(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したレーザ光パルスを、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器と、
前記光導波路ループに入射した前記レーザ光パルスを所定周波数間隔だけシフトして、周波数被変換レーザ光を生成し、この後、周回を重ねるごとに、当該周回する周波数被変換レーザ光を、さらに前記所定周波数間隔だけ順次シフトして、所定周回の周波数被変換レーザ光を生成する周波数シフタと、
を有する光導波路ループを備えた光ループ装置であって、
前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光ループ装置。
【請求項２】
前記レーザ光パルスが、直接強度変調されまたは外部強度変調されたことを特徴とする請求項１に記載の光ループ装置。
【請求項３】
前記光路選択器、前記周波数シフタ、前記光増幅器、および前記光導波路ループの少なくとも２つが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ループ装置。
【請求項４】
前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光ループ装置。
【請求項５】
前記レーザ光パルスが、波長ロックされたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の光ループ装置。
【請求項６】
入射したレーザ光パルスを、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器を有する光導波路ループを備えた光信号遅延回路であって、
前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記  光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅  器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被  変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光信号遅延回路。
【請求項７】
前記光路選択器、前記光増幅器および前記光導波路ループの少なくとも２つが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光信号遅延回路。
【請求項８】
前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光信号遅延回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光パルスを光導波路ループに入射し、当該入射したレーザ光パルスを光導波路ループ内で所定回周回させることで周波数変換または遅延させることができる光ループ装置、光信号遅延回路、周波数変換方法および光信号遅延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１７に示す光ファイバーループ装置が知られている。図１７の光ファイバーループ装置８では、レーザ光源８１から出射したレーザ光は、光カプラ８２を介して光ファイバーループ８３に連続的に入射される。光ファイバーループ８３に入射されたレーザ光は、光増幅器８４で増幅された後、周波数シフタ８５により周波数変換される。【０００３】
図１７では、光ファイバーループ８３は、光コム発生器として機能し、発生したコム光は、光カプラ８２を介して、光ファイバーループ８３外のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）８６に入射され、ＡＷＧ８６からは分波されたコム光（周波数コム光）が得られる。【０００４】
また、図１８に示すような、光コム発生装置を用いたスペクトル計測装置が知られている。このスペクトル計測装置９では、レーザ光源９１から出射したレーザ光は、光コム発生器９２に入射される。光コム発生器９２からの周波数コム光は、波長可変フィルタ（ＢＰＦ）９３を介してＳＳＢ変調器９４に入射された後に試料９８に照射される。試料９８の応答光（周波数コム光）は、光検出器９５により検出される。【０００５】
光コム発生器９２の出力は、光周波数計９６により計測されており、コンピュータ９７は、光検出器９５の出力と、光周波数計９６の出力とから試料９８のスペクトル解析結果を出力することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１７の光ファイバーループ装置８では、単一モードの周波数を得ることが困難であり、光ファイバーループ８３内での共振により出力安定性が悪い。このため、光増幅器８４のゲインの最適化が必要となるが、実際にはこの最適化は困難である。【０００７】
また、図１８の従来のスペクトル計測装置９では、波長可変フィルタ（ＢＰＦ）９３の性能に限界があり、Ｓ／Ｎ比が低く、信号強度が弱く、しかも掃引可能領域が限定されるという問題がある。【０００８】
本発明の目的は、レーザ光パルスを光導波路ループ（光ファイバーループや基板上または基板内に形成された光導波路ループ）に入射し、当該入射したレーザ光パルスを前記光導波路ループ内で周回させることで順次周波数がシフトした周波数被変換レーザ光を生成し、所定周回のタイミングで周波数被変換レーザ光を出射することで所望周波数のレーザ光を得ることができる光ループ装置および周波数変換方法を提供することにある。【０００９】
本発明の他の目的は、スペクトル計測装置として使用できる上記光ループ装置を提供することにある。【００１０】
本発明のさらに他の目的は、レーザ光パルスを光導波路ループ（光ファイバーループや基板上または基板内に形成された光導波路）に入射し、当該入射したレーザ光パルスを前記光導波路内で周回させることで前記レーザ光パルスを所定の時間だけ遅らせることができる光信号遅延回路および光信号遅延方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光ループ装置は（１）から（９）を要旨とする。
（１）
入射したレーザ光パルス（単一パルスまたは複数パルスからなる）を、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器と、
前記光導波路ループに入射した前記レーザ光パルスを所定周波数間隔だけシフトして、周波数被変換レーザ光を生成し、この後、周回を重ねるごとに、当該周回する周波数被変換レーザ光を、さらに前記所定周波数間隔だけ順次シフトして、所定周回の周波数被変換レーザ光を生成する周波数シフタと、
前記光導波路ループを周回する前記レーザ光パルスを増幅する光増幅器と、
を有する光導波路ループを備えた光ループ装置であって、
前記光路選択器は、前記所定周回に対応する所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光ループ装置。【００１２】
（２）
前記光路選択器として、バーモードとクロスモードとを有する２×２光スイッチを用いた光ループ装置であって、
前記２×２光スイッチがクロスモードのときは、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループに入射するとともに、当該２×２光スイッチから前記所定周回の周波数被変換レーザ光を出射し、
前記２×２光スイッチがバーモードのときは、前記レーザ光パルスを前記光導波路ループに入射させずに前記周波数被変換レーザ光が出射される光路に送出し、かつ周回する前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループ内に閉じ込める、
ことを特徴とする（１）に記載の光ループ装置。【００１３】
（３）
周波数被変換レーザ光が光導波路ループから出射するタイミングに同期してオフする光ゲートスイッチを前記光導波路ループに有することを特徴とする（１）または（２）に記載の光ループ装置。【００１４】
（４）
入射したレーザ光パルス（単一パルスまたは複数パルスからなる）を、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器と、
前記光導波路ループに入射した前記レーザ光パルスを所定周波数間隔だけシフトして、周波数被変換レーザ光を生成し、この後、周回を重ねるごとに、当該周回する周波数被変換レーザ光を、さらに前記所定周波数間隔だけ順次シフトして、所定周回の周波数被変換レーザ光を生成する周波数シフタと、
を有する光導波路ループを備えた光ループ装置であって、
前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光ループ装置。【００１５】
（５）
前記レーザ光パルスが、直接強度変調されまたは外部強度変調されたことを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の光ループ装置。
すなわち、レーザ光パルスは、光強度を直接変調するレーザ光源から出射されるものであってよい。また、光強度変調器を備え、この光強度変調器により、レーザ光源からのレーザ光をレーザ光パルスとして出力するようにしてもよい。【００１６】
（６）
前記光路選択器、前記周波数シフタ、前記光増幅器、および前記光導波路ループの少なくとも２つが同一基板上に形成されていることを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載の光ループ装置。【００１７】
（７）
前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする（１）から（６）の何れかに記載の光ループ装置。【００１８】
（８）
前記レーザ光パルスが、波長ロックされたことを特徴とする（１）から（７）の何れかに記載の光ループ装置。
すなわち、波長ロッカを備え、この波長ロッカにより基準周波数レーザ光を生成するようにしてもよい。【００１９】
（９）
スペクトル計測装置として使用される（８）に記載の光ループ装置であって、
さらに、
前記光導波路ループの外部に出射されたレーザ光を周波数掃引して試料に照射する周波数シフタと、
前記試料からの応答光を受光する光検出器と、
前記光路選択器を構成するスイッチを制御するとともに、前記周波数シフタの周波数掃引を制御し、かつ前記光検出器が検出した信号をスペクトラムとして解析する制御処理装置と、
を備えたことを特徴とする光ループ装置。【００２０】
本発明の光信号遅延回路は（１０）から（１５）を要旨とする。
（１０）
入射したレーザ光パルス（単一パルスまたは複数パルスからなる）を、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器と、
前記光導波路ループを周回する前記レーザ光パルスを増幅する光増幅器と、
を有する光導波路ループを備えた光信号遅延回路であって、
前記光路選択器は、前記所定周回に対応する所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光信号遅延回路。【００２１】
（１１）
前記光路選択器として、バーモードとクロスモードとを有する２×２光スイッチを用いた光信号遅延回路であって、
前記２×２光スイッチがクロスモードのときは、単一パルスまたは複数パルスからなる前記レーザ光パルスを前記光導波路ループに入射するとともに、当該２×２光スイッチから前記所定周回のレーザ光パルスを出射し、
前記２×２光スイッチがバーモードのときは、前記レーザ光パルスを前記光導波路ループに入射させずに前記レーザ光パルスが出射される光路に送出し、かつ周回する前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループ内に閉じ込める、
ことを特徴とする（１０）に記載の光信号遅延回路。【００２２】
（１２）
周波数被変換レーザ光が光導波路ループから出射するタイミングに同期してオフする光ゲートスイッチを前記光導波路ループに有することを特徴とする（１０）または（１１）に記載の光ループ装置。【００２３】
（１３）
入射したレーザ光パルス（単一パルスまたは複数パルスからなる）を、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器を有する光導波路ループを備えた光ループ装置であって、
前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光信号遅延回路。【００２４】
（１４）
前記光路選択器、前記光増幅器および前記光導波路ループの少なくとも２つが同一基板上に形成されていることを特徴とする（１０）から（１３）の何れかに記載の光信号遅延回路。【００２５】
（１５）
前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする（１０）から（１４）の何れかに記載の光信号遅延回路。【００２６】
本発明の周波数変換方法は（１６）を要旨とする。
（１６）
単一パルスまたは複数パルスからなるレーザ光パルスを光導波路ループに入射し、当該入射したレーザ光パルスを当該光導波路ループ内で少なくとも１回周回させた後に当該光導波路ループの外部に出射する周波数変換方法であって、
入射した前記レーザ光パルスを、前記光導波路ループに設けた周波数シフタにより、所定周波数間隔だけシフトして、周波数被変換レーザ光を生成し、
この後、周回を重ねるごとに、当該周回する周波数被変換レーザ光を、さらに前記周波数シフタにより前記所定周波数間隔だけ順次シフトして、所定周回の周波数被変換レーザ光を生成し、
前記光導波路ループに設けた光路選択器により、前記所定周回に対応する所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする周波数変換方法。【００２７】
本発明の光信号遅延方法は（１７）を要旨とする。
（１７）
単一パルスまたは複数パルスからなるレーザ光パルスを光導波路ループに入射し、当該入射したレーザ光パルスを当該光導波路ループ内で少なくとも１回周回させた後に当該光導波路ループの外部に出射する光信号遅延方法であって、
前記光導波路ループに設けた光路選択器により、前記所定周回に対応する所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、
ことを特徴とする光信号遅延方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光ループ装置および周波数変換方法では、光導波路ループに入射するレーザ光は連続光でないので（パルスなので）、光導波路ループ内での共振が回避される。これにより、周波数シフタは、光導波路ループ内を周回するレーザ光パルスの周波数（単一周波数）をシフトさせることになり、光路選択器から、所定周波数（離散的周波数）の特性に優れた（Ｓ／Ｎ比が高く、かつ安定性が高い）レーザ光を得ることができる。【００２９】
また、光路選択器として、バーモードとクロスモードとを有する２×２光スイッチを用いた場合には、部品点数を削減した効率のよい制御を行うことができる。【００３０】
スペクトル計測装置として本発明の光ループ装置を用いる場合には、Ｓ／Ｎ比が高く、かつ安定性が高いスペクトル計測を行うことができる。【００３１】
本発明の光信号遅延回路では、光ループ内でレーザ光パルス（典型的には光パケット）を周回させることで、当該レーザ光パルスを所定の離散時間だけ遅延させることができ、本発明の光信号遅延回路は、たとえば光メモリとして使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の光ループ装置および周波数変換方法の実施形態を示す説明図である。
【図２】（Ａ）はレーザ光の強度を外部変調する説明図、（Ｂ）はレーザ光の強度を直接変調する説明図である。
【図３】光路選択器として２×２光スイッチを用いた例を示す図であり、（Ａ）はクロスモード、（Ｂ）はバーモードを示す図である。
【図４】光路選択器として、カプラと１×２光スイッチを用いた例を示す図であり、（Ａ）は第１のモード、（Ｂ）は第１のモードを示す図である。
【図５】光路選択器として、２×１光スイッチと１×２光スイッチとを用いた例を示す図であり、（Ａ）は第１のモードを、（Ｂ）は第２のモードを、（Ｃ）は第３のモードを、（Ｄ）は第４のモードを示す図である。
【図６】光導波路ループ内に光ゲートスイッチを設けた本発明の光ループ装置の説明図である。
【図７】光路選択器として２×２光スイッチを用いたときの図６の光ループ装置の動作説明図である。
【図８】（Ａ）は光増幅器内蔵光路選択器を用いた光ループ装置を示す図、（Ｂ）は光路選択器の構成を示す図である。
【図９】光ループ装置をスペクトル計測装置として使用した実施形態の説明図である。
【図１０】光ループ装置が基板上に集積されている光ループ装置を示す図である。
【図１１】光強度変調器と光ループ装置とが基板上に集積されている光ループ装置を示す図である。
【図１２】レーザ光パルス源と光ループ装置とが基板上に集積されている光ループ装置を示す図である。
【図１３】光増幅器内蔵光路選択器が基板上に集積されている光ループ装置を示す図である。
【図１４】光信号遅延回路として使用される光ループ装置の実施形態を示す説明図である。
【図１５】光導波路ループを基板上にパターン形成し光路選択器，光増幅器，フィルタと一体に形成した光信号遅延回路を示す説明図である。
【図１６】光増幅器内蔵光路選択器を使用光信号遅延回路を示す説明図である。
【図１７】従来の光ファイバーループ装置を示す説明図である。
【図１８】従来のスペクトル計測装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  光ループ装置
２  スペクトル計測装置
３  光信号遅延回路
１１  光導波路ループ
１２，３２  光路選択器
１２’，３２’  増幅器内蔵光路選択器
１３，１６  周波数シフタ
１５  光ゲートスイッチ
１４，３３  光増幅器
１７  基板
２１  試料
２２  光検出器
２３  コンピュータ
３１  光ファイバーループ
３４  フィルタ
３６  通信回線
１００  レーザ光パルス源
１０１  レーザ
１０２  光強度変調器
１０３  波長ロッカ
１１０  光ループ制御部
１２１  ３ｄＢカプラ
１２２，１２３  ＳＯＡ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は本発明の光ループ装置および周波数変換方法の第１実施形態を示す説明図である。図１において、光ループ装置１は光導波路ループ（図１では、光ファイバーループ）１１と光路選択器１２とを備えており、光導波路ループ１１は周波数シフタ１３と光増幅器１４とを有している。
光ループ装置１に入射されるレーザ光パルスは、レーザ光源パルス源１００により生成される。レーザ光パルス源１００からのレーザ光は、図２（Ａ）に示すように光強度変調器１０２により変調（外部変調）することができる。すなわち、光強度変調器１０２は、レーザ１０１からのレーザ光（種光）を入射し、当該入射レーザ光を光強度変調してレーザ光パルスＬＰ（単一パルスまたは複数パルスからなる）として出力する。また、光強度変調器１０２を用いず、図２（Ｂ）に示すように、レーザ光パルス源１００で生成されるレーザ光を直接強度変調するようにしてもよい。【００３５】
また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、レーザ１０１には波長ロッカ１０３を付属させることができ、レーザ１０１が出射するレーザ光の波長をロックできる。
光ループ制御部１１０は、光路選択器１２および周波数シフタ１３に制御信号を送出し、光導波路ループ１１へのレーザ光パルスの導入、光導波路ループ１１をバイパスする光路へのレーザ光パルスの送出、光導波路ループ１１で周回する周波数被変換レーザ光の当該光導波路ループ１１内への閉じ込め、光導波路ループ１１を周回する周波数被変換レーザ光のループ外への（上述したバイパス光路への）送出といった制御を行う。図１，図２（Ａ），（Ｂ）および図３以降では、光ループ制御部からの制御信号を破線で示す。また、図１では、光ループ制御部１１０は、レーザ光源パルス源１００に、強度変調のための同期制御信号を送出している。図１、図２（Ａ），（Ｂ）および図３以降では、この同期信号も破線矢印で示してある。
なお、レーザ光パルスＬＰの時間幅ＴLP、光導波路ループ１１をレーザ光パルスＬＰが１周する時間ＴFLとの間には、ＴLP＜ＴFLの関係がある。【００３６】
光路選択器１２は、レーザ光パルスＬＰを光導波路ループ１１に導入する光路、または光導波路ループ１１をバイパスする光路の少なくとも一方を選択することができる。レーザ光パルスＬＰが光導波路ループ１１に導入されると、入射したレーザ光パルスＬＰは当該光導波路ループ１１内でＮ周回（Ｎは正の整数）され、所定周回のタイミングで当該光導波路ループ１１の外部に周波数被変換レーザ光ＬＭNとして出射される。周波数被変換レーザ光ＬＭNの出射も光路選択器１２が行う。
具体的には、光路選択器１２は、後述する図３（Ａ），（Ｂ）、図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、ＬＮスイッチ、非線形光学効果スイッチにより構成することもできるし、後述する図８（Ａ），（Ｂ）に示すようにＳＯＡ（半導体光増幅器）を含んで構成することもできる。【００３７】
周波数シフタ１３は、光導波路ループ１１内を周回する光を周波数変換して周波数被変換レーザ光を生成する。すなわち、まず、入射したレーザ光パルスＬＰを周波数変換して、第１周回の周波数被変換レーザ光ＬＭ1を生成する。
つぎに、第１周回の周波数被変換レーザ光ＬＭ1を周波数変換（所定間隔シフト）して、第２周回の周波数被変換レーザ光ＬＭ2を生成する。
さらに、第２周回の周波数被変換レーザ光ＬＭ2を周波数変換（所定間隔シフト）して、第３周回の周波数被変換レーザ光ＬＭ3を生成する。【００３８】
以下、同様して、周波数被変換レーザ光ＬＭNが生成されるまで、周回する周波数被変換レーザ光の周波数変換（所定間隔シフト）を行う。
すなわち、第２周回以降、第ｋ周回の周波数被変換レーザ光ＬＭkを周波数変換（所定間隔シフト）して、第（ｋ＋１）周回の周波数被変換レーザ光ＬＭk+1（ｋ＝２，・・・，Ｎ−１）を生成する。周波数シフタ１３としては、例えば単側波帯（ＳＳＢ）光変調器や音響光学（ＡＯ）変調器などを用いることができる。【００３９】
光増幅器１４は、光導波路ループ１１をレーザ光が周回するとき、その損失を補うようにレーザ光を増幅する。図１に示したように、光増幅器１４は、周波数シフタ１３の後段にあってもよいし、周波数シフタ１３の前段にあってもよい。なお、光増幅器１４は当該増幅器を出た後の光出力レベルが常に一定となるような、利得一定制御のモードで動作させることが、安定な動作の観点から望ましい。【００４０】
光路選択器１２は、周回数（周波数シフタを通過する回数）に対応する所定タイミングで、周回数Ｎに対応する所定タイミングで、周波数被変換レーザ光ＬＭNを光導波路ループ１１の外部に出射する。【００４１】
光路選択器１２としてメカニカル型光スイッチ、干渉型光スイッチ、偏光制御型光スイッチを使用した例を図３（Ａ），（Ｂ）、図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）により説明する。
図３（Ａ），（Ｂ）では、光路選択器１２として、バーモードとクロスモードとを有する２×２光スイッチを用いた例を示している。図３（Ａ）に示すように、２×２光スイッチＳＷ2×2がクロスモード（入力端子ａ１が出力端子ｂ２に接続され、入力端子ａ２が出力端子ｂ１に接続されている）のときは、レーザ光パルスＬＰを光導波路ループ１１に入射するとともに、２×２光スイッチＳＷ2×2から第Ｎ周回の周波数被変換レーザ光ＬＭNを出射する。また、図３（Ｂ）に示すように、２×２光スイッチＳＷ2×2がバーモード（入力端子ａ１が出力端子ｂ１に接続され、入力端子ａ２が出力端子ｂ２に接続されている）のときは、レーザ光パルスＬＰを、光導波路ループ１１に入射させずに周波数被変換レーザ光ＬＭNが出射される光路に送出し、かつ周回する周波数被変換レーザ光を光導波路ループ１１内に閉じ込める。【００４２】
２×２光スイッチＳＷ2×2のスイッチング時間（スイッチング周期）は光導波路ループ１１をレーザ光が１周する時間（たとえば、１００μｓｅｃ）よりも十分に短いことが望ましい。すなわち、２×２光スイッチＳＷ2×2のスイッチング時間ＴSWと、光導波路ループ１１をレーザ光パルスＬＰが１周する時間ＴFLとの間には、ＴSW≪ＴFLの関係があることが望ましい。【００４３】
図４（Ａ），（Ｂ）では、光路選択器１２として、カプラＣＰと１×２光スイッチを用いた例を示している。図４（Ａ）に示すように、レーザ光パルスＬＰはカプラＣＰＬを介して１×２光スイッチＳＷ1×2に入射される。１×２光スイッチＳＷ1×2が、一方のモード（入力端子ａが出力端子ｂ２に接続されている）にあるときは、レーザ光パルスＬＰを光導波路ループに入射するように動作し、周回する周波数被変換レーザ光は光導波路ループ１１内に閉じ込められる。また、図４（Ｂ）に示すように、１×２光スイッチＳＷ1×2が、他方のモード（入力端子ａが出力端子ｂ１に接続されている）にあるときは、２×１光スイッチＳＷ2×1から第Ｎ周回の周波数被変換レーザ光ＬＭNを出射する。【００４４】
２×１光スイッチＳＷ2×1のスイッチング時間（スイッチング周期）は光導波路ループ１１をレーザ光が１周する時間よりも十分に短いことが望ましい。すなわち、２×１光スイッチＳＷ2×1のスイッチング時間ＴSWと、光導波路ループ１１をレーザ光パルスＬＰが１周する時間ＴFLとの間には、ＴSW≪ＴFLの関係があることが望ましい。【００４５】
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）では、光路選択器１２として、２×１光スイッチＳＷ2×1と１×２光スイッチＳＷ1×2とを用いた例を示している。図５（Ａ）に示すように、２×１光スイッチＳＷ2×1と１×２光スイッチＳＷ1×2とが第１のモード（ＳＷ2×1の入力端子ａ１が出力端子ｂに接続され、ＳＷ1×2の入力端子ｃが出力端子ｄ２に接続されている）にあるときは、レーザ光パルスＬＰは光導波路ループ１１に入射する。【００４６】
図５（Ｂ）に示すように、２×１光スイッチＳＷ2×1と１×２光スイッチＳＷ1×2とが第２のモード（ＳＷ2×1の入力端子ａ２が出力端子ｂに接続され、ＳＷ1×2の入力端子ｃが出力端子ｄ２に接続されている）にあるときは、光導波路ループ１１を周回する周波数被変換レーザ光は光導波路ループ１１内に閉じ込められる。【００４７】
図５（Ｃ）に示すように、２×１光スイッチＳＷ2×1と１×２光スイッチＳＷ1×2とが第３のモード（ＳＷ2×1の入力端子ａ２が出力端子ｂに接続され、ＳＷ1×2の入力端子ｃが出力端子ｄ１に接続されている）にあるときは、光導波路ループ１１を周回する周波数被変換レーザ光は、１×２光スイッチＳＷ1×2から第Ｎ周回の周波数被変換レーザ光ＬＭNとして出射される。【００４８】
図５（Ｄ）に示すように、２×１光スイッチＳＷ2×1と１×２光スイッチＳＷ1×2とが第４のモード（ＳＷ2×1の入力端子ａ１が出力端子ｂに接続され、ＳＷ1×2の入力端子ｃが出力端子ｄ１に接続されている）にあるときは、レーザ光パルスＬＰは光導波路ループ１１に入射されることなく素通りする。【００４９】
第１のモードから第２のモードに移行する時間は光導波路ループ１１をレーザ光が１周する時間よりも十分に短いことが望ましい。すなわち、第１のモードと第２のモードの時間ＴM1-M2と、光導波路ループ１１をレーザ光パルスＬＰが１周する時間ＴFLとの間には、ＴM1-M2≪ＴFLの関係があることが望ましい。【００５０】
ところで、図３から図５に示したスイッチは、高速動作ができる干渉型光スイッチや偏光制御型光スイッチである。しかし、これらのスイッチでは、消光比が不十分であり、光導波路ループ１１に残存した光がノイズとなるＳＮ比が悪くなるという問題がある。
この不都合を解消するために、図６に示すように、光ゲートスイッチ１５を光導波路ループ１１内に設けることができる。図６では、光ゲートスイッチ１５は周波数シフタ１３および光増幅器１４の前段に設けてある。周波数被変換レーザ光ＬＭNが光導波路ループ１１から出射するタイミングに同期して、光ゲートスイッチ１５をオフし再びループしようとする光成分を消光することで、光路選択器１２の消光比を補うことができる。図６のレーザ光パルス源１００でも、レーザ光ＬＰの光強度を外部変調することもできるし直接変調することもできる。【００５１】
図７に、光路選択器として２×２光スイッチＳＷ2×2を用いたときの図６の光ループ装置１のタイムチャートを示す。図７にけるＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、図６に示した光ループ制御部１１０がレーザ光パルス源１００，光路選択器１２，光ゲートスイッチ１５に送出する制御信号の状態を示している。１回目周回においてＳ１がＯＮ（Ｈレベル）となりレーザ光パルスＬＰが生成されると同時に、ＳＷ2×2がクロスモードになる（Ｓ２がＣＲＯＳＳ）。これにより、レーザ光パルスＬＰが光導波路ループ１１に導入される。このとき、光ゲートスイッチ１５はＯＦＦ（Ｓ３がＯＦＦ）となる。この後、ただちにＳＷ2×2がバーモード（Ｓ２がＢＡＲ）になるとともに、光ゲートスイッチ１５がＯＮ（Ｓ３がＯＮ）となり、レーザ光パルスＬＰは光導波路ループ１１内で周回する。周回する間レーザ光パルスは周波数変換される。周回するレーザ光（周波数被変換レーザ光）がＮ周回するときに、ＳＷ2×2がクロスモードになる（Ｓ２がＣＲＯＳＳ）とともに、光ゲートスイッチ１５がＯＦＦ（Ｓ３がＯＦＦ）となり、周波数被変換レーザ光ＬＭNが出射される。なお、図６において、光ループ制御部１１０が周波数シフタ１３に送出する信号Ｓ４は、周波数のシフト量を決めるプリセット信号である。【００５２】
上記の実施形態では、光路選択器１２と光増幅器１４とを別構成とした例を説明したが、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、光路選択器１２と光増幅器１４との機能を１つの部材とした光増幅器内蔵光路選択器１２’が設けられている。
図８（Ｂ）に示すように、光増幅器内蔵光路選択器１２’はカプラ（３ｄＢカプラ）１２１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）１２２，１２３とからなる。カプラ（３ｄＢカプラ）１２１は、入射したレーザ光パルスＬＰをＳＯＡ１２２，１２３に分波できる。
ＳＯＡ１２２は、アクティブまたはインアクティブとされることでスイッチとして機能することができ、アクティブとなったときにだけレーザ光パルスＬＰを光導波路ループ１１に出射することができる。なお、ＳＯＡ１２３は、３ｄＢカプラ１２１から分波したレーザ光パルスＬＰを増幅して出力する。
ＳＯＡ１２３は、ＳＯＡ１２２と同様（アクティブまたはインアクティブとすることで）、スイッチとして動作をさせてもよい。図８（Ｂ）では、ＳＯＡ１２３は、常時アクティブとされる。【００５３】
図９により、上記の光ループ装置１をスペクトル計測装置として使用した実施形態を説明する。図９のスペクトル計測装置２においては、レーザ光パルス源１００および光ループ装置１は、上述した構成と同一である。光ループ装置１には、光導波路ループ１１，光路選択器１２，周波数シフタ１３，光増幅器１４，光ゲートスイッチ１５および微調用の周波数シフタ１３が形成されている。
スペクトル計測装置２は、図１の光ループ装置１の出力である周波数被変換レーザ光ＬＭNの出力を、さらに微調用の周波数シフタ１６を通してさらに細かく光周波数を変換、掃引して試料２１に照射し、光検出器２２により試料２１を透過（あるいは反射）した光の強度を検出する。【００５４】
本実施形態では、光検出器２２が出力する検出信号はコンピュータ２３に送られ、コンピュータ２３はこの信号に基づきスペクトル解析を行う。なお、コンピュータ２３は、本発明における制御処理装置であり、周波数シフタ１６の掃引を制御している。なお、図９でも、光ゲートスイッチ１５は周波数シフタ１３および光増幅器１４の前段に設けられている。光増幅器１４は、周波数シフタ１３の後段にあってもよいし、前段にあってもよい。また、光路選択器１２および光増幅器１４に代えて、図８（Ａ），（Ｂ）に示した光増幅器内蔵光路選択器１２’を用いてもよい。【００５５】
図１０，図１１，図１２および図１３に、ハイブリッド集積した本発明の光ループ装置の実施形態を説明する。
図１０では、光ループ装置１（光導波路ループ１１、光路選択器１２、周波数シフタ１３、光増幅器１４）が、基板１７上に集積されている。図１１では、光強度変調器１０２と光ループ装置１（光導波路ループ１１、光路選択器１２、周波数シフタ１３、光増幅器１４）とが、基板１７上に集積されている。図１２では、レーザ光パルス源１００と光ループ装置１（光導波路ループ１１、光路選択器１２、周波数シフタ１３、光増幅器１４）とが、基板１７上に集積されている。
図１０，図１１，図１２では、光導波路ループ１１は、基板１７上に渦巻き状にパターン形成されている。光導波路ループ１１はガラス基板上またはガラス基板内に形成される。また、図示はしないが、たとえば、基板１７上に光導波路ループ１１のみを形成し、この基板１７と、光路選択器１２と、周波数シフタ１３と、光増幅器１４と、光強度変調器１０２とを結合するように構成できる。また、基板１７上に、光導波路ループ１１と、光路選択器１２，周波数シフタ１３，光増幅器１４，光強度変調器１０２の少なくとも１つとを集積するようにもできる。もちろん、図９で説明した微調用の周波数シフタ１６を基板１７に集積することもできる。
図１３では、光増幅器内蔵光路選択器１２’（図８（Ａ），（Ｂ）参照）を用いて光ループ装置１が構成されている。【００５６】
図１４は、光信号遅延回路として使用される本発明の光ループ装置の実施形態を示す説明図である。図１４では光信号遅延回路（光ループ装置）３は、通信回線３６に接続されている。光信号遅延回路３は、光導波路ループ３１を備え、光導波路ループ３１は、光路選択器３２と、光増幅器３３と、フィルタ３４と、光ゲートスイッチ３５とを有している。
光路選択器３２は、レーザ光パルス（光パケットＬＰ）を入射し、入射した光パケットＬＰを光導波路ループ３１内で少なくとも１回周回させる。光増幅器３３は、光導波路ループ３１を周回する光パケットＬＰを増幅し、ループ内での減衰を防止する。この光増幅器３３は、光導波路ループ３１内であればどこにあってもよい。【００５７】
フィルタ３４は、周回するレーザパケットＬＰの波形を元の形状に整形する。そして、光導波路ループ３１を周回する光パケットＬＰは、周回数Ｎに対応する所定タイミングで、光路選択器３２により、光導波路ループ３１の外部に出射される。
光ゲートスイッチ３５は光増幅器３３の前段に設けてあり、周回する光パケットＬＰが光導波路ループ３１から出射するタイミングに同期して、光ゲートスイッチ３５をオフし再びループしようとする光成分を消光することで、光路選択器３２の消光比を補うことができる。【００５８】
以上のようにして、光信号遅延回路３は、レーザ光パルス群からなる光パケットＬＰを所定の離散時間だけ遅延させることができる。
たとえば、将来のフォトニックネットワークにおいては、パケットを光信号のままルーティング処理することが予想されるが、その場合には、光信号を可変な時間遅延するための光メモリとして、図１４の光信号遅延回路３を使用することができる。図１４の光信号遅延回路３でも、光路選択器３２を、図３、図４および図５で説明した光スイッチにより構成できる。
また、光路選択器を図８（Ａ），（Ｂ）に示した光増幅器内蔵光路選択器１２’と同様に構成でき、この場合には光増幅器３３を省略することができる。【００５９】
さらに、図１５に示すように、光導波路ループ３１を基板上にパターン形成し、光路選択器３２，光増幅器３３，フィルタ３４と一体に形成することもできる。また、図８（Ｂ）に示した光増幅器内蔵光路選択器１２’と同様の構成の光増幅器内蔵光路選択器３２’を使用する場合には、図１６に示すように光増幅器３３を省略することができる。なお、図示はしないが、図１４，図１５および図１６の光信号遅延回路３には、他の光学要素（カプラ等）を設けることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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