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JP2656967B2 - Optical car switch - Google Patents
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JP2656967B2 - Optical car switch - Google Patents

Optical car switch

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JP2656967B2
JP2656967B2 JP1011867A JP1186789A JP2656967B2 JP 2656967 B2 JP2656967 B2 JP 2656967B2 JP 1011867 A JP1011867 A JP 1011867A JP 1186789 A JP1186789 A JP 1186789A JP 2656967 B2 JP2656967 B2 JP 2656967B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は光通信装置、あるいは光コンピュータ等の光
信号処理装置に利用する。特に、光を電気に変換するこ
となく、光信号のままで高速にスイッチする光カー・ス
イッチに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention is used for an optical communication device or an optical signal processing device such as an optical computer. In particular, the present invention relates to an optical car switch that performs high-speed switching without converting light into electricity without changing an optical signal.

<従来の技術> 現在の光通信装置においては、実際に光信号が流れて
いるのは伝送路の部分のみであり、中継器,多重・分離
装置、および交換機においては、光信号は一旦電気信号
に交換され、電子回路的な処理を施されてから、再び光
信号に戻されて伝送されている。このような、光/電気
変換、電気/光変換を行うため装置構成が非常に複雑に
なっている。また、電子回路による処理では、10〜数Gb
/sあたりのビット・レートに原理的な処理速度限界が存
在する。以上述べたような電気的処理が介在することに
よる、装置構成の複雑化、処理速度の制限の問題を解決
するためには、光信号を電気信号に変換することなく、
光信号のままで処理する光信号処理の技術が必要であ
る。
<Prior Art> In the current optical communication device, an optical signal actually flows only in a transmission line portion. In a repeater, a multiplexing / demultiplexing device, and a switch, the optical signal is once an electrical signal. The optical signal is exchanged, processed like an electronic circuit, and then returned to an optical signal and transmitted again. The device configuration for performing such light / electric conversion and electric / light conversion is very complicated. Also, in the processing by the electronic circuit, 10 to several Gb
There is a fundamental processing speed limit for the bit rate per second. Due to the intervening electrical processing as described above, in order to solve the problem of the complexity of the device configuration and the limitation of the processing speed, without converting the optical signal to an electrical signal,
An optical signal processing technique for processing the optical signal as it is is required.

このような光信号処理の基本構成要素として、光スイ
ッチがある。これを実現するための従来技術としては、
非常に多くの種類の光スイッチがあるが、その中で光フ
ァイバの長尺性、高パワー密度に着目した、光ファイバ
・カー・スイッチは、超高速動作、光ファイバ伝送路と
の整合性から非常に有望である。このような光ファイバ
・カー・スイッチの従来例としては、Moriokaらによ
る、カンファレンス・オン・レーザーズ・アンド・エレ
クトロオプティクスのテクニカル・ダイジェスト・シリ
ーズ(1987)の第14巻、『ウルトラ・ファースト・マル
チ/デマルチプレクサ・ユーティライジング・ザ・オプ
ティカル・カー・エフェクト・イン・ポーラリゼーショ
ン・メインティング・シングルモード・ファイバ』(Mo
rioka et.al:“Ultrafast optical multi/demultiplexe
r utilizing the optical Kerr effect in polarizatio
n−maintaining single−mode fiber",Technical Diges
t Series 1987 vol,14,Conference on Lasers and Elec
tro−Optics,THO2,p.286,(1987))に報告されている
ような、光ファイバ中の光カー効果による偏波面の回転
を利用した手段が提案されている。
An optical switch is a basic component of such optical signal processing. Conventional technologies for achieving this include:
There are numerous types of optical switches. Among them, the optical fiber car switch, which focuses on the length of the optical fiber and the high power density, uses ultra-high speed operation and compatibility with optical fiber transmission lines. Very promising. A conventional example of such a fiber optic car switch is Morioka et al., Conference on Lasers and Electrooptics Technical Digest Series (1987), Volume 14, Ultra First Multi. / Demultiplexer Utilizing the Optical Car Effect in Polarization Mainting Single-Mode Fiber "(Mo
rioka et.al: “Ultrafast optical multi / demultiplexe
r utilizing the optical Kerr effect in polarizatio
n-maintaining single-mode fiber ", Technical Diges
t Series 1987 vol, 14, Conference on Lasers and Elec
tro-Optics, THO2, p.286, (1987)), a means using rotation of the polarization plane due to the optical Kerr effect in an optical fiber has been proposed.

この構成を第4図に示す。時分割多重されたディジタ
ル光信号列41と、分離したい光信号に同期しその偏波面
が光信号列41のそれと45度だけ傾いている制御光信号42
とが、光カー媒質である偏波面保存シングルモードファ
イバ43に入射される。偏波面保存シングルモードファイ
バ43の複屈折の温度特性を補償するために、それと同一
の光学特性を有する、同一の長さの偏波面保存シングル
モードファイバ44が主軸を互いに90度傾けて、融着接続
されている。分離される光信号の偏波面は強い光強度を
持つ制御光信号42によって、他の光信号のそれに対し
て、ファイバ出射端では90度だけ回転している。そのた
め、偏光ビームスプリッタ46により、両者は分離され、
それぞれ、光出力48,49として出力される。光出力48
は、光信号列41がスイッチングされないままで出力され
たものであり、光出力49は光信号列41がスイッチングさ
れて進行方向が90゜変化して出力されたものである。ま
た制御光信号42は、波長フィルタ45によってフィルタリ
ングされ制御光47として光信号列41から分離・出力され
る。
This configuration is shown in FIG. A time-division multiplexed digital optical signal sequence 41 and a control optical signal 42 synchronized with the optical signal to be separated and having a polarization plane inclined by 45 degrees with respect to that of the optical signal sequence 41.
Are incident on the polarization-maintaining single-mode fiber 43 which is an optical Kerr medium. In order to compensate for the birefringence temperature characteristic of the polarization-maintaining single-mode fiber 43, the polarization-maintaining single-mode fiber 44 of the same length, having the same optical characteristics as that of the polarization-maintaining single-mode fiber 43, has its main axes inclined at 90 degrees to each other and fused. It is connected. The polarization plane of the separated optical signal is rotated by 90 degrees at the fiber output end with respect to that of the other optical signals due to the control optical signal 42 having a strong optical intensity. Therefore, both are separated by the polarizing beam splitter 46,
They are output as optical outputs 48 and 49, respectively. Light output 48
Is output without switching the optical signal train 41, and the optical output 49 is output when the optical signal train 41 is switched and the traveling direction changes by 90 °. The control optical signal 42 is filtered by the wavelength filter 45 and separated and output from the optical signal train 41 as control light 47.

また、N.J.Doranらによる、オプティクス・レターズ
(1988)の第19巻、『ノンリニア・オプティカル・ルー
プ・ミラー』(N.J.Doran et.al:“Nonlinear−optical
loop mirror",Optics Letters,vol.13,no,1,pp.56−5
8,1988)に報告されているような、光ファイバ・ループ
中の光カー効果による時計回り光、反時計回り光の自己
位相変調の差を利用した手段が提案されている。
Also, NJDoran et al., Optics Letters (1988), Volume 19, “Nonlinear Optical Loop Mirror” (NJDoran et.al: “Nonlinear-optical
loop mirror ", Optics Letters, vol.13, no, 1, pp.56-5
8, 1988) has been proposed which utilizes the difference in self-phase modulation between clockwise and counterclockwise light due to the optical Kerr effect in an optical fiber loop.

この構成を第5図(a)に示す。光カップラ51の2つ
の出力ポート54,55は光ファイバ56で互いに接続され、
ループ・ミラー型干渉計を形成している。光カップラ51
の分岐比αは1/2以外の値に設定する。光入力57を第1
の入力ポート52に入力すると、光入力57はカップラ51
で、1−α対αに分岐され互いに逆回りに光ループを伝
播する。カップラの分岐比αは1/2からずれているの
で、時計回り光と反時計回り光では光カー効果による自
己位相変調の大きさに差が生じる。光入力57の電界の振
幅をEIN,波長をλとし、光ファイバの非線形光学定数を
n,ループ長をL,真空中の光速をcとすると、ループを丁
度ひとまわりしたときの、時計回り光の電界の振幅ECW,
反時計回り光の電界の振幅ECCWはそれぞれ、次式で表さ
れる。
This configuration is shown in FIG. The two output ports 54 and 55 of the optical coupler 51 are connected to each other by an optical fiber 56,
It forms a loop mirror interferometer. Optical coupler 51
Is set to a value other than 1/2. Optical input 57 first
Input to the input port 52 of the
Then, the light is branched into 1-α to α, and propagates in the optical loop in the opposite direction to each other. Since the branching ratio α of the coupler deviates from 1/2, there is a difference between the clockwise light and the counterclockwise light in the magnitude of the self-phase modulation due to the optical Kerr effect. The electric field amplitude of the optical input 57 is E IN , the wavelength is λ, and the nonlinear optical constant of the optical fiber is
Assuming that n, the loop length is L, and the speed of light in vacuum is c, the amplitude E CW ,
The amplitude E CCW of the electric field of the counterclockwise light is represented by the following equation.

ECW=α1/2EINexp(iα|EIN|22πn2L/λ) (1) ECCW=(1−α)1/2EINexp(i(1−α)|EIN|22πn2L/λ) (2) となり、両者の間には位相差φ、 φ=(1−2α)|EIN|22πn2L/λ (3) が生じる。光出力59の電界振幅EOUTは、 EOUT=α2ECW−(1−α)2ECCW (4) であるので、ポート53から出力される光出力59のパワー
POUTは、本質的でない比例定数をのぞいて、次式とな
る。
E CW = α 1/2 E IN exp (iα | E IN | 2 2πn 2 L / λ) (1) E CCW = (1-α) 1/2 E IN exp (i (1-α) | E IN | 2 2πn 2 L / λ) (2) next, between the two phase differences φ, φ = (1-2α) | E iN | 2 2πn 2 L / λ (3) occurs. Since the electric field amplitude E OUT of the optical output 59 is E OUT = α 2 E CW − (1−α) 2 E CCW (4), the power of the optical output 59 output from the port 53
P OUT is given by the following equation except for a non-essential proportional constant.

POUT=EOUT 2 =|EIN|2(1−2α(1−α)(1+cos(φ))
(5) (3)式に示すように、φは|EIN|2に比例するのでP
OUTは|EIN|2に従って、第5図(b)に分岐比αをパラ
メータにして示すように変化する。従って、入力光パワ
ー|EIN|2によって、POUTの大きさをコントロール(スイ
ッチング)できる。またスイッチングによりポート52か
ら光出力58が出力される。
P OUT = E OUT 2 = | E IN | 2 (1-2α (1-α) (1 + cos (φ))
(5) (3) As shown in equation, phi is | E IN | is proportional to 2 P
OUT changes in accordance with | E IN | 2 as shown in FIG. 5B with the branching ratio α as a parameter. Therefore, the magnitude of P OUT can be controlled (switched) by the input optical power | E IN | 2 . The optical output 58 is output from the port 52 by the switching.

<発明が解決しようとする課題> しかし、第1の従来例(第4図)のように、複屈折の
温度特性を完全に補償するのは実際問題として非常に難
しく、残余の温度変動による偏波の回転、従ってスイッ
チング動作点の変動は避けがたい。また、この方法は温
度変動はファイバ全長に対して均一であるという仮定の
もとに有効であるが、実際には温度変動は均一ではあり
えない。さらに温度変動以外の外乱、例えば機械的な振
動、圧力には無策である。低入力パワー動作にはファイ
バ長の増加が有効であるが、外乱の影響はファイバ長が
長くなるほど顕著になるので、むやみにファイバ長を長
くすることができない。
<Problems to be Solved by the Invention> However, as in the first conventional example (FIG. 4), it is very difficult as a practical problem to completely compensate for the temperature characteristics of birefringence. Rotation of the waves and thus fluctuations of the switching operating point are inevitable. Although this method is effective under the assumption that the temperature fluctuation is uniform over the entire length of the fiber, the temperature fluctuation cannot be uniform in practice. Furthermore, it is insensitive to disturbances other than temperature fluctuations, for example, mechanical vibration and pressure. An increase in the fiber length is effective for the low input power operation, but the influence of disturbance becomes more remarkable as the fiber length increases, so that the fiber length cannot be unnecessarily increased.

これに対して第2の従来例(第5図)では同一光路を
互いに逆方向に進む光の間の干渉を利用しているので、
光ループが作る平面内の回転以外の外乱の影響を受け
ず、安定な動作が期待できる。しかし、カップラ51の分
岐比が1/2ではないことから、完全なスイッチング(入
力パワーがすべて第2の入力ポート53に出力して、消光
比が無限大となる状態)は原理的にあり得ない。また|E
OUT|2/|EIN|2が1となる最小の|EIN|2は、φ=πの条件
から、 |EIN|2=λ/2(1−2α)n2L (6) となるから、|EOUT|2の消光比を大きくするため、αを1
/2に近づけると、スイッチングに必要な入力光パワー|E
IN|2は大きくなってしまう(第5図(b)参照)。
On the other hand, in the second conventional example (FIG. 5), the interference between lights traveling in the same optical path in opposite directions is used.
Stable operation can be expected without being affected by disturbances other than rotation in the plane created by the optical loop. However, since the branching ratio of the coupler 51 is not 1/2, complete switching (a state in which the input power is all output to the second input port 53 and the extinction ratio becomes infinite) is possible in principle. Absent. Also | E
OUT | 2 / | E IN | 2 is the minimum | E IN | 2 from the condition of φ = π, | E IN | 2 = λ / 2 (1-2α) n 2 L (6) since made, | E OUT | for 2 extinction ratio is increased, the alpha 1
/ 2, the input optical power required for switching | E
IN | 2 becomes large (see FIG. 5 (b)).

本発明は以上の点を解決し、温度、機械的振動や、そ
の他の外乱の影響を受けずに、低入力パワーで完全なス
イッチングを行う、超高速光スイッチとなる光カー・ス
イッチを提供することを目的としている。
The present invention solves the above problems and provides an optical Kerr switch that is an ultra-high-speed optical switch that performs complete switching at low input power without being affected by temperature, mechanical vibration, and other disturbances. It is intended to be.

<課題を解決するための手段> 本発明の光カー・スイッチは、制御光に対しては分岐
比が1対0、あるいは0対1、信号光に対しては分岐比
が1対1である、2入力ポート2出力ポートの光カップ
ラにおいて、上記2つの出力ポートが、光カー媒質で接
続され、光ループを形成しており、上記2つの入力ポー
トに制御光、および信号光を入力することを特徴とす
る。しかも前記光カー媒質を伝搬する際の信号光と制御
光との群速度がほぼ等しいことを特徴とする。なお、信
号光は情報を有しており、制御光は信号光をスイッチン
グするために用いられる。
<Means for Solving the Problems> The optical car switch of the present invention has a branching ratio of 1 to 0 or 0 to 1 for control light, and a 1 to 1 for signal light. In the optical coupler having two input ports and two output ports, the two output ports are connected by an optical Kerr medium to form an optical loop, and control light and signal light are input to the two input ports. It is characterized by. Moreover, the group velocities of the signal light and the control light when propagating through the optical Kerr medium are substantially equal. Note that the signal light has information, and the control light is used for switching the signal light.

<作用> 制御光に対する光カップラの分岐比は1対0、あるい
は0対1であるので、制御光パルスは、信号光パルスが
光カップラで分岐した時計回り光、反時計回り光のう
ち、一方の光に対しては等速度で進み、常に相互位相変
調を与え続けるが、他方の光に対しては、瞬間的にすれ
ちがうだけなので、ほとんど影響を与えない。従って、
両者の間には(7)式で示される位相差Δφが生じる。
<Operation> Since the branching ratio of the optical coupler to the control light is 1: 0 or 0: 1, the control light pulse is one of clockwise light and counterclockwise light in which the signal light pulse is branched by the optical coupler. This light travels at the same speed and continues to provide cross-phase modulation at all times, but has little effect on the other light because it only passes instantaneously. Therefore,
A phase difference Δφ expressed by equation (7) is generated between the two.

Δφ=4πn2|EPMP|2L/λ (7) ここで、n2は非線形カー定数、EPMPは制御光電界振
幅、Lは光ループの長さ、λは制御の光の波長である。
これに対して、信号光に対する光カップラの分岐比は1
対1であるので、光カップラで分岐した時計回り光、反
時計回り光は等しい振幅を持ち、従って信号光の内、入
射した入力ポートから出力される光パワーをP01(電界
振幅E01)、もう一方の入力ポートから出力される光パ
ワーをP02(電界振幅E02)、とすると、 P01=|E01|2=|EPRB|2(1+cosΔφ)/2 (8) P02=|E02|2=|EPRB|2(1−cosΔφ)/2 (9) となり、位相差Δφがπ+2nπ(nは整数)のとき、信
号光パルスは全て、入射した入力ポートではなくもう一
つの入力ポートに出力され、完全なスイッチングが実現
される。
Δφ = 4πn 2 | E PMP | 2 L / λ (7) where n 2 is a nonlinear Kerr constant, E PMP is a control optical electric field amplitude, L is an optical loop length, and λ is a wavelength of control light. .
On the other hand, the branching ratio of the optical coupler to the signal light is 1
Since the ratio is one, the clockwise light and the counterclockwise light branched by the optical coupler have the same amplitude. Therefore, of the signal light, the optical power output from the input port to which the light enters is represented by P 01 (electric field amplitude E 01 ). If the optical power output from the other input port is P 02 (electric field amplitude E 02 ), then P 01 = | E 01 | 2 = | E PRB | 2 (1 + cosΔφ) / 2 (8) P 02 = | E 02 | 2 = | E PRB | 2 (1−cosΔφ) / 2 (9), and when the phase difference Δφ is π + 2nπ (n is an integer), all of the signal light pulses are output from the input port instead of the input port. Output to two input ports to achieve full switching.

|E01|2/|EPRB|2が1となる最小の|EPRB|2は、Δφ=π
の条件から、 |EPRB|2=λ/4n2L (10) となるから、第2の従来例の場合の1/2(1−2α)の
パワーで完全なスイッチングが可能である。
| E 01 | 2 / | E PRB | 2 is 1 and becomes minimum | E PRB | 2 is, [Delta] [phi = [pi
| E PRB | 2 = λ / 4n 2 L (10) from the condition (1), complete switching is possible with half (1-2α) power of the second conventional example.

カップラで2つに分岐された光は全く同一の光路を
(互いに逆向きに)通るので、制御光以外の外乱は等し
く両者の位相を変化させるだけであり、スイッチングに
影響を与えない。またこのため、光カー媒質の長さを長
くすることができるので、(1)式から低パワー動作が
可能となる。本来スイッチは光カー効果を利用している
ためフェムト(10-5)秒領域でのスイッチング動作が可
能である。
Since the light branched into two by the coupler passes through exactly the same optical path (opposite to each other), disturbances other than the control light only change the phases of the two, and do not affect the switching. In addition, since the length of the optical Kerr medium can be increased, low power operation can be performed from the equation (1). Since the switch originally uses the optical Kerr effect, a switching operation in a femto (10 −5 ) second region is possible.

<実 施 例> 以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

第1図(a)は本発明の一実施例を示す。同図に示す
ように光カップラ106は2つの入力ポート106a,106b及び
2つの出力ポート106c,106dを有している。光ファイバ1
10は、光カップラ106の2つの出力ポート106c,106dを光
学的に接続している。この光ファイバ110は、光カー媒
質として作用し、低損失でコア部に光を閉じ込めること
により高パワー密度を実現できる。前記光カップラ106
は、第1図(b)に示すように、制御光波長118に対し
ては分岐比が0対1、信号光波長119に対しては分岐比
が1対1となる波長特性を有している。具体例を説明す
ると、制御光パルス102が入力ポート106bに入力される
と制御光パルス102のほとんどを出力ポート106dから出
力するとともに、信号光パルス101が入力ポート106aに
入力されると信号光パルス101をほぼ均等に分けて2つ
の出力ポート106c,106dから出力する特性を有する。
FIG. 1A shows an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the optical coupler 106 has two input ports 106a and 106b and two output ports 106c and 106d. Optical fiber 1
Reference numeral 10 optically connects the two output ports 106c and 106d of the optical coupler 106. The optical fiber 110 functions as an optical Kerr medium, and can achieve high power density by confining light to the core with low loss. The optical coupler 106
As shown in FIG. 1B, the wavelength characteristic has a branching ratio of 0: 1 for the control light wavelength 118 and a 1: 1 branching ratio for the signal light wavelength 119. I have. More specifically, when the control light pulse 102 is input to the input port 106b, most of the control light pulse 102 is output from the output port 106d, and when the signal light pulse 101 is input to the input port 106a, the signal light pulse is output. There is a characteristic that 101 is almost equally divided and output from the two output ports 106c and 106d.

更に本実施例では、光カップラ107,109、制御光入力
ポート113、信号光入出力ポート114、信号光出力ポート
115、制御光出力ポート116を設けている。また、光カッ
プラ107,109として、第1図(c)のように制御光波長1
18に対しては分岐比0対1、信号光波長119に対しては
分岐比1対0なる波長特性をもつものを使用する。よっ
て制御光入力ポート113から入力された制御光パルス102
は、光カップラ109,106を分岐することなく通過し、光
ファイバ110でなるループを反時計回りに伝播したの
ち、同様に光カップラ106,107を分岐しないで通過し、
制御光出力ポート116から制御光パルス105として出力さ
れる。これに対し、信号光パルス101は、光カップラ107
を通過したのち、光カップラ106で反時計回り光111と時
計回り光112の2つに分けられ、互いに逆回りに伝播
し、再び光カップラ106で合流する。
Further, in the present embodiment, the optical couplers 107 and 109, the control light input port 113, the signal light input / output port 114, and the signal light output port
115 and a control light output port 116 are provided. As shown in FIG. 1 (c), the control light wavelength
A wavelength characteristic having a branching ratio of 0 to 1 for 18 and a branching ratio of 1 to 0 for the signal light wavelength 119 is used. Therefore, the control light pulse 102 input from the control light input port 113
Passes through the optical couplers 109 and 106 without branching, propagates counterclockwise through the loop formed by the optical fiber 110, and similarly passes through the optical couplers 106 and 107 without branching,
It is output as a control light pulse 105 from the control light output port 116. On the other hand, the signal light pulse 101 is
After being passed through the optical coupler 106, the light is divided into two, a counterclockwise light 111 and a clockwise light 112, by the optical coupler 106, propagating in the opposite directions, and merging again with the optical coupler 106.

まず制御光パルス102がない場合を考えると、反時計
回り光111と時計回り光112の間には位相差はゼロである
から、信号光パルス101はすべて信号光入出力ポート114
からスイッチングされない信号光パルス103として出力
される。つぎに制御光パルス102が存在し、これが信号
光パルス101の1つに時間的に完全に重なっている場合
を考えると、この場合は光ファイバ110でなる光ループ
を反時計回りに伝播する反時計回り光(信号光)111の
うち、制御光パルス102と重なるパルスは、光ループ伝
播中常に制御光パルス102により位相変調を受ける。と
ころが、光ループを時計回りに伝播する時計回り光(信
号光)112は瞬間的に制御光パルス102とすれちがうだけ
で、位相変調は受けない。この様子を第2図に示す。
First, considering the case where there is no control light pulse 102, since the phase difference between the counterclockwise light 111 and the clockwise light 112 is zero, all the signal light pulses 101
Is output as a non-switched signal light pulse 103. Next, considering the case where a control light pulse 102 exists and completely overlaps with one of the signal light pulses 101 in time, in this case, the control light pulse 102 propagates counterclockwise through the optical loop composed of the optical fiber 110. Of the clockwise light (signal light) 111, a pulse overlapping with the control light pulse 102 is always subjected to phase modulation by the control light pulse 102 during propagation in the optical loop. However, clockwise light (signal light) 112 that propagates clockwise in the optical loop only instantaneously passes the control light pulse 102, and does not receive phase modulation. This is shown in FIG.

従って両者の間には、(7)式で表される位相差Δφ
が生じ、制御光パルス102のパワーが、Δφ=π+2nπ
(nは整数)をみたすとき、信号光パルス101はすべて
信号光出力ポート115からスイッチングされた信号光104
として出力される。このようにして、制御光パルス102
のある、なしによって、信号光パルス101はポート114と
ポート115にスイッチされて出力される。
Therefore, there is a phase difference Δφ expressed by equation (7) between the two.
Occurs, and the power of the control light pulse 102 becomes Δφ = π + 2nπ
When (n is an integer), the signal light pulses 101 are all switched from the signal light output port 115 to the signal light 104.
Is output as In this way, the control light pulse 102
Depending on the presence or absence, the signal light pulse 101 is switched to the port 114 and the port 115 and output.

光カー効果による相互位相変調の大きさは制御光パル
ス102と信号光パルス101の偏波状態に強く依存するた
め、両者の偏波状態を一定に保つためには偏波保持ファ
イバを用いることが有効である。また本実施例では、信
号光と制御光の群速度がほぼ一致するように、信号光10
1の波長、制御光102の波長、光カー媒質(光ファイバ11
0)の零分散波長を設定しており、このようにすること
により、分散によるスイッチング窓幅の劣化を抑えるこ
とができる。
Since the magnitude of the cross-phase modulation due to the optical Kerr effect strongly depends on the polarization state of the control light pulse 102 and the signal light pulse 101, it is necessary to use a polarization maintaining fiber in order to keep both polarization states constant. It is valid. Further, in this embodiment, the signal light 10 is controlled so that the group velocities of the signal light and the control light substantially match.
1 wavelength, control light 102 wavelength, optical Kerr medium (optical fiber 11
The zero-dispersion wavelength of 0) is set, and by doing so, the degradation of the switching window width due to dispersion can be suppressed.

また、上で述べた実施例では信号光と制御光のカップ
ラにおける分岐特性に違い持たせるのに、カップラの分
岐比の波長特性を利用したが、分岐比に偏波依存性があ
るカップラを用いて、直交する2つの偏波のうち一方の
偏波を信号光に使い、他方を制御光に使っても良い。
Further, in the above-described embodiment, the wavelength characteristic of the branch ratio of the coupler is used to make the branch characteristics of the signal light and the control light different in the coupler, but a coupler having a polarization dependence in the branch ratio is used. Thus, one of the two orthogonal polarizations may be used for signal light and the other may be used for control light.

信号光と制御光の波長が異なる場合、両者の群速度の
違いにより、ファイバ伝播中に両者の重なりが次第にず
れ(ウォーク・オフ)、相互位相変調が有効にかからな
くなる。このような場合はファイバ長を長くしても、ス
イッチングに必要なパワーの低下にはつながらない。従
って、信号光と制御光の波長で両者の群速度が等しいこ
とが望ましい。このためには、第3図に示すように、零
分散波長の両側に信号光と制御光が配置するように分散
シフトファイバを設計すればよい。
When the wavelengths of the signal light and the control light are different, the overlap between the two gradually shifts (walk-off) during fiber propagation due to the difference in the group velocities of the two, and the cross-phase modulation is not effectively performed. In such a case, even if the fiber length is increased, the power required for switching is not reduced. Therefore, it is desirable that the group velocities of both the signal light and the control light are equal at the wavelength. For this purpose, as shown in FIG. 3, the dispersion shift fiber may be designed so that the signal light and the control light are arranged on both sides of the zero dispersion wavelength.

<発明の効果> 以上説明したことから明らかなように、本発明によれ
ば、制御光に対しては分岐比1対0、あるいは0対1、
信号光に対しては分岐比1対1である、2入力ポート2
出力ポートの光カップラの2つの出力を、光カー媒質で
接続し、光ループとし、ループ・ミラー型の光カー・ス
イッチを構成することで、温度、機械的振動や、その他
の外乱の影響を受けずに、低入力パワーで、フェムト秒
領域で完全なスイッチングを行う、超高速光スイッチを
えることができるという効果がある。信号光と制御光の
波長で両者の群速度が等しいようなファイバを用いれ
ば、ウォーク・オフから解放され、ファイバ長を長くし
て一層の低入力パワー化がはかれる。
<Effects of the Invention> As is apparent from the above description, according to the present invention, the control light has a branching ratio of 1 to 0 or 0 to 1,
2 input ports 2 with a 1: 1 split ratio for signal light
The two outputs of the optical coupler at the output port are connected with an optical Kerr medium to form an optical loop, and a loop mirror type optical Kerr switch is configured to reduce the effects of temperature, mechanical vibration, and other disturbances. There is an effect that it is possible to obtain an ultra-high-speed optical switch that performs complete switching in a femtosecond region with low input power without receiving the same. If a fiber is used in which the group velocities of the signal light and the control light are equal to each other at the wavelength, the walk-off is released, and the fiber length is increased to further reduce the input power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)は本発明の一実施例に係る光カー・スイッ
チを示す構成図、第1図(b)はスイッチングをする光
カップラの分岐比特性を示す特性図、第1図(c)は光
のガイドをする光カップラの分岐比特性を示す特性図、
第2図は時計回り信号光,反時計回り信号光と制御光と
の関係を示す特性図、第3図は信号光と制御光の群速度
が等しいファイバの分散特性を示す特性図、第4図は第
1の従来例を示す構成図、第5図(a)は第2の従来例
を示す構成図、第5図(b)は第2の従来例の特性を示
す特性図である。 図面中 101は信号光、 102,105は制御光パルス、 103はスイッチングされない制御光パルス、 104はスイッチングされた制御光パルス、 106,107,109は光カップラ、 110は光ファイバ、 111は反時計回り信号光、 112は時計回り信号光、 106a,106bは入力ポート、 106c,106dは出力ポートである。
FIG. 1A is a configuration diagram showing an optical car switch according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a characteristic diagram showing a branching ratio characteristic of a switching optical coupler, and FIG. ) Is a characteristic diagram showing a branching ratio characteristic of an optical coupler that guides light,
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between clockwise signal light, counterclockwise signal light and control light, FIG. 3 is a characteristic diagram showing dispersion characteristics of fibers having the same group velocity of signal light and control light, and FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing a first conventional example, FIG. 5 (a) is a configuration diagram showing a second conventional example, and FIG. 5 (b) is a characteristic diagram showing characteristics of the second conventional example. In the drawing, 101 is a signal light, 102 and 105 are control light pulses, 103 is a non-switched control light pulse, 104 is a switched control light pulse, 106, 107 and 109 are optical couplers, 110 is an optical fiber, 111 is a counterclockwise signal light, and 112 is Clockwise signal light, 106a and 106b are input ports, and 106c and 106d are output ports.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2つの入力ポート及び2つの出力ポートを
有し、いずれか1つの入力ポートには情報を示す信号光
が入力されるとともにいずれか1つの入力ポートには信
号光をスイッチングするための制御光が入力され、しか
も入力された信号光をほぼ均等に分けて2つの出力ポー
トから出力するとともに入力された制御光のほとんどを
一方の出力ポートから出力する特性を有する光カップラ
と、 光カップラの2つの出力ポートを光学的に接続する光カ
ー媒質とを有し、 前記光カー媒質を伝搬する際の信号光と制御光との群速
度がほぼ等しいことを特徴とする光カー・スイッチ。
An input port has two input ports and two output ports. A signal light indicating information is input to one of the input ports, and the signal light is switched to one of the input ports. An optical coupler having a characteristic that the control light is input, and the input signal light is almost equally divided and output from two output ports, and most of the input control light is output from one output port; An optical Kerr medium optically connecting two output ports of the coupler, wherein the group velocities of the signal light and the control light when propagating through the optical Kerr medium are substantially equal. .
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