JP5162889B2 - 光スイッチ、光波形測定装置および制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、非線形媒質中で発生する非線形光学効果を用いた光スイッチ、光波形測定装置および光スイッチの制御方法に関する。

近年の光ファイバ通信の大容量化によって、伝送システムのビットレートは４０Ｇｂ／ｓに達し、次世代システムの研究では、１波長あたり１６０Ｇｂ／ｓ以上の光信号を伝送する研究開発が行われている。こうした伝送システムの研究開発には、信号光の品質を監視・評価するため、信号光の波形を測定する光波形測定装置（サンプリング・オシロスコープ）が必須となる。

光波形測定装置によって信号光の波形を測定するためには、信号光を適当にサンプリングするスイッチが用いられる。従来の光波形測定装置では、まず光信号を光電変換器によって光電変換し、変換した電気信号を電子回路によって、電気的にサンプリングを行い、光波形の測定を行ってきた。

このような従来の光波形測定装置では、光電変換器以降、すべて電気回路により信号処理されているため、その性能は、電気信号処理速度（帯域）により制限される。たとえば、電気回路が４０ＧＨｚの電気信号処理速度（帯域）を有していた場合、４０Ｇｂ／ｓ以上の信号光をスイッチングすると、４０ＧＨｚを超える帯域の信号光を正確にスイッチングすることができない。

これに対して、非線形媒質中で発生する非線形光学効果を用いて、光信号を別の光信号で制御して信号処理を行う光信号処理技術がある（たとえば、下記特許文献１参照。）。
この非線形光学効果の応答速度はフェムト秒程度と言われており、この効果を応用した光スィッチの信号処理速度は、上記の電気信号の処理速度を大幅に上回る。この光スイッチを光波形測定装置に応用すれば、Ｔｂ／ｓの信号光をも観測可能な光波形波形測定装置を実現することが可能である。

図８は、従来の光スイッチの構成を示すブロック図である。図８に示すように、従来の光スイッチ８００は、偏光調節器８０１ａと、偏光調節器８０１ｂと、光カプラ８０２と、高非線形ファイバ８０３と、偏光子８０４と、光バンドパスフィルタ８０５と、を備えている。偏光調節器８０１ａは、入力した信号光の偏光方向を、偏光子８０４の通過軸に対して９０°傾いた偏光方向に調節する。

偏光調節器８０１ｂは、入力したサンプリングパルスの偏光方向を、偏光子８０４の通過軸に対しておよそ４５°傾いた偏光方向に調節する。光カプラ８０２は、偏光調節器８０１ａおよび偏光調節器８０１ｂによってそれぞれ偏光方向を調節された信号光およびサンプリングパルスを合波する。高非線形ファイバ８０３は、光カプラ８０２によって合波された信号光およびサンプリングパルスを通過させ、信号光およびサンプリングパルスの強度相関信号を発生させる。

信号光は、高非線形ファイバ中の非線形光学効果によって偏光方向が回転し、サンプリングパルスの偏光方向に近づいた偏光方向で出力される。偏光子８０４は、信号光およびサンプリングパルスの、あらかじめ定められた方向の通過軸を有し、通過軸と平行な偏光方向の偏光成分のみを通過させる。光バンドパスフィルタ８０５は、偏光子８０４を通過した信号光およびサンプリングパルスの偏光成分のうち、信号光の偏光成分のみを通過させて出力する。

このような構成によって、サンプリングパルスを高非線形ファイバ８０３に入力するタイミングを制御することで、信号光のスイッチングを行う。また、この光スイッチ８００を光波形測定装置に適用する場合、この光スイッチ８００から出力される信号光をフォトディテクタで光電変換し、変換した電気信号の波形を表示することで、信号光の波形を測定する。

特開２００６−１８４８５１号公報

しかしながら、上述した従来技術では、信号光を安定して正確にスイッチするためには、偏光状態がそれぞれ安定した信号光およびサンプリングパルスが入力されることが前提となる。このため、長距離の光ファイバを伝播するなどして偏光状態が揺らいだ状態の信号光を正確にスイッチできないという問題がある。また、信号光を正確にスイッチできないため、信号光の波形を正確に測定することができないという問題がある。

これに対して、偏光調節器８０１ａによって偏光方向を調節された信号光の偏光状態を監視し、監視結果に基づいて信号光の偏光方向の調節をフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、温度の変動や振動などの外部環境の変化によって、光スイッチ８００内部において信号光の偏光状態の揺らぎが発生し、偏光子８０４を通過する際の信号光の正確な偏光状態を監視できない場合がある。この場合、信号光の偏光方向を適切に調節することができず、信号光を正確にスイッチできないという問題がある。

この発明は、上述した問題点を解消するものであり、入力される信号光およびサンプリングパルスの偏光状態にかかわらず、信号光を安定してスイッチできる光スイッチと、信号光の波形を安定して正確に測定することができる光波形測定装置および制御方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる光スイッチは、信号光と、当該信号光とは波長の異なる制御光と、が入力される入力手段と、前記信号光と前記制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された信号光および制御光を合波する合波手段と、前記合波手段によって合波された信号光および制御光を通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、前記非線形媒質を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視するとともに、当該信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出する監視抽出手段と、前記監視抽出手段によって監視された偏光状態に基づいて、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御手段と、前記監視抽出手段によって抽出された偏光成分を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、非線形媒質を通過した信号光および制御光の偏光状態を監視し、監視した偏光状態に基づいて偏光調節手段をフィードバック制御するため、信号光および制御光の偏光状態に応じて適切な偏光調節を行うことができる。

また、この発明にかかる光波形測定装置は、本発明にかかる光スイッチと、前記出力手段によって出力された信号光を電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電気信号の波形を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、信号光および制御光の偏光状態に応じて適切な偏光調節を行うことができる光スイッチによってサンプリングされた波形を表示することができる。

また、この発明にかかる制御方法は、入力した信号光と制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された前記信号光および制御光を合波して通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、前記非線形媒質を通過した信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出して出力する出力手段と、を備える光スイッチの制御方法であって、前記制御光のみを入力し、前記非線形媒質を通過した制御光の偏光状態を監視する制御光監視工程と、前記制御光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記制御光が、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御光調節工程と、前記信号光を入力し、前記非線形媒質を通過した制御光を遮断して、前記非線形媒質を通過した信号光の偏光状態を監視する信号光監視工程と、前記信号光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記信号光が、前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する信号光調節工程と、を含むことを特徴とする。

上記方法によれば、まず制御光の偏光状態のみを監視して制御光の偏光方向を調節した後、信号光の偏光状態のみを監視して信号光の偏光方向を調節し、信号光のスイッチングを開始することができる。

以上説明したように、この発明によれば、入力される信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、信号光を安定して正確にスイッチし、信号光の波形を安定して正確に測定することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光スイッチ、光波形測定装置および制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる光スイッチの構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態にかかる光スイッチ１００は、信号光入力部１０１ａと、制御光入力部１０１ｂと、偏光調節部１０２ａと、偏光調節部１０２ｂと、合波部１０３と、非線形媒質１０４と、監視抽出部１０５と、分波部１０６と、入力検出部１０７と、遮断部１０８と、制御部１０９と、駆動部１１０と、駆動部１１１ａと、駆動部１１１ｂと、メモリ１１２と、信号光出力部１１３と、を備える。

信号光入力部１０１ａは、信号光を入力し、偏光調節部１０２ａへ出力する。信号光は、光スイッチ１００によって出力がＯＮ／ＯＦＦされる被スイッチ信号光である。光スイッチ１００を光波形測定装置に適用する場合、信号光は、光波形測定装置によって波形を測定される被測定信号光である。

制御光入力部１０１ｂは、所定の時間間隔の制御光を入力し、偏光調節部１０２ｂへ出力する。制御光は、光スイッチ１００からの信号光の出力をＯＮにするタイミングで入力されるパルス光である。光スイッチ１００を光波形測定装置に適用する場合、制御光は、信号光をサンプリングするタイミングで入力されるサンプリングパルスである。また、制御光の波長は、信号光とは波長が異なる波長であり、たとえば、非線形媒質１０４の平均零分散波長である。

偏光調節部１０２ａは、信号光入力部１０１ａから出力された信号光の偏光方向を一定の偏光方向に調節し、合波部１０３へ出力する。偏光調節部１０２ｂは、制御光入力部１０１ｂから出力された制御光の偏光方向を一定の偏光方向に調節し、合波部１０３へ出力する。偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂは、それぞれ駆動部１１１ａおよび駆動部１１１ｂによって駆動されることで信号光の偏光方向を調節する。偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂは、波長板や、光ファイバ応力印加型の偏光調整器などによって構成される。

合波部１０３は、偏光調節部１０２ａから出力された信号光と、偏光調節部１０２ｂから出力された制御光と、を合波して非線形媒質１０４へ出力する。ここでは、合波部１０３は、光カプラによって構成されている。なお、信号光と制御光とは波長が異なるため、信号光と制御光とを合波しても互いに干渉せず、多重化した状態とすることができる。

非線形媒質１０４は、合波部１０３から出力された信号光および制御光を通過させ、信号光および制御光の強度相関信号を発生させる。強度相関信号とは、時間的に信号光と制御光とが重なった部分の相関信号であり、信号光の強度に比例した強度で出力される。また、信号光は、強度相関信号が発生することによって制御光の偏光方向に近づいた偏光方向で出力される。非線形媒質１０４は、たとえば高非線形ファイバによって構成される。

監視抽出部１０５は、非線形媒質１０４を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視する。ここでは、監視抽出部１０５は、信号光および制御光の各種偏光成分の強度情報を取得して、取得したそれぞれの強度情報を制御部１０９へ出力する。信号光および制御光の各種偏光成分の強度情報とは、後述するストークスパラメータを算出するために必要な情報である。

また、監視抽出部１０５は、非線形媒質１０４を通過した信号光の、所定の偏光方向（以下「偏光方向ｘ」とする）と平行な偏光角度の偏光成分を抽出して信号光出力部１１３へ出力する。具体的には、監視抽出部１０５は、偏光方向ｘの偏光成分のみを通過させる偏光子を備えることで、偏光方向ｘと平行な偏光角度の偏光成分を抽出する。偏光方向ｘは、この偏光子が光を通過させる通過軸の角度によって決まる。

分波部１０６は、信号光入力部１０１ａから偏光調節部１０２ａへ出力される信号光の一部を分波し、入力検出部１０７へ出力する。分波部１０６は、ここでは、光カプラによって構成されている。入力検出部１０７は、分波部１０６から出力される信号光に基づいて、信号光入力部１０１ａに対する信号光の入力を検出し、検出結果を制御部１０９へ出力する。

遮断部１０８は、非線形媒質１０４を通過して監視抽出部１０５へ出力される信号光および制御光のうち、信号光のみを通過させる。具体的には、遮断部１０８は、たとえば信号光の波長の光だけを通過させるバンドパスフィルタや、制御光の波長の光だけを遮断するバンドリジェクションフィルタによって構成される。

また、遮断部１０８は、制御部１０９による制御によって制御光を遮断したり通過させたりする。具体的には、遮断部１０８は、制御部１０９による制御によって、非線形媒質１０４を通過して監視抽出部１０５へ出力される信号光および制御光が入射する位置と入射しない位置とに変位することで、制御光を遮断したり通過させたりする。

制御部１０９は、監視抽出部１０５によって監視された監視状態に基づいて、偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂを制御する。ここで、監視抽出部１０５によって監視された監視状態とは、監視抽出部１０５から出力された、信号光および制御光の各種偏光成分の強度情報である。

具体的には、制御部１０９は、信号光および制御光の各種偏光成分の強度情報に基づいてストークスパラメータを算出する。制御部１０９は、算出した信号光のストークスパラメータに基づいて、駆動部１１１ａを介して、信号光が偏光方向ｘに対して９０°（８５°〜９５°程度も含む。以下同様。）傾いた偏光方向となるように偏光調節部１０２ａを制御する。また、制御部１０９は、算出した制御光のストークスパラメータに基づいて、駆動部１１１ｂを介して、制御光が偏光方向ｘに対して４５°（４０°〜５０°程度も含む。以下同様。）傾いた偏光方向となるように偏光調節部１０２ｂを制御する。

また、制御部１０９は、入力検出部１０７から出力される検出結果に基づいて、信号光入力部１０１ａに対して信号光が入力されていない場合に、制御光を通過させるように遮断部１０８を制御し、制御光が偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向となるように偏光調節部１０２ｂを制御する。

また、制御部１０９は、入力検出部１０７から出力される検出結果に基づいて、信号光入力部１０１ａに対して信号光が入力されている場合に、制御光を遮断するように遮断部１０８を制御し、信号光が偏光方向ｘに対して９０°傾いた偏光方向となるように偏光調節部１０２ａを制御する。

駆動部１１０は、制御部１０９の制御によって、遮断部１０８を、非線形媒質１０４を通過して監視抽出部１０５へ出力される信号光および制御光が入射する位置、または入射しない位置に変位させる。具体的には、駆動部１１０は、制御部１０９の制御によって、遮断部１０８を信号光および制御光の光路上に挿入し、または光路上から抜き出す。

駆動部１１１ａおよび駆動部１１１ｂは、制御部１０９の制御によって、それぞれ偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂを駆動して信号光および制御光の偏光方向を一定の偏光方向に調節する。たとえば、偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂが波長板によって構成されている場合、波長板の結晶方位を変化させることによって信号光および制御光の偏光方向を調節する。また、偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂが光ファイバ応力印加型の偏光調整器によって構成されている場合、偏光調整器に対する応力を変化させることによって信号光および制御光の偏光方向を調節する。

メモリ１１２は、制御部１０９によって偏光調節部１０２ａまたは偏光調節部１０２ｂが制御されたときの駆動部１１１ａまたは駆動部１１１ｂの駆動条件（制御条件）を保存する。制御部１０９は、偏光調節部１０２ａまたは偏光調節部１０２ｂを制御した場合に駆動条件をメモリ１１２に順次保存する。

また、制御部１０９は、保存した最新の駆動条件に基づいて偏光調節部１０２ａまたは偏光調節部１０２ｂを再度駆動し、偏光調節部１０２ａまたは偏光調節部１０２ｂを制御する。信号光出力部１１３は、監視抽出部１０５によって抽出されて出力された信号光の偏光成分を、スイッチされた信号光として出力する。

なお、ここでは光スイッチ１００が制御光入力部１０１ｂを備え、制御光を外部から入力することとしたが、光スイッチ１００が制御光を発生させる発生部を備えていてもよい。また、光スイッチ１００に入力される信号光の波長は様々であるため、遮断部１０８は、制御光の波長の光だけを遮断するバンドリジェクションフィルタによって構成されていることが望ましい。これにより、様々な波長の信号光に対応してスイッチングを行うことができる。

また、偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂには、上述した波長板や光ファイバ応力印加型の偏光調節器の他、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃）変調器型、液晶型、ファラデー回転子型など各種の偏光調節器を用いることができる。

図２は、実施の形態にかかる光スイッチによるスイッチ動作の基本原理を示す図である。図２において、高非線形ファイバ２０１は、上述した非線形媒質１０４に相当する。偏光子２０２は、上述した監視抽出部１０５が備える偏光子である。なお、この偏光子の通過軸２０２ａの方向が、上述した偏光方向ｘとなる。

図２に示すように、偏光子２０２の通過軸２０２ａに対して９０°傾いた偏光方向の信号光２０３と、偏光子２０２の通過軸２０２ａに対して４５°傾いた偏光方向の制御光２０４とを高非線形ファイバ２０１へ入力すると、高非線形ファイバ２０１中で強度相関信号が発生し、四光波混合によって、制御光２０４の強度に応じて信号光２０３の偏光方向が制御光２０４の偏光方向に近づく方向に回転する。

この結果、信号光２０３に、偏光子２０２の通過軸２０２ａと平行な偏光方向の偏光成分２０３ａが発生し、この偏光成分２０３ａが偏光子２０２を通過する。なお、信号光２０３とともに入力される制御光２０４の強度が大きいほど、信号光２０３の偏光方向の回転が大きくなり、偏光子２０２の通過軸２０２ａと平行な偏光方向の偏光成分２０３ａがより多く発生する。

一方、偏光子２０２の通過軸２０２ａに対して９０°傾いた偏光方向の信号光２０３のみを高非線形ファイバ２０１に入力しても、信号光２０３の偏光方向は回転せず、信号光２０３は偏光子２０２を通過しない。すなわち、強度を有する制御光２０４が高非線形ファイバ２０１に入力された場合にのみ、信号光２０３が偏光子２０２を通過することになる。

これを利用して、制御光２０４を高非線形ファイバ２０１に入力するタイミングを制御することで、信号光２０３のスイッチングを行うことができる。なお、信号光２０３だけでなく、制御光２０４も偏光子２０２を通過するため、スイッチングを行う場合には遮断部１０８によって制御光２０４を遮断する。

図３は、実施の形態にかかる光スイッチの監視抽出部の構成を示すブロック図（その１）である。図３に示すように、監視抽出部１０５は、分波部３１０と、偏光子３２０と、分波部３３０と、偏光子３４１と、偏光子３４２と、１／４波長板３４３と、偏光子３４４と、４つのフォトディテクタ（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３５０〜３５３と、を備える。

分波部３１０は、非線形媒質１０４を通過した信号光および制御光を分岐し、分岐した光の一方を偏光子３２０へ出力し、他方を分波部３３０へ出力する。偏光子３２０は、上述した偏光子２０２に相当する（図２参照）。偏光子３２０は、分波部３１０から出力された光の、偏光方向ｘと平行な偏光方向の偏光成分のみを通過させ、信号光出力部１１３へ出力する。

分波部３３０は、分波部３１０から出力された光を４つの分波光に分波する。具体的には、分波部３３０は、光カプラ３３１〜３３３を備える。光カプラ３３１は、分波部３１０から出力された光の１／４を偏光子３４１へ出力し、分波部３１０から出力された光の３／４を光カプラ３３２へ出力する。

光カプラ３３２は、光カプラ３３１から出力された光の１／３を偏光子３４２へ出力し、光カプラ３３１から出力された光の２／３を光カプラ３３３へ出力する。光カプラ３３３は、光カプラ３３２から出力された光の１／２を１／４波長板３４３へ出力し、光カプラ３３２から出力された光の１／２をＰＤ３５０へ出力する。

偏光子３４１は、光カプラ３３１から出力された分波光の、偏光方向ｘと平行な偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子である。また、偏光子３４１は、光カプラ３３１から出力された分波光の、偏光方向ｘに対して９０°傾いた偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子であってもよい。ＰＤ３５１は、偏光子３４１を通過した分波光を受光し、電気信号に変換する受光素子である。

偏光子３４２は、光カプラ３３２から出力された分波光の、偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子である。ＰＤ３５２は、偏光子３４２を通過した分波光を受光し、電気信号に変換する受光素子である。

１／４波長板３４３は、光カプラ３３３から出力された分波光の円偏光成分のみを通過させる。偏光子３４４は、光カプラ３３３から出力された分波光の、偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子である。ＰＤ３５３は、偏光子３４４を通過した分波光を受光し、電気信号に変換する受光素子である。ＰＤ３５０は、光カプラ３３３から出力された分波光を直接受光し、電気信号に変換する受光素子である。

図示しないが、ＰＤによって変換された電気信号は、上述した信号光および制御光の各種偏光成分の強度情報として、制御部１０９へ出力される。制御部１０９は、下記（１）〜（４）式を用いてストークスパラメータ（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）を算出する。ここで、ＰＤ₀〜ＰＤ₃は、ＰＤ３５０〜ＰＤ３５３が受信して変換したそれぞれの電気信号の強度を示している。

図４は、ストークスパラメータを表すポアンカレ球を示す図である。図４に示すように、制御部１０９によって算出されるストークスパラメータ（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）は、ポアンカレ球上の１点として表される。ポアンカレ球において、Ｓ₀は、球の半径に該当し、強度を示す。Ｓ₁は、水平および垂直な偏光を示す。Ｓ₂は、対角方位の偏光成分を示す。Ｓ₃は、円偏光を示す。ストークスパラメータの各値Ｓ₀〜Ｓ₃は、下記（５）式に示す関係となる。

（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，１，０，０）の場合、監視された光は偏光方向ｘと平行な直線偏光となっており、偏光子３２０を通過する。（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，−１，０，０）の場合、監視された光は偏光方向ｘに対して９０°傾いた直線偏光となっており、偏光子３２０を通過しない。

（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，０，１，０）または（１，０，−１，０）の場合、監視された光は偏光方向ｘに対して４５°傾いた直線偏光となっている。この場合、この光は偏光子３２０を通過する偏光成分と通過しない偏光成分とを含んでいる。なお、ここで説明したＳ₁は、偏光子３４１が、偏光方向ｘと平行な偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子である場合の値である。偏光子３４１が偏光方向ｘに対して９０°傾いた偏光方向の偏光成分のみを通過させる偏光子である場合、Ｓ₁の値は正負が逆となる。

図５は、実施の形態にかかる光スイッチの監視抽出部の構成を示すブロック図（その２）である。図５において、図３に示した監視抽出部１０５と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、実施の形態にかかる光スイッチ１００の監視抽出部１０５は、分波部５０１をさらに備えてもよい。

分波部５０１は、偏光子３４１からＰＤ３５１へ出力される光を分波し、分波した一方の光をＰＤ３５１へ出力し、他方の光を信号光出力部１１３へ出力する。これにより、上述した偏光子３２０（図３参照）の機能を偏光子３４１に付加することができる。このため、偏光子３２０を省くことが可能になる。

また、非線形媒質１０４を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視する機能と、非線形媒質１０４を通過した信号光の偏光方向ｘと平行な偏光方向の偏光成分を抽出して信号光出力部１１３へ出力する機能と、を１つの機構で実現することができる。このため、信号光と制御光との偏光状態を監視した後、信号光の偏光成分を抽出するまでに信号光の偏光状態が変化してしまうことを回避することができる。

また、信号光の偏光成分を抽出した後、信号光または制御光の偏光状態を監視するまでに信号光または制御光の制御状態が変化してしまうことを回避することができる。このため、スイッチング動作を適当に行うための信号光または制御光の偏光状態を正確に監視することができる。

なお、ここでは、分波部５０１は、偏光子３４１からＰＤ３５１へ出力される光を分波するとしたが、分波部５０１は、偏光子３４２からＰＤ３５２へ出力される光、または偏光子３４４からＰＤ３５３へ出力される光を分波し、分波した一方の光を信号光出力部１１３へ出力する構成としてもよい。この場合、上述した偏光方向ｘは、偏光子３４２または偏光子３４４の通過軸と平行な偏光方向となる。

このように、実施の形態にかかる光スイッチによれば、非線形媒質１０４を通過した信号光および制御光の偏光状態を監視し、監視した偏光状態に基づいて偏光調節部１０２ａおよび偏光調節部１０２ｂをフィードバック制御するため、信号光および制御光の偏光状態に応じて適切な偏光調節を行うことができる。このため、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、信号光を安定して正確にスイッチすることができる。

図６は、実施の形態にかかる光スイッチの動作を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、入力部検出部１０７によって、信号光入力部１０１ａに対して信号光が入力されているか否かを判断し（ステップＳ６０１）、信号光が入力されている場合、信号光が入力されなくなるまで待つ（ステップＳ６０１：Ｙｅｓのループ）。

ステップＳ６０１において、信号光が入力されていない場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、制御部１０９は、駆動部１１０を介して、遮断部１０８を制御して監視抽出部１０５へ出力される制御光を通過させる（ステップＳ６０２）。この場合、制御光のみが監視抽出部１０５へ出力されることになる。つぎに、監視抽出部１０５によって、制御光の偏光状態を監視する（ステップＳ６０３）。

つぎに、ステップＳ６０３によって監視された偏光状態に基づいて、制御部１０９が偏光調節部１０２ｂを制御し、制御光の偏光方向を調節する（ステップＳ６０４）。ここで、制御部１０９は、制御光が偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向となるように調節する。すなわち、制御部１０９は、算出するストークスパラメータが（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，０，１，０）または（１，０，−１，０）となるように制御光の偏光方向を調節する。

つぎに、制御部１０９によって、制御光が偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向となったときの制御条件をメモリ１１２に保存する（ステップＳ６０５）。つぎに、入力検出部１０７によって、信号光入力部１０１ａに対して信号光が入力されているか否かを再度判断し（ステップＳ６０６）、信号光が入力されていない場合、信号光が入力されるまで待つ（ステップＳ６０６：Ｎｏのループ）。

ステップＳ６０６において、信号光が入力されている場合（ステップＳ６０６：Ｙｅｓ）、制御部１０９は、遮断部１０８を制御して監視抽出部１０５へ出力される制御光を遮断する（ステップＳ６０７）。この場合、信号光のみが監視抽出部１０５へ出力されることになる。つぎに、監視抽出部１０５によって、信号光の偏光状態を監視する（ステップＳ６０８）。

つぎに、ステップＳ６０８によって監視された偏光状態に基づいて、制御部１０９が、偏光調節部１０２ａを制御し、信号光の偏光方向を調節する（ステップＳ６０９）。ここでは、制御部１０９は、信号光が偏光方向ｘに対して９０°傾いた偏光方向となるように調節する。すなわち、制御部１０９は、算出するストークスパラメータが（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，−１，０，０）となるように信号光の偏光方向を調節する。

ここまでのステップにより、信号光の偏光方向が偏光方向ｘに対して９０°傾いた偏光方向となり、制御光の偏光方向が偏光方向ｘに対して４５°傾いた偏光方向となる。これにより、信号光と制御光を非線形媒質１０４に入力することで信号光の偏光方向が偏光方向ｘに向かって回転するようになり、光スイッチ１００によるスイッチングが可能となる。

つぎに、制御部１０９は、ステップＳ６０９によって調節した制御条件に基づいて偏光調節部１０２ａを制御して信号光の偏光方向を調節し、ステップＳ６０５によって保存した制御条件に基づいて偏光調節部１０２ｂを制御して制御光の偏光方向を調節する（ステップＳ６１０）。これにより、光スイッチ１００による信号光のスイッチングが開始される。

このように、実施の形態にかかる制御方法によれば、まず制御光の偏光状態のみを監視して制御光の偏光方向を調節した後、信号光の偏光状態のみを監視して信号光の偏光方向を調節し、スイッチングを開始することができる。このため、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、光スイッチ１００を安定させて動作させることができる。

なお、ステップＳ６０７において、制御部１０９が、偏光調節部１０２ｂを制御して、合波部１０３で信号光と合波される前に制御光を遮断して、制御光が非線形媒質１０４へ出力されないようにしてもよい。これにより、監視抽出部１０５へ出力される信号光が、制御光とともに非線形媒質１０４を通過して偏光方向が回転してしまうことを回避することができる。この場合、ステップＳ６１０において、制御光を非線形媒質１０４へ再度出力させるように偏光調節部１０２ｂを制御する必要がある。

図７は、実施の形態にかかる光波形測定装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、実施の形態にかかる光波形測定装置７００は、上述した光スイッチ１００と、光電変換部７０１と、表示部７０２と、を備える。光波形測定装置７００は、光スイッチ１００の信号光入力部１０１ａに被測定信号光を入力し、光スイッチ１００の制御光入力部１０１ｂに制御光としてサンプリングパルスを入力する。光電変換部７０１は、光スイッチ１００の信号光出力部１１３からサンプリングされて出力された信号光を電気信号に変換する。表示部７０２は、光電変換部７０１によって変換された電気信号の波形を表示する。

このように、実施の形態にかかる光波形測定装置７００によれば、信号光および制御光の偏光状態に応じて適切な偏光調節を行うことができる光スイッチ１００によってサンプリングされた波形を表示することができる。これにより、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、正確な光波形を安定して測定することができる。

以上説明したように、この発明にかかる光スイッチによれば、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、信号光を安定して正確にスイッチすることができる。また、この発明にかかる光波形測定装置によれば、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、信号光の波形を安定して正確に測定することができる。また、この発明にかかる制御方法によれば、信号光および制御光の偏光状態にかかわらず、光スイッチを安定させて動作させることができる。

（付記１）入力された信号光と制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された前記信号光および制御光を合波して通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
前記非線形媒質を通過した信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出して出力する出力手段と、
を備える光スイッチにおいて、
前記非線形媒質を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視し、監視した偏光状態に基づいて、当該信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする光スイッチ。

（付記２）信号光と、当該信号光とは波長の異なる制御光と、が入力される入力手段と、
前記信号光と前記制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された信号光および制御光を合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された信号光および制御光を通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
前記非線形媒質を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視するとともに、当該信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出する監視抽出手段と、
前記監視抽出手段によって監視された偏光状態に基づいて、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御手段と、
前記監視抽出手段によって抽出された偏光成分を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする光スイッチ。

（付記３）前記制御手段は、前記非線形媒質を通過した信号光が前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向となり、前記非線形媒質を通過した制御光が前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする付記２に記載の光スイッチ。

（付記４）前記入力手段に対する前記信号光の入力を検出する検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されていない場合に、前記非線形媒質を通過した制御光が前記所定の偏光方向に対して前記所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする付記２または３に記載の光スイッチ。

（付記５）前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されている場合に、前記制御光の入力を遮断するように前記偏光調節手段を制御するとともに、前記信号光が前記所定の偏光方向に対して前記所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする付記４に記載の光スイッチ。

（付記６）前記制御手段の制御によって、前記非線形媒質を通過して前記監視抽出手段へ出力される前記信号光および前記制御光のうち当該制御光のみを遮断する遮断手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されている場合に、前記非線形媒質を通過した制御光を遮断するように前記遮断手段を制御することを特徴とする付記４または５に記載の光スイッチ。

（付記７）前記遮断手段は、前記制御光の波長の光のみを遮断するバンドリジェクションフィルタによって構成されていることを特徴とする付記６に記載の光スイッチ。

（付記８）前記偏光調節手段を制御する制御条件を保存する保存手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記偏光調節手段を制御したときの前記制御条件を前記保存手段に保存し、保存した制御条件に基づいて、前記偏光調節手段を再度制御することを特徴とする付記２〜７のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記９）前記監視抽出手段は、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光の強度情報と、当該信号光および制御光の前記所定の偏光方向と平行な偏光成分の強度情報と、当該信号光および制御光の前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分の強度情報と、当該信号光および制御光の円偏光成分の強度情報と、を偏光状態情報として前記制御手段へ出力し、
前記制御手段は、前記監視抽出手段によって出力された偏光状態情報に基づいてストークスパラメータを算出し、算出したストークスパラメータに基づいて前記偏光調節手段を制御することを特徴とする付記２〜７のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記１０）前記監視抽出手段は、
前記非線形媒質を通過した信号光および制御光を入力し、入力した光を４つの分波光に分波する第１分波手段と、
第１分波光の、前記所定の偏光方向と平行な偏光成分と、前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向の偏光成分と、のうちいずれか一方を通過させる第１偏光子と、
第２分波光の、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分のみを通過させる第２偏光子と、
第３分波光の、円偏光成分のみを通過させる１／４波長板と、
前記第３分波光の、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分のみを通過させる第３偏光子と、
前記第１偏光子を通過した第１分波光と、前記第２偏光子を通過した第２分波光と、前記第３偏光子を通過した第３分波光と、第４分波光と、のそれぞれに対応し、対応する分波光を受光する４つの受光素子と、
前記４つの受光素子が受光したそれぞれの分波光の強度情報を出力する偏光情報出力手段と、
前記第１偏光子を通過した第１分波光、前記第２偏光子を通過した第２分波光および前記第３偏光子を通過した第３分波光のうちいずれか一つを分波させ、分波した分波光の一方を当該分波光に対応する前記受光素子に受光させ、他方を前記出力手段へ出力する第２分波手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記偏光情報出力手段によって出力された前記強度情報に基づいてストークスパラメータを算出し、算出したストークスパラメータに基づいて前記偏光調節手段を制御することを特徴とする付記２〜９のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記１１）前記信号光の波長は、前記非線形媒質の零分散波長であることを特徴とする付記２〜１０のいずれか一つに記載の光スイッチ。

（付記１２）付記２〜１１のいずれか一つに記載の光スイッチと、
前記出力手段によって出力された信号光を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号の波形を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする光波形測定装置。

（付記１３）入力した信号光と制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された前記信号光および制御光を合波して通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、前記非線形媒質を通過した信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出して出力する出力手段と、を備える光スイッチの制御方法であって、
前記制御光のみを入力し、前記非線形媒質を通過した制御光の偏光状態を監視する制御光監視工程と、
前記制御光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記制御光が、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御光調節工程と、
前記信号光を入力し、前記非線形媒質を通過した制御光を遮断して、前記非線形媒質を通過した信号光の偏光状態を監視する信号光監視工程と、
前記信号光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記信号光が、前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する信号光調節工程と、
を含むことを特徴とする制御方法。

（付記１４）前記信号光監視工程では、前記信号光に合波される前に前記制御光を遮断することを特徴とする付記１３に記載の制御方法。

（付記１５）前記制御光調節工程によって前記偏光調節手段を制御した制御条件を保存する保存工程をさらに含むことを特徴とする付記１３または１４に記載の制御方法。

（付記１６）前記信号光および制御光を入力し、前記非線形媒質を通過した前記制御光を遮断して、前記信号光調節工程によって前記偏光調節手段を制御した制御条件と、前記保存工程によって保存した前記偏光調節手段の制御条件と、に基づいて前記偏光調節手段を制御する調節工程と、
をさらに含むことを特徴とする付記１５に記載の制御方法。

以上のように、この発明にかかる光スイッチ、光波形測定装置および制御方法は、非線形媒質中で発生する非線形光学効果を用いた光スイッチ、光波形測定装置および光スイッチの制御方法に有用であり、特に、入力される信号光および制御光の偏光状態が揺らぐ場合に適している。

実施の形態にかかる光スイッチの構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかる光スイッチによるスイッチ動作の基本原理を示す図である。 実施の形態にかかる光スイッチの監視抽出部の構成を示すブロック図（その１）である。 ストークスパラメータを表すポアンカレ球を示す図である。 実施の形態にかかる光スイッチの監視抽出部の構成を示すブロック図（その２）である。 実施の形態にかかる光スイッチの動作を示すフローチャートである。 実施の形態にかかる光波形測定装置の構成を示すブロック図である。 従来の光スイッチの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 光スイッチ
１０１ａ 信号光入力部
１０１ｂ 制御光入力部
１０２ａ，１０２ｂ 偏光調節部
１０３ 合波部
１０４ 非線形媒質
１０５ 監視抽出部
１０７ 入力検出部
１０８ 遮断部
１０９ 制御部
１１３ 信号光出力部
２０１ 高非線形ファイバ
２０２ 偏光子
２０３ 信号光
２０４ 制御光
３２０，３４１，３４２，３４４ 偏光子
３４３ １／４波長板
３５０，３５１，３５２，３５３ ＰＤ
７０１ 光電変換部
７０２ 表示部

Claims (9)

1. 信号光と、当該信号光とは波長の異なる制御光と、が入力される入力手段と、
   前記信号光と前記制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
   前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された信号光および制御光を合波する合波手段と、
   前記合波手段によって合波された信号光および制御光を通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
   前記非線形媒質を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視するとともに、当該信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出する監視抽出手段と、
   前記入力手段に対する前記信号光の入力を検出する検出手段と、
   前記監視抽出手段によって監視された偏光状態に基づいて、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御手段と、
   前記監視抽出手段によって抽出された偏光成分を出力する出力手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されている場合に、前記制御光の入力を遮断するように前記偏光調節手段を制御するとともに、前記信号光が前記所定の偏光方向に対して前記所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする光スイッチ。
2. 前記制御手段は、前記非線形媒質を通過した信号光が前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向となり、前記非線形媒質を通過した制御光が前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されていない場合に、前記非線形媒質を通過した制御光が前記所定の偏光方向に対して前記所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチ。
4. 前記偏光調節手段を制御する制御条件を保存する保存手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記偏光調節手段を制御したときの前記制御条件を前記保存手段に保存し、保存した制御条件に基づいて、前記偏光調節手段を再度制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光スイッチ。
5. 前記監視抽出手段は、
   前記非線形媒質を通過した信号光および制御光を入力し、入力した光を４つの分波光に分波する第１分波手段と、
   第１分波光の、前記所定の偏光方向と平行な偏光成分と、前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向の偏光成分と、のうちいずれか一方を通過させる第１偏光子と、
   第２分波光の、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分のみを通過させる第２偏光子と、
   第３分波光の、円偏光成分のみを通過させる１／４波長板と、
   前記第３分波光の、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分のみを通過させる第３偏光子と、
   前記第１偏光子を通過した第１分波光と、前記第２偏光子を通過した第２分波光と、前記第３偏光子を通過した第３分波光と、第４分波光と、のそれぞれに対応し、対応する分波光を受光する４つの受光素子と、
   前記４つの受光素子が受光したそれぞれの分波光の強度情報を出力する偏光情報出力手段と、
   前記第１偏光子を通過した第１分波光、前記第２偏光子を通過した第２分波光および前記第３偏光子を通過した第３分波光のうちいずれか一つを分波させ、分波した分波光の一方を当該分波光に対応する前記受光素子に受光させ、他方を前記出力手段へ出力する第２分波手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記偏光情報出力手段によって出力された前記強度情報に基づいてストークスパラメータを算出し、算出したストークスパラメータに基づいて前記偏光調節手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光スイッチ。
6. 信号光と、当該信号光とは波長の異なる制御光と、が入力される入力手段と、
   前記信号光と前記制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
   前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された信号光および制御光を合波する合波手段と、
   前記合波手段によって合波された信号光および制御光を通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
   前記非線形媒質を通過した信号光と制御光との偏光状態を監視するとともに、当該信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出する監視抽出手段と、
   前記入力手段に対する前記信号光の入力を検出する検出手段と、
   前記監視抽出手段によって監視された偏光状態に基づいて、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御手段と、
   前記制御手段の制御によって、前記非線形媒質を通過して前記監視抽出手段へ出力される前記信号光および前記制御光のうち当該制御光のみを遮断する遮断手段と、
   前記監視抽出手段によって抽出された偏光成分を出力する出力手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記入力手段に前記信号光が入力されている場合に、前記非線形媒質を通過した制御光を遮断するように前記遮断手段を制御することを特徴とする光スイッチ。
7. 信号光と、当該信号光とは波長の異なる制御光と、が入力される入力手段と、
   前記信号光と前記制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
   前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された信号光および制御光を合波する合波手段と、
   前記合波手段によって合波された信号光および制御光を通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
   前記非線形媒質を通過した信号光および制御光の強度情報と、当該信号光および制御光の所定の偏光方向と平行な偏光成分の強度情報と、当該信号光および制御光の前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光成分の強度情報と、当該信号光および制御光の円偏光成分の強度情報と、を偏光状態情報として出力するとともに、当該信号光の前記所定の偏光方向の偏光成分を抽出する監視抽出手段と、
   前記監視抽出手段によって出力された偏光状態情報に基づいてストークスパラメータを算出し、算出したストークスパラメータに基づいて、前記非線形媒質を通過した信号光および制御光が前記所定の偏光方向に対してそれぞれ所定の角度傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御手段と、
   前記監視抽出手段によって抽出された偏光成分を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする光スイッチ。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の光スイッチと、
   前記出力手段によって出力された信号光を電気信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段によって変換された電気信号の波形を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする光波形測定装置。
9. 入力した信号光と制御光との偏光方向をそれぞれ一定の偏光方向に調節する偏光調節手段と、
   前記偏光調節手段によってそれぞれ偏光方向が調節された前記信号光および制御光を合波して通過させ、当該信号光および制御光の強度相関信号を発生させる非線形媒質と、
   前記非線形媒質を通過した信号光の所定の偏光方向の偏光成分を抽出して出力する出力手段と、
   を備える光スイッチの制御方法であって、
   前記制御光のみを入力し、前記非線形媒質を通過した制御光の偏光状態を監視する制御光監視工程と、
   前記制御光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記制御光が、前記所定の偏光方向に対して４５°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する制御光調節工程と、
   前記信号光を入力し、前記非線形媒質を通過した制御光を遮断して、前記非線形媒質を通過した信号光の偏光状態を監視する信号光監視工程と、
   前記信号光監視工程によって監視された監視状態に基づいて、前記信号光が、前記所定の偏光方向に対して９０°傾いた偏光方向となるように前記偏光調節手段を制御する信号光調節工程と、
   を含むことを特徴とする制御方法。

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