２内にその中で共振するように入射すると、そ
の光入出力（ｉｉｎ −Ｉｏｕｔ）特性は第２図に示す
ような、ある強度の光入力■。において急に光出力が増
大する、いわゆる°°微微分利得時特性示す。
る手段として、第１図に示すような光スィッチが提案さ
れている。第１図に示すように、光強度に依存して屈折
率の変化する媒質ｌをファブリ拳ペロ共振器２内に入れ
る。そして、被制御光としての信号光３をファブリ會ペ
ロ共振器２内にその中で共振するように入射すると、そ
の光入出力（ｉｉｎ −Ｉｏｕｔ）特性は第２図に示す
ような、ある強度の光入力■。において急に光出力が増
大する、いわゆる°°微微分利得時特性示す。
このような強度ｒｏに入射光の強度を設定しておき、別
の制御光４をファブリ・ペロ共振器２に入射すると、第
３図に示すように、制御光４の微小な強度変化により信
号光３の大きな光強度変化が得られる。このようなこと
から、電子におけるトランジスタとほぼ等価的な＃８き
が光領域において行われることが期待され、そのような
構造は°°光トリオードパと呼ばれている。
の制御光４をファブリ・ペロ共振器２に入射すると、第
３図に示すように、制御光４の微小な強度変化により信
号光３の大きな光強度変化が得られる。このようなこと
から、電子におけるトランジスタとほぼ等価的な＃８き
が光領域において行われることが期待され、そのような
構造は°°光トリオードパと呼ばれている。
しかしながら、この稲光スイッチにおいては、信号光の
波長をファプリ・ペロ共振器の共振特性に厳密に一致さ
せなければならず、しかも被制御光の入力パワーを非常
に安定させなければならない。また、共振器を用いてい
るので、実効的な光路長が長くなり、ｌ０ｐＳ以下の高
速応答は不可能である。
波長をファプリ・ペロ共振器の共振特性に厳密に一致さ
せなければならず、しかも被制御光の入力パワーを非常
に安定させなければならない。また、共振器を用いてい
るので、実効的な光路長が長くなり、ｌ０ｐＳ以下の高
速応答は不可能である。
［目 的］
そこで本発明の目的は、以上のような欠点を解消し、超
高速で、しかも安定してヌイッチングすることかできる
光スィッチを提供することにある。
高速で、しかも安定してヌイッチングすることかできる
光スィッチを提供することにある。
［発明の構成］
かかる目的を達成するために、本発明は、入力用光導波
路路と、出力用光導波路と、光強度に依存する非線形屈
折率を持つ２本の単一モード光導波路と、制御用光導波
路とを有し、２木の弔−モード光導波路の各々に同一パ
ワーの光が入射されるように、２木の単一モード光導波
路の各一端を、入力用先導波路の一端に接続し、２本の
単一モード光導波路の各他端を、出力用光導波路の一端
に接続し、および制御用光導波路を、２木のアームのい
ずれか一方に、その屈折率を制御するための制御光を入
射するように、一方のアームの途中に接続するように構
成する。
路路と、出力用光導波路と、光強度に依存する非線形屈
折率を持つ２本の単一モード光導波路と、制御用光導波
路とを有し、２木の弔−モード光導波路の各々に同一パ
ワーの光が入射されるように、２木の単一モード光導波
路の各一端を、入力用先導波路の一端に接続し、２本の
単一モード光導波路の各他端を、出力用光導波路の一端
に接続し、および制御用光導波路を、２木のアームのい
ずれか一方に、その屈折率を制御するための制御光を入
射するように、一方のアームの途中に接続するように構
成する。
［実 施 例］
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第４図は本発明にかかる光スィッチの一実施例を示す構
成図であって、ここに１１は単一モードの入力用光導波
路路、１２は単一モードの出力用光導波路、１３および
１４は単一モードの先導波路からなる２木のアームであ
る。２本のアーム１３および１４には、光強度に依存す
る同一の非線形屈折率を持たせる。
成図であって、ここに１１は単一モードの入力用光導波
路路、１２は単一モードの出力用光導波路、１３および
１４は単一モードの先導波路からなる２木のアームであ
る。２本のアーム１３および１４には、光強度に依存す
る同一の非線形屈折率を持たせる。
２木のアーム１３および１４の各々に同一パワーの光が
入射されるように、両アーム１３および１４の各一端を
、入力用光導波路１１の一端にＹ形分岐部１５を介して
共通に接続し、両アーム１３および１４の各他端を、出
力用光導波路１２の一端に、Ｙ形の光結合部１６を介し
て接続する。さらにまた、２木のアーム１３および１４
の各々の途中に、両アーム１３および１４の他端に光が
伝搬するように、２木の制御用光導波路１７および１８
の各々を接続する。１９は一方のアーム１３中に電界を
印加するための電極である。
入射されるように、両アーム１３および１４の各一端を
、入力用光導波路１１の一端にＹ形分岐部１５を介して
共通に接続し、両アーム１３および１４の各他端を、出
力用光導波路１２の一端に、Ｙ形の光結合部１６を介し
て接続する。さらにまた、２木のアーム１３および１４
の各々の途中に、両アーム１３および１４の他端に光が
伝搬するように、２木の制御用光導波路１７および１８
の各々を接続する。１９は一方のアーム１３中に電界を
印加するための電極である。
上述した全ての光導波路は、コアおよびコアを被覆する
クラッドを有する単一モード導波路の形態とするのが好
適であり、伝搬する光の強度によってその屈折率が変化
する材料により構成する。ここで、光導波路の構成部分
であるコアまたはクラッドの少なくとも一方が、非線形
屈折率をもてばよいことは勿論である。
クラッドを有する単一モード導波路の形態とするのが好
適であり、伝搬する光の強度によってその屈折率が変化
する材料により構成する。ここで、光導波路の構成部分
であるコアまたはクラッドの少なくとも一方が、非線形
屈折率をもてばよいことは勿論である。
以上のような構成において、入力用光導波路の他端に光
強度Ｔｉｎの信号光を入射し、一方の制御用先導波路１
７の他端に光強度２１ｃの制御光を入射すると、出力用
単一モード光導波路１２から出射される出力光の光強度
１ｏｕｔは分岐部１５において光パワーが１／２ずつに
分離され、２木のアーム１３および１４からの光が結合
部１６において完全に結合される場合には、 ｃ となる。ここで、ｎ２は光導波路内における光の強度に
対応した屈折率変化である。なお、光導波路中の光強度
をＩｃとし、光の入射強度に依存しない屈折率を ｎ、
）として、光導波路路の屈折率ｎは、 ｎ＝ｎ□＋ｎ２１ により表わされる。また、見はアーム１３における制御
光入射部２０から結合部１６までの長さ、ａ＝ ２π／
εｏＣｎλ０は定数であり、ε。は真空の誘伝率、Ｃは
真空中の光速、入。は光の真空中での波長である。δは
屈折率の非線形性が生じないような弱い光入力に対する
２つのアーム１３および１４内を伝搬してきた光のＹ形
の結合部１８における位相差である。この位相差δは、
作成時にアーム１３および１４の長さを適切に選ぶこと
、あるいは電極１９に電圧を印加したり、電流を流した
りしてアーム１３の屈折率を変化することにより適当な
値、例えば１８０度に選ぶことができる。なお、電極１
８は単に２つのアーム１３および１４の位相差を調節す
るためのものであり１本発明光スイッチは全光型である
と言える。
強度Ｔｉｎの信号光を入射し、一方の制御用先導波路１
７の他端に光強度２１ｃの制御光を入射すると、出力用
単一モード光導波路１２から出射される出力光の光強度
１ｏｕｔは分岐部１５において光パワーが１／２ずつに
分離され、２木のアーム１３および１４からの光が結合
部１６において完全に結合される場合には、 ｃ となる。ここで、ｎ２は光導波路内における光の強度に
対応した屈折率変化である。なお、光導波路中の光強度
をＩｃとし、光の入射強度に依存しない屈折率を ｎ、
）として、光導波路路の屈折率ｎは、 ｎ＝ｎ□＋ｎ２１ により表わされる。また、見はアーム１３における制御
光入射部２０から結合部１６までの長さ、ａ＝ ２π／
εｏＣｎλ０は定数であり、ε。は真空の誘伝率、Ｃは
真空中の光速、入。は光の真空中での波長である。δは
屈折率の非線形性が生じないような弱い光入力に対する
２つのアーム１３および１４内を伝搬してきた光のＹ形
の結合部１８における位相差である。この位相差δは、
作成時にアーム１３および１４の長さを適切に選ぶこと
、あるいは電極１９に電圧を印加したり、電流を流した
りしてアーム１３の屈折率を変化することにより適当な
値、例えば１８０度に選ぶことができる。なお、電極１
８は単に２つのアーム１３および１４の位相差を調節す
るためのものであり１本発明光スイッチは全光型である
と言える。
δ＝１８０度とし、Ｙ形の結合部１Ｂにおける２木のア
ーム１３および１４内を伝搬してきた２つの光の位相差
を１８０度変化させるのに必要な制御光の強度Ｔｃの値
とそのときの信号光の強度Ｉｉｎの伯とが０．５ ＋
１０の比をもつときの、Ｉｃ−Ｉｏｕｔ特性を第５図に
示す。ただし、Ｉｉｎは一定とする。したがって、本発
明光スィッチへの信号光の入力パワー（Ｉｉｎ）と、制
御光のパワー（２ｒｃ）とは、２Ｉｃ ：Ｉｉｎ ＝１
：１０となる。
ーム１３および１４内を伝搬してきた２つの光の位相差
を１８０度変化させるのに必要な制御光の強度Ｔｃの値
とそのときの信号光の強度Ｉｉｎの伯とが０．５ ＋
１０の比をもつときの、Ｉｃ−Ｉｏｕｔ特性を第５図に
示す。ただし、Ｉｉｎは一定とする。したがって、本発
明光スィッチへの信号光の入力パワー（Ｉｉｎ）と、制
御光のパワー（２ｒｃ）とは、２Ｉｃ ：Ｉｉｎ ＝１
：１０となる。
次に制御光をパルスとした場合について述べる。まず、
上記の動作条件（２１ｃ： Ｉｉｎ ＝ ｌ ： １０
）での制御光のパルス波形とそれに対する信号光出力（
Ｉｏｕｔ）の応答特性とを、第６図に示す。なお、制御
光の強さＩｃは第４図中の矢印Ａで示す大きさ、すなわ
ち、０．５に選ばれている。したがって、第６図に示す
ように、制御光のパワー（２Ｉｃ）に対して、１０倍の
゛°光増幅度°′を持つ信号光出力（Ｉｏｕｔ）が得ら
れ、Ｉｃ／２のもれ光（第６図中Ｂで示す）が出力光に
生ずる。
上記の動作条件（２１ｃ： Ｉｉｎ ＝ ｌ ： １０
）での制御光のパルス波形とそれに対する信号光出力（
Ｉｏｕｔ）の応答特性とを、第６図に示す。なお、制御
光の強さＩｃは第４図中の矢印Ａで示す大きさ、すなわ
ち、０．５に選ばれている。したがって、第６図に示す
ように、制御光のパワー（２Ｉｃ）に対して、１０倍の
゛°光増幅度°′を持つ信号光出力（Ｉｏｕｔ）が得ら
れ、Ｉｃ／２のもれ光（第６図中Ｂで示す）が出力光に
生ずる。
以上に述べた動作原理に基づく、本発明スイッチを構成
する材料としては、光非線形屈折率ｎ２をもついかなる
物質をも用いることができる。−例として、非線形屈折
率をもつ代表的な半″導体材料について、吸収線に非共
鳴なれ２およびｎｏの値を第１表に示す。
する材料としては、光非線形屈折率ｎ２をもついかなる
物質をも用いることができる。−例として、非線形屈折
率をもつ代表的な半″導体材料について、吸収線に非共
鳴なれ２およびｎｏの値を第１表に示す。
第１表
なお、吸収線に非共鳴なｎ２のｆｉｎに対する応答時間
は、ｐｓオーダ以下であることが知られている。
は、ｐｓオーダ以下であることが知られている。
ＧａＡｓを構成材料として用い、光が十分に閉じ込めら
れるような光導波路幅０．０８ｐｍを持つ光スィッチを
試作したところ、一方のアーム１３における制御光入射
部から結合部までの長さ文が３００１Ｌｍの場合、７７
０ｍＷの入力光パワーによりこの光スィッチをスイッチ
ングすることができた。
れるような光導波路幅０．０８ｐｍを持つ光スィッチを
試作したところ、一方のアーム１３における制御光入射
部から結合部までの長さ文が３００１Ｌｍの場合、７７
０ｍＷの入力光パワーによりこの光スィッチをスイッチ
ングすることができた。
なお、この光スィッチは、素子長Ｌ（第４図参照）が４
００ ｐ−ｍとなっており、実効的なスイッチング速度
は４．２ ｐｓであった。もちろんさらに大きな光入力
、例えば？、？Ｗを用いれば、上述した光スィッチのス
イッチング速度は、０．４２ｐＳとなり、サブピコ秒の
スイッチングが可能となる。
００ ｐ−ｍとなっており、実効的なスイッチング速度
は４．２ ｐｓであった。もちろんさらに大きな光入力
、例えば？、？Ｗを用いれば、上述した光スィッチのス
イッチング速度は、０．４２ｐＳとなり、サブピコ秒の
スイッチングが可能となる。
第１表に示した半導体以外の半導体や強誘電体等も光導
波路の構成材料として用いることができる。さらにまた
、プロス（Ｂｌｏｓｓ）氏らの文献（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 紙 ４１巻 １００
０頁（１９８２年））に示されているように、ＧａＡｓ
超格子 ＧａＡｓ超格子は、ＧａＡｇよりもさらに大き
なｎ２を持ち、より低い制御光パワーで高速スイッチン
グが可能な材料として用いることができる。
波路の構成材料として用いることができる。さらにまた
、プロス（Ｂｌｏｓｓ）氏らの文献（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 紙 ４１巻 １００
０頁（１９８２年））に示されているように、ＧａＡｓ
超格子 ＧａＡｓ超格子は、ＧａＡｇよりもさらに大き
なｎ２を持ち、より低い制御光パワーで高速スイッチン
グが可能な材料として用いることができる。
［効 果］
以上説明したように、本発明によれば室温で安定に動作
し、大きな光増幅度をもち、その動作速度がｐＳ程度と
非常に高速であることから、光信号処理、論理演算等の
基本素子として広く用いることができる光スィッチを提
供することができる。
し、大きな光増幅度をもち、その動作速度がｐＳ程度と
非常に高速であることから、光信号処理、論理演算等の
基本素子として広く用いることができる光スィッチを提
供することができる。
さらに、本発明光スィッチは次のような利点を有する。
（＋）信号光による光導波路の屈折率変化は、２木のア
ームで互いに打ち消し合うので、信号光の強度変動はス
イッチ動作に影響を与えない。
ームで互いに打ち消し合うので、信号光の強度変動はス
イッチ動作に影響を与えない。
（２）信号光の波長に敏感でなく、従って、多軸モード
レーザ等も光源として用いることができる。
レーザ等も光源として用いることができる。
（３）多重反射を用いないので、高速応答が得られる。
第１図は従来の光スィッチの概略構成図、第２図は同ス
イッチの光入出力特性を示す図、 第３図は、同スイッチにおける制御光と信号光１ との関係を示す図、 第４図は本発明にかかる光スィッチの一実施例を示す構
成図、 第５図は同スイッチにおける制御光と出方光との関係の
一例を示す図、 第６図は同スイッチにおける制御光に対する出力光の応
答特性の一例を示す図である。 ｌ・・・非線形屈折率を持つ媒質。 ２・・・ファブリ・ペロ共振器、 ３・・・信号光、 ４・・・制御光、 １１・・・入力用単一モード光導波路路、１２・・・出
力用単一モード光導波路路、１３ 、１４・・・アーム
、 １５・・・分岐部、 １６・・・結合部、 １７．１８・・・制御用光導波路路、 １９・・・電極、 ２０・・・制御光入射部。 ２ − − へ 綜 綜 区 Ｏフ 綜
イッチの光入出力特性を示す図、 第３図は、同スイッチにおける制御光と信号光１ との関係を示す図、 第４図は本発明にかかる光スィッチの一実施例を示す構
成図、 第５図は同スイッチにおける制御光と出方光との関係の
一例を示す図、 第６図は同スイッチにおける制御光に対する出力光の応
答特性の一例を示す図である。 ｌ・・・非線形屈折率を持つ媒質。 ２・・・ファブリ・ペロ共振器、 ３・・・信号光、 ４・・・制御光、 １１・・・入力用単一モード光導波路路、１２・・・出
力用単一モード光導波路路、１３ 、１４・・・アーム
、 １５・・・分岐部、 １６・・・結合部、 １７．１８・・・制御用光導波路路、 １９・・・電極、 ２０・・・制御光入射部。 ２ − − へ 綜 綜 区 Ｏフ 綜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 入力用光導波路と、 出力用光導波路と、 光強度に依存する非線形屈折率を持つ２木の巾−モード
先導波路と、 制御用光導波路とを省し、 前記２木の単−モード光導波路の各々に同一パワーの光
が入射されるように、前記２木の単−モード先導波路の
各一端を、前記入力用光導波路の一端に接続し、前記２
木の単一モード光導波路の各他端を、前記出力用光導波
路の一端に接続し、および前記制御用光導波路を、前記
２本のアームのいずれか一方に、その屈折率を制御する
ための制御光を入射するように、前記一方のアームの途
中に接続したことを特徴とする光スィッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17649283A JPS6068321A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17649283A JPS6068321A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6068321A true JPS6068321A (ja) | 1985-04-18 |
Family
ID=16014611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17649283A Pending JPS6068321A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6068321A (ja) |
Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
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1983
- 1983-09-26 JP JP17649283A patent/JPS6068321A/ja active Pending
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