(57)【要約】【課題】スペックルパターンを発生させるための電極や機構部及び当該電極や機構部を駆動させるための電源が不要であり、構造も簡単で且つ高速スイッチングが可能な、非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチを得る。【解決手段】マルチモード光導波路支持基板に透光性の高い非線形光学結晶又は有機材料よりなる１個のマルチモード光導波路と２個のマルチモード光導波路とが一箇所で合流するように形成するとともに前記合流点に非線形光学効果を有した光学材料を形成し、前記光学材料を通過した後のマルチモード光導波路中に入力光の経路変換を行わせるホログラフィックフィルターを形成して構成する。マルチモード光導波路の材料として、Ｔｉなどの不純物をドープしたＬｉＮｂＯ３とし、ホログラフィックフィルターの材料として、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｒｈなどの不純物をドープしたＬｉＮｂＯ３とする。【選択図】図１
2008065157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光導波路支持基板に透光性の高い非線形光学結晶又は有機材料よりなる１個のマルチモード光導波路と２個のマルチモード光導波路とが一箇所で合流するように形成するとともに前記合流点に非線形光学効果を有した光学材料を形成し、前記光学材料を通過した後のマルチモード光導波路中に入力光の経路変換を行わせるホログラフィックフィルターを形成して構成することを特徴とした、非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチ。
【請求項２】
マルチモード光導波路の材料として、チタン（Ｔｉ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とし、ホログラフィックフィルターの材料として、ホログラムの書込みが可能でフォトリフラクティブ効果のある、鉄（Ｆｅ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ），クロム（Ｃｒ），セリウム（Ｃｅ），ロジウム（Ｒｈ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とすることを特徴とした、請求項１に記載の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプティカルクロスコネクト装置内において、光信号を電気信号に変換処理することなく直接経路変換することができる光スイッチに関し、特に非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットに接続するパソコンや携帯電話等によるマルチメディアの爆発的な普及に伴い、通信インフラにおいてもブロードバンドによる高帯域化及び高速化が普及した現在、更に次世代インターネットや次世代携帯電話の普及を円滑にすべく光バックボーン・ネットワークによる大幅な速度向上が望まれている。
【０００３】
光ファイバーケーブルで信号を伝送する場合、従来のＴＤＭ（時分割多重：time division multiplexing）方式では１本の光ファイバーケーブルに１波長しか伝送できないが、ＷＤＭ（波長分割多重：wavelength division multiplexing）方式では波長が個々に異なる多数の波長が伝送できるため既設の光ファイバーケーブルを利用して帯域及び伝送速度を大幅に向上させることができる。該ＷＤＭ技術を利用したＷＤＭ伝送装置において、入力側光信号と出力側光信号とを高速に経路変換即ちクロスコネクトさせるためには、光信号を電気信号に変換処理することなく直接経路変換することができる光スイッチが必要不可欠なものとなる。
【０００４】
上記光スイッチには、Ｓｉ基板等でできた微小ミラーを回転若しくは上下移動させることにより入射光を特定の反射角で反射させて経路変換を行う「ミラー型」や、基板内にヒーターを埋め込んだ交差部を有する導波路において該ヒーターを加熱させることにより光の屈折率を変え（熱光学効果）て経路変換を行う「平面光導波路型」及びこれを改良し電気光学材料を用いて高速な熱光学効果が得られる「マッハツェンダー導波路型」や、前記ヒーターの代わりに液体を満たした溝を設け当該溝内の泡の発生を制御することにより光の反射角を変えて経路変換を行う「バブル型」や、光ファイバーケーブルを電磁石等で曲げて経路変換を行う「メカニカル型」等があるが、機械要素を含むことによりスイッチング速度が低速であるとか、チャンネル数が少ないなどの諸問題点を有していた。このため、本願出願人による特開２００５−０１７３１１号公報において、機械的可動部を持たず構造が簡単であり、チャンネル数も数百〜数千チャンネルと超大規模なＷＤＭ伝送装置に対応でき、更にはスイッチング速度も非常に高速で処理することができるオプティカルクロスコネクト装置を提案した。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０１７３１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特開２００５−０１７３１１号公報においては、図２の従来のホログラム型光スイッチの原理図で示すように、入力用光ファイバー１より入力光を照射するためのマルチモード光導波路４はマルチモード光導波路支持基板３上に電気光学効果を有する非線形光学結晶又は有機材料で形成され、前記入力光の経路を選択するためのホログラム形成を行うホログラフィックフィルター５は前記非線形光学結晶又は有機材料とは異なる他種の非線形光学結晶又は有機材料で形成され、該二種の非線形光学結晶又は有機材料を接合して構成していた。更に、スペックルパターンを発生させるための電極１０を前記マルチモード光導波路４上に形成していた。
【０００７】
上記マルチモード光導波路４上の電極に電圧を印加すると屈折率が変化し、夫々のマルチモード光導波路４には相互に異なるスペックルパターンが発生する。そこで、該スペックルパターンと、ホログラフィックフィルター５のパターンとが一致した箇所でのみ回折されてスイッチングが行われ、出力用光ファイバー２より選択出力するという原理であるが、前記屈折率の変化は連続的であるため、高速信号処理が困難であるという問題点があった。更に、スペックルパターンを発生させるための電極が必要であり、機構的に複雑になってしまうという問題点があった。また、上記公報以外の従来の光スイッチ方式も、機構部及び当該機構部を駆動させるための電源が必要であり、装置が複雑になってしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、スペックルパターンを発生させるための電極や機構部及び当該電極や機構部を駆動させるための電源が不要であり、構造も簡単で且つ高速スイッチングが可能な、非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチにあっては、マルチモード光導波路支持基板に透光性の高い非線形光学結晶又は有機材料よりなる１個のマルチモード光導波路と２個のマルチモード光導波路とが一箇所で合流するように形成するとともに前記合流点に非線形光学効果を有した光学材料を形成し、前記光学材料を通過した後のマルチモード光導波路中に入力光の経路変換を行わせるホログラフィックフィルターを形成して構成する。
【００１０】
上記マルチモード光導波路の材料として、チタン（Ｔｉ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とし、ホログラフィックフィルターの材料として、ホログラムの書込みが可能でフォトリフラクティブ効果のある、鉄（Ｆｅ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ），クロム（Ｃｒ），セリウム（Ｃｅ），ロジウム（Ｒｈ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチをＷＤＭ伝送装置内のオプティカルクロスコネクト装置に使用すれば、スペックルパターンを発生させるための電極や機構部及び当該電極や機構部を駆動させるための電源が不要であり、簡単な構造で高速スイッチングを行わせることができる。このため、次世代フォトニック・ネットワーク構築を急速に推進させることができるという絶大なる効果を奏することができる。また、オプティカルクロスコネクト装置以外の光伝送装置等における光スイッチとしても利用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチの原理図であり、マルチモード光導波路支持基板３に透光性の高い非線形光学結晶又は有機材料よりなる１個のマルチモード光導波路４ａと２個のマルチモード光導波路４ｂ，４ｃとが一箇所で合流するように形成するとともに前記合流点に非線形光学効果を有した光学材料９を形成し、前記光学材料９を通過した後のマルチモード光導波路４ｄ中に入力光の経路変換を行わせるホログラフィックフィルター５を形成して構成する。
【００１４】
上記１個のマルチモード光導波路４ａには入力用光ファイバー１ａより角周波数ωａを有した被スイッチング入力光が照射され、２個のマルチモード光導波路４ｂ，４ｃには前記被スイッチング入力光の経路変換制御を行うための角周波数ωｂ及びωｃを有した制御用スイッチング入力光が照射される。一般的に導波路中を進行する光のモードは互いに独立しているが、非線形媒質が存在するとモードの独立性が失われ相互作用により非線形光学効果が発生する。
【００１５】
上記状態において、角周波数ωａを有した被スイッチング入力光と、角周波数ωｂ及びωｃを有した制御用スイッチング入力光との関係が、ωａ＝ωｂ＋ωｃであるとき、変調によって生じたスペックルパターンと予めホログラフィックフィルター５内に形成されたホログラム１１とが一致することにより回折し、前記ホログラフィックフィルター５に接合された出力用光ファイバー２を経由して経路変換させることができる。なお、ωａ≠ωｂ＋ωｃであるときは、変調によって生じたスペックルパターンとホログラフィックフィルター５内のホログラム１１とが一致しないため、経路変換せずにそのままホログラフィックフィルター５を通過することになる。
【００１６】
上記マルチモード光導波路４ａ〜４ｄの材料として、チタン（Ｔｉ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とし、ホログラフィックフィルター５の材料として、ホログラムの書込みが可能でフォトリフラクティブ効果のある、鉄（Ｆｅ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ），クロム（Ｃｒ），セリウム（Ｃｅ），ロジウム（Ｒｈ）などの不純物をドープしたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とするが、１次の電気光学効果を持つ強誘電体や１次の電気光学効果を持つ常誘電体及び半絶縁性の化合物半導体等、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などをベースとした光学結晶も利用可能である。
【００１７】
また、図３は本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチのホログラフィックフィルター内にホログラムを形成するときの光学系配置図であり、レーザー装置６とレンズ系７ａとビームスプリッター７ｂ及びホログラフィックフィルター５に平行移動する反射ミラー駆動装置７ｄに取り付けた反射ミラー７ｃで構成した光学系により、該ホログラフィックフィルター５に予めホログラム１１を形成するものである。該工程は事前に行われるため、ホログラム形成記録に要する時間は光通信のスイッチング速度には何ら影響しない。このため、該工程でレーザー装置６は高出力でなく、ホログラフィックフィルター５も必ずしも高感度である必要がない。
【００１８】
上記ホログラフィックフィルター５内のホログラム１１の形成工程として、レーザー装置６から発振されるレーザービーム８を、レンズ系７ａにより一定の径の均一な平行光とし、該平行光を信号の入力用光ファイバー１とホログラフィックフィルター５とする非線形光学結晶又は有機材料に照射するため、ビ−ムスプリッター７ｂで二つの経路に分割する。分割された一方の平行光８ａはレンズアレイ７ｅを経由して直接入力用光ファイバー１に入力される。他の平行光８ｂはホログラフィックフィルター５に平行且つ左右に移動する反射ミラー駆動装置７ｄに取り付けられた反射ミラー７ｃによりスリッター１２を経由して非線形光学結晶又は有機材料を照射する。このようにして、同一光源から出力した２光路の光は非線形光学結晶又は有機材料の中で交差して光干渉し、ホログラム１１を形成する。該ホログラム１１を形成した後、当該装置は撤去しても良いが、継続的にホログラム１１を形成するためには残しておいても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチの原理図である。
【図２】従来のホログラム型光スイッチの原理図である。
【図３】本発明の非線形光学効果を利用したホログラム型光スイッチのホログラフィックフィルター内にホログラムを形成するときの光学系配置図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  入力用光ファイバー
２  出力用光ファイバー
３  マルチモード光導波路支持基板
４ａ〜４ｄ  マルチモード光導波路
５  ホログラフィックフィルター
６  レーザー装置
７ａ  レンズ系
７ｂ  ビームスプリッター
７ｃ  反射ミラー
７ｄ  反射ミラー駆動装置
７ｅ  レンズアレイ
８  レーザービーム
９  光学材料
１０  電極
１１  ホログラム
１２  スリッター
【図１】
2008065157.tif 000003
【図２】
2008065157.tif 000004
【図３】
2008065157.tif 000005