(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸方向において空間的に並列に進行する複数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向に所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その前記一方向を前記パラレル信号光が存在する面内において前記パラレル信号光の進行方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記一方向に対して垂直にして、前記所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記所定幅内の異なる領域から、前記複数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出し、
その切り出した複数の出力光を集光して、複数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る光多重方法。
【請求項２】
一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その光入射面を前記一軸方向および前記他軸方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記光入射面に対して垂直にして、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出し、
その切り出した多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る光多重方法。
【請求項３】
一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その光入射面を前記一軸方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記他軸方向に対して傾けて、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として順次切り出し、
その切り出した多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る光多重方法。
【請求項４】
請求項１，２または３の光多重方法において、
前記光スイッチとして、前記制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の透過率で透過させるものを用いる光多重方法。
【請求項５】
請求項４の光多重方法において、前記光スイッチは、
前記制御光が照射されるか否かによって吸収係数が変化する機能性材料からなるベース層と、
このベース層に対して距離を隔てることなく、または距離を隔てて、このベース層上に形成された遮光層とを備え、
前記ベース層の前記遮光層で覆われていない部分が、互いに独立の複数の光シャッタ部として機能するものである光多重方法。
【請求項６】
請求項１，２または３の光多重方法において、
前記光スイッチとして、前記制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の反射率で反射させるものを用いる光多重方法。
【請求項７】
請求項６の光多重方法において、前記光スイッチは、  基板と、この基板上に形成された、前記制御光が照射されるか否かによって反射率が変化する反射層とを備え、その反射層が、互いに独立の複数の実効スイッチ部として機能するものである光多重方法。
【請求項８】
光スイッチ、制御光発生源、および集光光学系を備え、
前記光スイッチは、一方向に所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられるとともに、一軸方向において空間的に並列に進行する複数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、前記一方向が前記パラレル信号光の存在する面内において前記パラレル信号光の進行方向に対して傾けられて配置されたものであり、
前記制御光発生源は、前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記一方向に対して垂直にして、前記所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記所定幅内の異なる領域から、前記複数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出すものであり、
前記集光光学系は、その切り出された複数の出力光を集光して、複数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得るものである光多重装置。
【請求項９】
光スイッチ、制御光発生源、および集光光学系を備え、
前記光スイッチは、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられるとともに、一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、その光入射面が前記一軸方向および前記他軸方向に対して傾けられて配置されたものであり、
前記制御光発生源は、前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記光入射面に対して垂直にして、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出すものであり、
前記集光光学系は、その切り出された多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得るものである光多重装置。
【請求項１０】
光スイッチ、制御光発生源、および集光光学系を備え、
前記光スイッチは、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられるとともに、一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、その光入射面が前記一軸方向に対して傾けられて配置されたものであり、
前記制御光発生源は、前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記他軸方向に対して傾けて、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として順次切り出すものであり、
前記集光光学系は、その切り出された多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得るものである光多重装置。
【請求項１１】
請求項８，９または１０の光多重装置において、
前記光スイッチが、前記制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の透過率で透過させるものである光多重装置。
【請求項１２】
請求項１１の光多重装置において、前記光スイッチは、
前記制御光が照射されるか否かによって吸収係数が変化する機能性材料からなるベース層と、
このベース層に対して距離を隔てることなく、または距離を隔てて、このベース層上に形成された遮光層とを備え、
前記ベース層の前記遮光層で覆われていない部分が、互いに独立の複数の光シャッタ部として機能するものである光多重装置。
【請求項１３】
請求項８，９または１０の光多重装置において、
前記光スイッチが、前記制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の反射率で反射させるものである光多重装置。
【請求項１４】
請求項１３の光多重装置において、前記光スイッチは、
基板と、この基板上に形成された、前記制御光が照射されるか否かによって反射率が変化する反射層とを備え、その反射層が、互いに独立の複数の実効スイッチ部として機能するものである光多重装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムに用いる光多重（光マルチプレックス）の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送信側において、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側において、その多重化されたシリアル信号光を多チャンネルの信号光に分配する光通信システムでは、増大する情報量に対応したＴｂｉｔ／ｓ（テラビット／秒）オーダーの超高速の光通信網を実現するために、それに対応した光多重（光マルチプレックス）および光分配（光デマルチプレックス）の方法が研究されている。
【０００３】
従来、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化する方法としては、「Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ  Ｎｏ．１８７（１９９５年６月）」７３ページ以下に示されているように、信号光の位相を変化させる位相シフト法や、信号光の周波数（波長）を変化させる周波数シフト法が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の位相シフト法や周波数シフト法では、多重化前のビットレートの低い多チャンネル信号光の段階で、それぞれの信号光のパルス時間幅を多重化に耐えられる程度に十分短くしなければならない。しかしながら、多重化後のシリアル信号光のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓにする場合には、そのシリアル信号光のパルス時間間隔を１ｐｓ（ピコ秒）にしなければならず、多重化前のそれぞれの信号光のパルス時間幅を、その１／１０の１００ｆｓ（フェムト秒）というような非常に短いものにしなければならず、技術的にかなり困難となる。
【０００５】
しかも、位相シフト法や周波数シフト法では、基本的に一度に２チャンネルの信号光しか多重化できず、多チャンネルの信号光を多重化するには、チャンネル数をＮとすると、（Ｎ−１）回に渡って多重化を繰り返さなければならず、光学系が著しく複雑になって、チャンネル数が多くなるほど対応が困難になる。
【０００６】
また、互いに同期した単純にパラレルな多チャンネル信号光として、仮にパルス時間幅が上記のように非常に短いものが得られる場合、例えば、それぞれの信号光を光路長の異なる導波路に供給して、互いの間に時間差を持たせた後、一つの導波路に集光することによって、ビットレートの高いシリアル信号光を得ることができる。しかし、この場合、各チャンネルの信号光の間に正確な時間差を持たせるためには、非常に高度なプロセス技術が必要となるとともに、チャンネル数が多くなるほど多くの導波路を必要とし、構成が複雑となる。
【０００７】
さらに、上述したのは、空間的に１次元のパラレル信号光を、時間軸方向にしか情報を持たないという意味で、時間的にシリアルで、空間的にはゼロ次元の信号光に変換する場合であるが、空間的に２次元のパラレル信号光を、同様のシリアル信号光に変換する必要性ないし要求も考えられる。
【０００８】
例えば、画像情報の光伝送で、送信側で、ｍ×ｎ画素についてのパラレル２次元画像情報を、シリアル信号光に多重化して送信し、受信側で、その多重化されたシリアル信号光を、一軸方向にはｍチャンネルで、これと直交する他の一軸方向にはｎチャンネルの、空間的に２次元のパラレル信号光に分離すれば、ｍ×ｎ画素についてのパラレル２次元画像情報を、２次元パラレル性を維持したまま、２次元空間光変調器や２次元ＣＣＤアレイなどによって直接、処理または検出することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、従来の位相シフト法や周波数シフト法では、このように空間的に２次元のパラレル信号光を多重化されたシリアル信号光に変換するのは、上述した空間的に１次元のパラレル信号光を変換する場合よりも、さらに一層、困難となる。
【００１０】
そこで、この発明は、空間的に１次元または２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができるようにしたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、空間的に１次元のパラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の方法で、請求項１の発明の光多重方法では、
一軸方向において空間的に並列に進行する複数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向に所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その前記一方向を前記パラレル信号光が存在する面内において前記パラレル信号光の進行方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記一方向に対して垂直にして、前記所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記所定幅内の異なる領域から、前記複数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出し、
その切り出した複数の出力光を集光して、複数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る。
【００１４】
請求項２の発明は、空間的に２次元のパラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の方法で、請求項２の発明の光多重方法では、
一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その光入射面を前記一軸方向および前記他軸方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記光入射面に対して垂直にして、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として同時に切り出し、
その切り出した多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る。
【００１５】
請求項３の発明も、空間的に２次元のパラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の方法で、請求項３の発明の光多重方法では、
一軸方向およびこれと交差する他軸方向の２軸方向において空間的に並列に進行する多数の信号光からなるパラレル信号光の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを、その光入射面を前記一軸方向に対して傾けて配置し、
前記パラレル信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光を、その進行方向を前記他軸方向に対して傾けて、前記一方向および前記他方向の所定幅に渡って前記光スイッチに入射させて、前記光スイッチの前記一方向および前記他方向の所定幅内の異なる領域から、前記多数の信号光のそれぞれ一部を、それぞれ出力光として順次切り出し、
その切り出した多数の出力光を集光して、多数の信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光を得る。
【００１７】
上記の各場合においては、光スイッチとして、制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として信号光を所定値以上の透過率で透過させるものを用いることができ、あるいはまた、制御光が照射された瞬間だけ、オン状態として信号光を所定値以上の反射率で反射させるものを用いることができる。
【００１８】
なお、請求項２または３で「多数の信号光」「多数の出力光」というのは、２次元のチャンネル数を１次元のチャンネル数と区別するためで、特に幾つ以上というものではなく、請求項１でいう「複数の信号光」「複数の出力光」の「複数」より多いという意味でもない。
【００１９】
【作用】
上記の方法による請求項１の発明の光多重方法においては、パラレル信号光中のそれぞれの信号光のパルス時間幅を十分長くし、制御光のパルス時間幅を十分短くするとともに、パラレル信号光と制御光の同期関係を規定することによって、制御光が光スイッチの所定幅内の各領域を同時に照射して、各領域を同時に透過状態または反射状態にし、その時点で、パラレル信号光中の異なる信号光のそれぞれ一部が、その透過状態または反射状態とされた領域に入射するようになる。
【００２０】
したがって、光スイッチの所定幅内の各領域において、パラレル信号光中の異なる信号光のそれぞれ一部が、同時に、その領域を透過し、またはその領域で反射して、パルス時間幅の短い出力光として切り出される。
【００２１】
そして、切り出される光スイッチの領域から集光光学系までの、それぞれの出力光の光路長が異なることによって、それぞれの出力光の間に時間差を生じる。そして、その切り出された複数の出力光が、互いの間に時間差を持った状態で、集光光学系により集光されて、時間的に多重化される。
【００２２】
したがって、空間的に１次元のパラレル信号光が、多重化されたシリアル信号光に変換されることになる。
【００２３】
この場合、例えば、多重化後のシリアル信号光のビットレートを１Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット／秒）、パルス時間間隔を１ｎｓ（ナノ秒）とする場合には、切り出された出力光の空間的な距離間隔を３０ｃｍとしなければならず、上記の方法は、デバイスとして非現実的な巨大なものとなる。
【００２４】
しかし、例えば、多重化後のシリアル信号光のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、切り出された出力光の空間的な距離間隔を３００μｍ＝０．０３ｃｍとすればよい。したがって、例えば、パラレル信号光を光スイッチに対して４５度の角度で入射させ、制御光を光スイッチに垂直に入射させる場合には、光スイッチの出力光が切り出されるべき各領域の空間的な距離間隔を４２４μｍとすればよく、１００チャンネルの１次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合でも、光スイッチの所定幅は４．２ｃｍ強でよい。
【００２５】
したがって、請求項１の発明の光多重方法によれば、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００２６】
上記の方法による請求項２の発明の光多重方法においては、パラレル信号光中のそれぞれの信号光のパルス時間幅を十分長くし、制御光のパルス時間幅を十分短くするとともに、パラレル信号光と制御光の同期関係を規定することによって、制御光が光スイッチの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の各領域を同時に照射して、各領域を同時に透過状態または反射状態にし、その時点で、パラレル信号光中の異なる信号光のそれぞれ一部が、その透過状態または反射状態とされた領域に入射するようになる。
【００２７】
したがって、光スイッチの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の各領域において、パラレル信号光中の異なる信号光のそれぞれ一部が、同時に、その領域を透過し、またはその領域で反射して、パルス時間幅の短い出力光として切り出される。
【００２８】
そして、切り出される光スイッチの領域から集光光学系までの、それぞれの出力光の光路長が異なることによって、それぞれの出力光の間に時間差を生じる。そして、その切り出された多数の出力光が、互いの間に時間差を持った状態で、集光光学系により集光されて、時間的に多重化される。
【００２９】
したがって、空間的に２次元のパラレル信号光が、多重化されたシリアル信号光に変換されることになる。
【００３０】
そして、請求項１の発明の光多重方法につき上述したところから明らかなように、例えば、多重化後のシリアル信号光のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合でも、光スイッチの一方向および他方向のそれぞれの所定幅は数ｃｍ程度でよい。
【００３１】
したがって、請求項２の発明の光多重方法によれば、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００３２】
上記の方法による請求項３の発明の光多重方法においても、同様に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
〔透過型の光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合…図１および図２〕
図１は、この発明の光多重方法および光多重装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに１次元のパラレル信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００３４】
パラレル信号光１は、図の場合には６チャンネルの信号光１Ａ〜１Ｆが、空間的に図の上下方向に並列に、それと直交する図の左方向に進行するもので、その信号光１Ａ〜１Ｆは、それぞれ光ファイバなどの光導波路から、または１次元ライン状の発光素子もしくは空間光変調素子から、互いに空間的に重なり合わないように出力させるとともに、後述するようにパルス時間幅を十分長くする。
【００３５】
このパラレル信号光１の光路上に、１次元ライン状の光スイッチ３０を、そのライン方向をパラレル信号光１の進行方向に対して傾けて配置する。光スイッチ３０は、制御光２が照射されるか否かにより吸収係数（吸光度）が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、透過状態として信号光１Ａ〜１Ｆを所定値以上の透過率で透過させるものとするとともに、そのライン方向に所定幅Ｗの広がりを有するものとし、パラレル信号光１を、その所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。
【００３６】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１１に示して後述するように選択的に遮光層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに分離した、図のようにＮ（チャンネル数）＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕを、互いに独立した光シャッタ部として機能させることが望ましい。
【００３７】
あるいはまた、光スイッチ３０の前方または後方に、このように領域Ｗｐ〜Ｗｕのみを光シャッタ部として機能させるフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００３８】
一方、信号光１Ａ〜１Ｆの一組につき一つの制御光パルス２ａからなる、信号光１Ａ〜１Ｆに同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成する。
【００３９】
そして、この制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。図の場合は、制御光２を信号光１Ａ〜１Ｆの出射側から光スイッチ３０に入射させる場合であるが、信号光１Ａ〜１Ｆの入射側から光スイッチ３０に入射させてもよい。
【００４０】
光スイッチ３０は、領域Ｗｐ〜Ｗｕの隣り合うもの間のパラレル信号光１の進行方向における距離間隔に相当する時間間隔が、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔と等しくなるように、領域Ｗｐ〜Ｗｕの隣り合うもの間の所定幅Ｗの方向における距離間隔、およびパラレル信号光１に対する傾き角を設定するとともに、制御光パルス２ａの時間幅は、シリアル信号光３のパルス時間間隔より十分短くする。
【００４１】
例えば、多重化後のシリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとし、光スイッチ３０をパラレル信号光１に対して４５°傾ける場合には、領域Ｗｐ〜Ｗｕの隣り合うもの間のパラレル信号光１の進行方向における距離間隔を３００μｍ、所定幅Ｗの方向における距離間隔を４２４μｍとし、制御光パルス２ａの時間幅を１００ｆｓ程度とする。
【００４２】
光スイッチ３０より前方側のパラレル信号光１の光路上には、レンズを組み合わせて構成した集光光学系２０と、これにより集光された信号光（出力光）３Ａ〜３Ｆをシリアル信号光３として伝送する光ファイバなどの光導波路１０とを配置する。
【００４３】
上述した方法ないし装置においては、図２（Ａ）に示すように、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕを同時に照射し、同時に透過状態にする。そして、図示するように、信号光１Ａ〜１Ｆのすべてが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる。
【００４４】
したがって、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達した時点で、それぞれ信号光１Ａ〜１Ｆの一部が、光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕを透過して、図２（Ｂ）に示すように、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ａ〜３Ｆとして切り出される。
【００４５】
この場合、それぞれの出力光３Ａ〜３Ｆは、時間的には同時に切り出されるが、切り出された瞬間での空間的位置が、パラレル信号光１の進行方向において、領域Ｗｐ〜Ｗｕの隣り合うもの間のパラレル信号光１の進行方向における距離間隔分ずつ順次ずれるようになる。
【００４６】
したがって、出力光３Ａ〜３Ｆが、それぞれ集光光学系２０を通じて光導波路１０に進入する時点が、上記の距離間隔に相当する時間間隔分ずつ順次ずれて、出力光３Ａ〜３Ｆは、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、信号光（出力光）３Ａ〜３Ｆが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。すなわち、信号光１Ａ〜１Ｆからなる空間的に１次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００４７】
この場合、多重化後のシリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、例えば、光スイッチ３０をパラレル信号光１に対して４５°傾ける場合、上述したように光スイッチ３０の領域Ｗｐ〜Ｗｕの隣り合うもの間の所定幅Ｗの方向における距離間隔を４２４μｍとすればよく、１００チャンネルの１次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合でも、所定幅Ｗは４．２ｃｍ強でよい。
【００４８】
パラレル信号光１中のそれぞれの信号光１Ａ〜１Ｆのパルス時間幅は、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔の（Ｎ−１）倍以上にすればよく、シリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、図のようにＮ＝６の場合には５ｐｓ以上にし、１００チャンネルの１次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合には９９ｐｓ以上にすればよい。
【００４９】
図１および図２（Ａ）（Ｂ）では便宜上、一部を省略したが、パラレル信号光１は信号光１Ａ〜１Ｆの組が時間的にシリアルに連続するもので、光スイッチ３０からは、図２（Ｃ）に示すように、出力光３Ａ〜３Ｆの組が連続して切り出される。ただし、同図は、出力光３Ａ〜３Ｆの空間的位置関係を示したもので、時間的には、出力光３Ａ〜３Ｆの一組が同時に切り出され、上述した信号光１Ａ〜１Ｆのパルス時間幅より長い時間後に、出力光３Ａ〜３Ｆの次の一組が同時に切り出される。
【００５０】
以上のように、上述した実施形態によれば、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００５１】
〔透過型の光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合…図３および図４〕
図３は、この発明の光多重方法および光多重装置の他の実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに１次元のパラレル信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合である。
【００５２】
この実施形態では、パラレル信号光１の光路上に光スイッチ３０を、そのライン方向をパラレル信号光１の進行方向に対して垂直にして配置して、パラレル信号光１を、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。その他は、図１の実施形態と同じである。
【００５３】
ただし、制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの光スイッチ３０の領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔と等しくするとともに、制御光パルス２ａの時間幅を、その到達時間差より十分短くする。例えば、多重化後のシリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を１ｐｓとし、制御光パルス２ａの時間幅を１００ｆｓ程度とする。
【００５４】
上述した方法ないし装置においては、図４（Ａ）に示すように、信号光１Ｆ〜１Ａが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｕに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる。
【００５５】
したがって、同図に示すように、信号光１Ｆ〜１Ａが光スイッチ３０に到達した時点で、光スイッチ３０の領域Ｗｕが透過状態とされ、信号光１Ｆの一部が領域Ｗｕを透過して、図４（Ｂ）に示すように、パルス時間幅の短い出力光３Ｆとして切り出される。
【００５６】
次に、同図に示すように、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｔに到達して、領域Ｗｔが透過状態とされ、信号光１Ｅの一部が領域Ｗｔを透過して、図４（Ｃ）に示すように、パルス時間幅の短い出力光３Ｅとして切り出される。次に、同図に示すように、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｓに到達して、領域Ｗｓが透過状態とされ、信号光１Ｄの一部が領域Ｗｓを透過して、図３に示したように、パルス時間幅の短い出力光３Ｄとして切り出される。以下、同様にして、図３の実施形態では、信号光１Ｆ〜１Ａのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ｆ〜３Ａとして順次、切り出される。
【００５７】
この場合、それぞれの出力光３Ｆ〜３Ａは、空間的にはパラレル信号光１の進行方向の同一位置で切り出されるが、切り出された時点が、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差分ずつ、すなわち得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔分ずつ順次ずれるようになる。
【００５８】
したがって、出力光３Ｆ〜３Ａが、それぞれ集光光学系２０を通じて光導波路１０に進入する時点が、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔分ずつ順次ずれて、出力光３Ｆ〜３Ａは、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、信号光（出力光）３Ｆ〜３Ａが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。すなわち、信号光１Ｆ〜１Ａからなる空間的に１次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００５９】
〔反射型の光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合…図５〕
図５は、この発明の光多重方法および光多重装置の他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに１次元のパラレル信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００６０】
この実施形態では、図１の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向をパラレル信号光１の進行方向に対して傾けて、光スイッチ３０をパラレル信号光１の光路上に配置する。ただし、この場合の光スイッチ３０は、制御光２が照射されるか否かにより屈折率が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、干渉により反射状態として信号光１Ａ〜１Ｆを所定値以上の反射率で反射させるものとする。
【００６１】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１２に示して後述するように選択的に反射層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに分離した、図のようにＮ＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した実効スイッチ部として機能するようにすることが望ましい。
【００６２】
あるいはまた、信号光１Ａ〜１Ｆの光スイッチ３０への入射位置または光スイッチ３０からの反射位置に、このように領域Ｗｐ〜Ｗｕのみを実効スイッチ部として機能させるフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００６３】
光スイッチ３０の反射面側にパラレル信号光１を、所定幅Ｗに渡って入射させるとともに、パラレル信号光１に同期した制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして光スイッチ３０の反射面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。
【００６４】
そして、信号光１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０で反射した後の位置に、上述した集光光学系２０および光導波路１０を配置する。
【００６５】
信号光１Ａ〜１Ｆのすべてが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図１の実施形態と同じである。
【００６６】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図１の実施形態と同様に、信号光１Ａ〜１Ｆのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ａ〜３Ｆとして切り出されて、集光光学系２０および光導波路１０により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、信号光（出力光）３Ａ〜３Ｆが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。
【００６７】
〔反射型の光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合…図６〕
図６は、この発明の光多重方法および光多重装置のさらに他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに１次元のパラレル信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合で、（Ａ）（Ｂ）は、互いに直交する方向から見た図である。
【００６８】
この実施形態では、図３の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向をパラレル信号光１の進行方向に対して垂直にして、光スイッチ３０をパラレル信号光１の光路上に配置するが、その光スイッチ３０は、図５の実施形態と同様に反射型のものとし、パラレル信号光１を、ハーフミラー５０を介して光スイッチ３０の反射面側に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、光スイッチ３０の反射面側から光スイッチ３０に入射させる。
【００６９】
そして、信号光１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０で反射し、さらにハーフミラー５０を透過した後の位置に、上述した集光光学系２０および光導波路１０を配置する。
【００７０】
制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの光スイッチ３０の領域Ｗｐ〜Ｗｕへの到達時間の差を、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔と等しくし、信号光１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｐに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図３の実施形態と同じである。
【００７１】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図３の実施形態と同様に、信号光１Ａ〜１Ｆのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ａ〜３Ｆとして切り出されて、集光光学系２０および光導波路１０により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、信号光（出力光）３Ａ〜３Ｆが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。
【００７２】
なお、ハーフミラー５０を用いないで、図６（Ｂ）において一点鎖線で示すように、光スイッチ３０に入射する信号光１Ａ〜１Ｆと、光スイッチ３０で反射する出力光３Ａ〜３Ｆとの間に、角度を持たせるようにしてもよい。
【００７３】
〔２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合…図７〜図１０〕
図７は、空間的に２次元のパラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の一実施形態を示し、２個の光スイッチを用いる場合である。
【００７４】
この場合のパラレル信号光１は、図７（Ａ）に示すように、進行方向であるＺ軸方向と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の双方に空間的に並列な、５×５チャンネルの、それぞれ信号光のパルス時間幅が十分長いものである。
【００７５】
このパラレル信号光１の光路上に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する透過型の光スイッチ３０Ｙを、Ｚ軸方向に対して垂直に配置して、パラレル信号光１を光スイッチ３０Ｙに入射させるとともに、パラレル信号光１に同期した制御光２Ｙを、Ｘ軸方向に対して垂直にし、Ｙ軸方向に対しては傾けて、光スイッチ３０Ｙに入射させる。
【００７６】
この場合、制御光２Ｙのパルス時間幅を、制御光２Ｙの光スイッチ３０ＹのＹ軸方向における５つの領域への到達時間の差より十分短くする。
【００７７】
したがって、光スイッチ３０ＹのＹ軸方向における５つの領域から、パラレル信号光１のＹ軸方向における５つの信号光グループ１ａ〜１ｅが順次、切り出される。ただし、図の場合には、信号光グループ１ｅが最初に切り出され、信号光グループ１ａが最後に切り出される。信号光グループ１ａ〜１ｅは、それぞれＸ軸方向に空間的に並列な５チャンネルのパラレル信号光で、それぞれの信号光の一部が切り出される。
【００７８】
さらに、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、これら信号光グループ１ａ〜１ｅが切り出された後の位置に、光スイッチ３０Ｙと同様に２次元の透過型の光スイッチ３０Ｘを、Ｚ軸方向に対して垂直に配置して、信号光グループ１ａ〜１ｅを光スイッチ３０Ｘに入射させるとともに、信号光グループ１ａ〜１ｅの一つにつき一つの制御光パルスからなる、信号光グループ１ａ〜１ｅのそれぞれに同期した制御光２Ｘを、Ｙ軸方向に対して垂直にし、Ｘ軸方向に対しては傾けて、光スイッチ３０Ｘに入射させる。
【００７９】
この場合、制御光２Ｘのパルス時間幅を、制御光２Ｘの光スイッチ３０ＸのＸ軸方向における５つの領域への到達時間の差より十分短くする。
【００８０】
したがって、光スイッチ３０ＸのＸ軸方向における５つの領域から、信号光グループ１ａ〜１ｅのそれぞれのＸ軸方向における５つの信号光３Ａ〜３Ｅが順次、切り出される。ただし、図の場合には、信号光グループ１ｅ中の信号光３Ｅが一番最初に切り出され、信号光グループ１ａ中の信号光３Ａが一番最後に切り出される。信号光３Ａ〜３Ｅも、それぞれ一部が切り出される。
【００８１】
そして、信号光グループ１ｅ〜１ａの信号光３Ｅ〜３Ａが切り出された後の位置に、上述した集光光学系２０および光導波路１０を配置する。
【００８２】
したがって、切り出された信号光グループ１ｅ〜１ａの信号光３Ｅ〜３Ａが、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、５×５チャンネルの信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。すなわち、５×５チャンネルの空間的に２次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００８３】
この場合、パラレル信号光１を発光または変調する発光素子または空間光変調素子は、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔のチャンネル数倍の時間ごとに信号光を発光または変調できればよい。したがって、シリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、例えば、パラレル信号光１が１００×１００画素についての２次元画像情報である場合には、１ｐｓ×１００×１００＝１０ｎｓの時間ごとに応答できればよく、さらに、パラレル信号光１が１０００×１０００画素についての２次元画像情報である場合には、１μｓの時間ごとに応答できればよい。したがって、パラレル信号光１を発光または変調する発光素子または空間光変調素子としては、現在考えられている、２次元面発光素子や、液晶などを用いた２次元空間光変調素子などを用いることができる。
【００８４】
さらに、多重化後のシリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、図１の実施形態で示したところから明らかなように、１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合でも、光スイッチ３０Ｙおよび３０Ｘは、それぞれ数ｃｍ角でよい。
【００８５】
以上のように、上述した実施形態によれば、２個の光スイッチを用いて、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００８６】
なお、光スイッチ３０ＹをＹ軸方向に対して傾けて配置し、制御光２Ｙを光スイッチ３０Ｙに垂直に入射させてもよく、また、光スイッチ３０ＸをＸ軸方向に対して傾けて配置し、制御光２Ｘを光スイッチ３０Ｘに垂直に入射させてもよい。また、一方または双方の光スイッチを反射型にすることもできる。
【００８７】
１個の光スイッチを用いて、空間的に２次元のパラレル信号光をシリアル信号光に変換することもできる。この場合には、図８に示すように、光スイッチ３０を２次元のものとして、パラレル信号光１または制御光２に対して、２軸方向に傾きを有するように配置し、図では省略したが、他方の制御光またはパラレル信号光は、例えば光スイッチ３０に垂直に入射させる。
【００８８】
図９は、この場合の光多重方法および光多重装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これにパラレル信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合である。
【００８９】
この実施形態では、２次元光源４０から、パラレル信号光１として、その進行方向であるＺ軸方向に垂直なＸ軸方向およびＹ軸方向の双方に空間的に並列な、４×４チャンネルの、それぞれ信号光のパルス時間幅が十分長いものを得る。
【００９０】
このパラレル信号光１の光路上に、２次元の透過型の光スイッチ３０を、Ｚ軸方向に対して垂直に配置して、パラレル信号光１を光スイッチ３０に入射させるとともに、パラレル信号光１に同期した制御光２を、Ｘ軸方向とＹ軸方向の双方に対して傾けて、光スイッチ３０に入射させる。
【００９１】
すなわち、時間幅の十分短い制御光パルスが、光スイッチ３０の第１ライン上の４つの領域を順次照射し、次いで第２ライン上の４つの領域を順次照射し、次いで第３ライン上の４つの領域を順次照射し、次いで第４ライン上の４つの領域を順次照射するというように、光スイッチ３０の４×４の領域を、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔に等しい時間間隔で順次、ラスタ走査するように、制御光２を光スイッチ３０に入射させる。
【００９２】
したがって、光スイッチ３０の４×４の領域から、パラレル信号光１の４×４チャンネルの信号光のそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３ａとして順次、切り出される。
【００９３】
そして、出力光３ａが切り出された後の位置に、上述した集光光学系２０および光導波路１０を配置する。
【００９４】
したがって、パラレル信号光１の４×４の信号光のそれぞれについての切り出された出力光３ａが、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、４×４チャンネルの信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。すなわち、４×４チャンネルの空間的に２次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００９５】
なお、光スイッチ３０の前方または後方には、図１０に示すような、各チャンネルの信号光を個々に分離する透過ピクセル８１を有するフィルタ８０を配置することが好ましい。あるいはまた、光スイッチ３０を、図１１に示して後述するような互いに独立の光シャッタ部３４を２次元的に並べて形成したものとしてもよい。
【００９６】
この実施形態でも、図７の実施形態と同様に、２次元光源４０としては、現在考えられている、２次元面発光素子などの発光素子や、液晶などを用いた２次元空間光変調素子などを用いることができる。また、多重化後のシリアル信号光３のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔を１ｐｓとする場合には、１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合でも、光スイッチ３０は数ｃｍ角でよい。
【００９７】
以上のように、上述した実施形態によれば、１個の光スイッチを用いて、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００９８】
なお、光スイッチ３０をＸ軸方向とＹ軸方向の双方に対して傾けて配置し、制御光２を光スイッチ３０に垂直に入射させてもよい。また、光スイッチを反射型にすることもできる。
【００９９】
図９で、光スイッチ３０をパラレル信号光１の進行方向であるＺ軸方向に垂直なＹ軸方向に対して傾けて配置し、制御光２をＺ軸方向およびＹ軸方向に垂直なＸ軸方向に対して傾けて光スイッチ３０に入射させ、または逆に、光スイッチ３０をＸ軸方向に対して傾けて配置し、制御光２をＹ軸方向に対して傾けて光スイッチ３０に入射させてもよい。
【０１００】
この場合でも、図９の場合と同様に、光スイッチ３０の４×４の領域から、パラレル信号光１の４×４チャンネルの信号光のそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３ａとして順次、切り出されて、集光光学系２０および光導波路１０により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路１０において、４×４チャンネルの信号光が時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。
【０１０１】
〔光スイッチの例…図１１、図１２〕
図１１は、上述した光多重方法および光多重装置の光スイッチとして用いて好適な透過型光スイッチの一例を示す。
【０１０２】
この光スイッチは、石英基板３１上に、フェムト秒オーダーで可飽和吸収を示す機能性薄膜３２を形成し、その機能性薄膜３２上に、アルミニウムの蒸着およびエッチングにより、遮光層３３を所定パターンに形成して、機能性薄膜３２の遮光層３３で覆われていない部分３４を、互いに独立の複数の光シャッタ部として機能させるものである。
【０１０３】
後述する実験のために実際に製造した例を示す。石英基板３１は、濃硫酸に一昼夜浸漬後、流水洗浄し、さらに超純水中で超音波洗浄したものを用いた。機能性薄膜３２としては、大面積化を考慮して、有機材料であるＡｌＰｃ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）を用いた。ＡｌＰｃ−Ｆは、波長６００〜８００ｎｍに対して吸収を示し、パワー密度５×１０９Ｗ／ｃｍ２の入射光で４５％の吸収変化を生じる。
【０１０４】
石英基板３１上に、このＡｌＰｃ−Ｆを１５０度、１０−６Ｔｏｒｒで真空蒸着して、０．８μｍ厚の機能性薄膜３２を形成した。この機能性薄膜３２上に、アルミニウムを１０−６Ｔｏｒｒで５００ｎｍ厚に蒸着し、塩酸を用いた通常のエッチングを行って、遮光層３３を所定パターンに形成し、光シャッタ部３４を形成した。
【０１０５】
機能性薄膜３２としては、ＡｌＰｃ−Ｆ以外に、ポリジアセチレンやポリチオフェンなどのπ共役系高分子、スクエアリリウムなどの色素会合体、Ｃ６０薄膜などを用いることができる。
【０１０６】
また、遮光層３３は、光の透過を阻止すればよいので、アルミニウムのように光を反射するものではなく、光を十分に吸収するものでもよい。さらに、石英基板３１のような透光性基板を設ける場合には、遮光層３３を、機能性薄膜３２上ではなく、その透光性基板の機能性薄膜３２が形成される面と反対側の面上に形成してもよい。また、透光性基板はなくてもよく、ＡｌＰｃ−Ｆなどの機能性材料からなるベース層の一面に遮光層３３を設けるだけでもよい。
【０１０７】
図１２は、上述した光多重方法および光多重装置の光スイッチとして用いて好適な反射型光スイッチの一例を示す。
【０１０８】
この光スイッチは、シリコン基板３５上に、制御光が照射されるか否かによって屈折率が変化し、干渉反射による反射率が変化する反射層３６を、互いに独立の複数の実効スイッチ部として形成したものである。
【０１０９】
反射層３６としては、低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのＭＱＷ（多重量子井戸）を用いることができる。このＭＱＷは、波長１．５３５μｍ、光強度１０ｐＪの入射光に対して、動作時間２５０ｆｓ、繰り返し周波数２０ＧＨｚで応答し、この発明の光多重方法および光多重装置に用いる光スイッチとして十分な機能を有する。
【０１１０】
ただし、反射層３６としては、他の材料を用いることもできる。また、基板としても、シリコン基板３５に限らず、反射層３６に比べて反射率が十分に低いものであれば、他の材料のものを用いることができる。
【０１１１】
〔実験例…図１３〕
図１３は、図１１に示した透過型光スイッチを実際に作製して、この発明の光多重方法における光切り出し動作を確認した際に用いたシステムを示す。ただし、信号光として１次元ライン状の連続光を用い、制御光の照射によって、これを２つの光パルスの列に変換した場合である。
【０１１２】
後段にＳＨＧユニット（波長変換ユニット）を備える１．５５μｍＣＷ半導体レーザ６１からの１．５５μｍのレーザ光を、ＳＨＧユニットのＫＤＰ結晶に入射させて７７５ｎｍに波長変換し、光ファイバ６２中を通した後、２枚のシリンドリカルレンズ６３で１次元ライン状に広げて、信号光とした。この信号光を、図１の実施形態で示したような光切り出し動作をする光スイッチ３０に垂直に入射させた。
【０１１３】
光通信では、主として１．５５μｍ帯の信号光が用いられる。しかし、光スイッチ３０の図１１に示した機能性薄膜３２を形成するＡｌＰｃ−Ｆは、上述したように６００〜８００ｎｍに対して吸収を示す。そのため、１．５５μｍのレーザ光を、１／２の７７５ｎｍに波長変換して、信号光としたものである。
【０１１４】
同時に、後段に再生増幅器を備えるチタン・サファイアレーザ（Ｃｌａｒｋ−ＭＸＲ：繰り返し周波数１００ＭＨｚ）６４からの、パルス時間幅がフェムト秒オーダーのパルスを、再生増幅器で増幅した後、ミラー６５で反射させ、エキスパンダ６６で広げて制御光とし、光スイッチ３０に斜めに入射させた。
【０１１５】
光スイッチ３０を透過した信号光は、２枚のシリンドリカルレンズ６７で集光して、ストリークカメラ（浜松ホトニクス製、Ｃ５６８０／Ｍ５６７５）６８に入射させた。
【０１１６】
ストリークカメラ６８の掃引時間は３００ｐｓで、掃引タイミングは、チタン・サファイアレーザ６４の発振出力を時間遅延素子６９で遅延させて制御用コンピュータ７０に供給し、制御用コンピュータ７０でストリークカメラ６８を制御することにより制御した。
【０１１７】
光スイッチ３０は、図１１に示して上述した機能性薄膜３２としてＡｌＰｃ−Ｆを用い、遮光層３３で覆われていない光シャッタ部３４を２個形成したものである。そのサイズは、２個の光シャッタ部３４をそれぞれ６ｍｍのルート２倍の８．５ｍｍ、その間隔を１５ｍｍのルート２倍の２１．２ｍｍとした。制御光の光強度は、ゲート光として十分な５×１０１０Ｗ／ｐｕｌｓｅ  とした。
【０１１８】
制御光を光スイッチ３０に４５°の角度で入射させると、２個の光シャッタ部３４およびその間隔のサイズに対応して、それぞれ半値幅が２０ｐｓ以下で、パルス間隔が５０ｐｓの２つの光パルスが連続光から切り出されて、ストリークカメラ６８上に２つの輝点が観測されることが認められた。制御光を照射しなかったときには、ストリークカメラ６８上に輝点は観測されなかった。
【０１１９】
光スイッチ３０をサイズを変えて数種類作成し、同様の実験を行ったところ、２つの輝点の半値幅およびパルス間隔が、２個の光シャッタ部３４およびその間隔のサイズに良く対応することが分かった。したがって、上述した各実施形態の光多重方法および光多重装置によれば、それぞれ上述した光多重を行うことができることが分かる。
【０１２０】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、空間的に１次元または２次元の多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光多重方法および光多重装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図３】この発明の光多重方法および光多重装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】図３の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図５】この発明の光多重方法および光多重装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図６】この発明の光多重方法および光多重装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の一実施形態を示す図である。
【図８】２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の他の実施形態の原理を示す図である。
【図９】２次元パラレル信号光をシリアル信号光に変換する場合の他の実施形態を示す図である。
【図１０】図９の実施形態に用いて好適なフィルタを示す図である。
【図１１】この発明の光多重方法および光多重装置に用いる透過型光スイッチの一例を示す図である。
【図１２】この発明の光多重方法および光多重装置に用いる反射型光スイッチの一例を示す図である。
【図１３】実験に用いたシステムを示す図である。
【符号の説明】
１…パラレル信号光、１Ａ〜１Ｆ…信号光、１ａ〜１ｅ…信号光グループ、
２，２Ｘ，２Ｙ…制御光、２ａ…制御光パルス、
３…シリアル信号光、３Ａ〜３Ｆ，３ａ…出力光（信号光）、
１０…光導波路、
２０…集光光学系、
３０，３０Ｘ，３０Ｙ…光スイッチ、Ｗｐ〜Ｗｕ…領域、Ｗ…所定幅、
３２…機能性薄膜（ベース層）、３３…遮光層、３４…光シャッタ部、
３５…シリコン基板（基板）、３６…反射層（実効スイッチ部）、
４０…２次元光源、
５０…ハーフミラー、
８０…フィルタ
【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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