(57)【要約】  【課題】制御光パルスがない場合に発生する雑音成分を確実に抑圧することのできる光スイッチを実現し、その光スイッチを用いて被測定光の波形をより高い精度でモニタできる光波形モニタ装置を提供する。  【解決手段】本発明の光スイッチは、方向性結合器１３で合波された信号光および制御光パルスが入力される第１非線形媒質１４Ａと、該第１非線形媒質１４Ａの出力側に設けられ、第１非線形媒質１４Ａに入力される信号光の偏波方向に直交する透過軸を有する第１偏光子１４Ｂと、該第１偏光子１４Ｂの透過光が入力される第２非線形媒質１５Ａと、該第２非線形媒質１５Ａの出力側に設けられ、第１偏光子１４Ｂの透過軸の方向に直交する透過軸を有する第２偏光子１５Ｂと、を備えており、制御光パルスがない場合に第１偏光子１４Ｂを透過する雑音成分が第２偏光子１５Ｂによって遮断される。  【選択図】図１
2008139377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光および該信号光とは波長および偏波方向の異なる制御光パルスを合波して出力する合波部と、
前記合波部の出力光が入力される第１非線形媒質と、
前記第１非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１非線形媒質に入力される前記信号光の偏波方向に直交する透過軸を有する第１偏光子と、を含み、
前記第１非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により、前記信号光が前記制御光パルスの偏波方向に光パラメトリック増幅されることで、該信号光のうちの前記第１偏光子の透過軸に平行な成分が前記第１偏光子を透過して出力される光スイッチにおいて、
前記第１偏光子の透過光が入力される第２非線形媒質と、
前記第２非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１偏光子の透過軸の方向に直交する透過軸を有する第２偏光子と、を備え、
前記第２非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により前記信号光の偏波方向が回転されることで、該信号光のうちの前記第２偏光子の透過軸に平行な成分が前記第２偏光子を透過して出力されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記第２偏光子の透過光が入力され、前記信号光と同一の波長成分を抽出して出力する波長フィルタを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記制御光パルスは、前記第１非線形媒質において前記信号光を光パラメトリック増幅させることが可能であり、かつ、前記第２非線形媒質において前記信号光の偏波方向を略９０度回転させることが可能なパワーを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記第１非線形媒体に入力される前記信号光の偏波方向が前記第１偏光子の透過軸に直交するように、前記信号光の偏波状態を制御する第１偏波コントローラを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項４に記載の光スイッチであって、
前記第１偏波コントローラは、前記第２偏光子を透過した光のパワーレベルに基づいて、前記信号光の偏波状態をフィードバック制御することを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記第１非線形媒体に入力される前記制御光パルスの偏波方向が前記第１非線形媒体に入力される前記信号光の偏波方向に対して４０〜５０度の角度をなすように、前記制御光パルスの偏波状態を制御する第２偏波コントローラを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを生成するサンプリング光パルス生成部と、
前記被測定光が入力され、前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスに従って前記被測定光をサンプリングしたモニタ光を出力する光ゲート部と、を備えた光波形モニタ装置において、
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光スイッチを前記光ゲート部として用い、前記被測定光および前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスが前記光スイッチの前記合波部で合波されて前記第１非線形媒質に入力されることを特徴とする光波形モニタ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光波形モニタ装置であって、
前記サンプリング光パルス生成部は、前記被測定光に同期したクロック信号を基に所定のサンプリング周波数を有するサンプリング周波数信号を生成し、前記被測定光とは波長の異なる光を発生する光源を、前記サンプリング周波数信号に従って駆動することで、前記サンプリング光パルスを生成することを特徴とする光波形モニタ装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光波形モニタ装置であって、
前記光ゲート部から出力されるモニタ光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電気信号の波形を表示する波形表示部と、を備えたことを特徴とする光波形モニタ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光波形モニタ装置であって、
前記光電変換部から出力される電気信号をソフトウェア同期処理して前記被測定光の同期クロック情報を取り出し、当該情報に応じて前記モニタ光の波形を前記波形表示部に表示させるソフトウェア同期処理部を備え、
前記サンプリング光パルス生成部は、前記被測定光とは波長の異なる光を発生する光源を、所定のサンプリング周波数を有するサンプリング周波数信号に従って駆動することで、前記サンプリング光パルスを生成することを特徴とする光波形モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光の一部を抽出して出力する光スイッチ、および該光スイッチを光サンプリングゲートとして用いて被測定光の波形をモニタする光波形モニタ装置に関し、特に、制御光による非線形効果を利用して信号光の抽出を行う光スイッチおよび光波形モニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を観測する基本技術の１つとして、受光器を用いて光信号を電気信号に変換した後、その電気信号を電気オシロスコープで観測する技術がある。図６は、一般に用いられる光波形モニタ装置の一例である。図６に示す光波形モニタ装置では、まず、被測定光（光パルス）が光電変換器１０１を介して電気信号に変換される。次に、トリガー回路１０２で発生させた電気トリガーに応じて、電気サンプリングパルス発生回路１０３において電気サンプリングパルスが生成され、該電気サンプリングパルスに従って、光電変換器１０１からの電気信号がサンプリング回路１０４内でサンプリングされ、そのサンプリング波形が波形表示器１０５に表示される。このような光波形モニタ装置は、光信号の実波形を電気信号でサンプリングして波形をモニタする構成になっており、高い安定性を備えているなどの特徴がある。
【０００３】
しかし、上記のような一般的な光波形モニタ装置については、光電変換器１０１やトリガー回路１０２、サンプリング回路１０４、波形表示器１０５などの帯域により、時間分解能が制限されるという課題がある。通常、電子回路の動作帯域は４０ギガヘルツ（ＧＨｚ）程度と言われており、時間分解能を１０ピコ秒（ｐｓ）よりも高めることは困難になる。
【０００４】
上記の課題を解決する基本技術としては、信号光を光のままサンプリングする光サンプリング技術がある。この光サンプリング技術は、例えば図７に示すように、非線形媒質からなる光サンプリングゲート１１１において、繰り返し周波数ｆ0の被測定光（波長：λｓ）とそれよりもパルス幅の短いサンプリング光パルス(波長：λｃ)との強度相関信号光を発生させることにより、サンプリング結果を出力するものである。ここで、強度相関信号光とは、被測定光とサンプリング光パルスが時間領域で重なることにより発生した光を示す。
【０００５】
具体的に上記図７の構成例において、サンプリング光パルスは、サンプリング周波数生成器１１３からのサンプリング周波数信号によって短パルス光源１１２を駆動することにより、短パルス光源１１２の出力として得られるようになっている。サンプリング周波数生成器１１３では、被測定光に同期した周波数ｆ0のクロック信号をＮ分周し、さらに掃引のための周波数Δｆにより周波数シフトすることで得られる周波数（ｆ0／Ｎ＋Δｆ）の信号がサンプリング周波数信号として出力される。
【０００６】
そして、光サンプリングゲート１１１において、上記のサンプリング光パルスと被測定光とが合波され、光サンプリングゲート１１１内の非線形媒質に入力されることで非線形効果が生じる。この非線形効果により、被測定光とサンプリング光パルスとの強度相関を持つ光信号、即ち強度相関信号光（繰り返し周波数：ｆ0／Ｎ＋Δｆ）が得られ、この強度相関信号光が光フィルタで抽出されて光サンプリングゲート１１１から出力される。
【０００７】
光サンプリングゲート１１１から出力された強度相関信号光は、光電変換器１１４で電気相関信号に変換され、通常、サンプリング周波数信号を用いてアナログ信号からディジタル信号に変換された後、電気信号に変換された強度相関信号として波形表示器１１５の垂直軸信号ポートに入力される。波形表示器１１５では、サンプリング周波数生成器１１３で用いられている周波数Δｆの掃引信号が水平軸信号ポートに入力されてトリガーがかけられることにより、垂直軸信号ポートに入力された強度相関信号の波形が表示される。
【０００８】
このような光サンプリングの時間分解能は、主にサンプリング光パルスのパルス幅で決定されるので、パルス幅の狭いサンプリング光パルスを用意すれば時間分解能の高い光サンプリングを実現できる。これにより、４０ギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）以上のビットレートの信号光波形をモニタするのに十分な時間分解能を達成することが可能になる。
【０００９】
上記のような光サンプリング技術における光サンプリングゲートに関しては、例えば図８に示すような構成の光スイッチを用いたものが提案されている（例えば、下記の特許文献１，２および非特許文献１参照）。この図８の光スイッチでは、波長λｓの信号光（被測定光）と、該信号光とは異なる波長λｃの制御光（サンプリング光パルス）とが、各々に対応した偏波コントローラ１２１，１２２を介して方向性結合器１２３に入力され、該方向性結合器１２３で合波された光が非線形媒質１２４に与えられる。このとき、非線形媒質１２４に入力される信号光の偏波方向は、図９の左側に示すように、非線形媒質１２４の後段に配置される偏光子１２５の透過軸に直交するように偏波コントローラ１２１によって制御され、また、非線形媒質１２４に入力される制御光の偏波方向は、上記信号光の偏波方向に対して４０〜５０度の角度をなすように偏波コントローラ１２２によって制御されている。
【００１０】
そして、非線形媒質１２４に入力された信号光は、制御光のパルスが存在しないとき、図９の右下に示すように、入力時の偏波状態を保ったまま非線形媒質１２４を通過するため、当該偏波方向に垂直な透過軸を持つ偏光子１２４により遮断される。一方、制御光のパルスが存在するときには、図９の右上に示すように、四光波混合により信号光が制御光の偏波方向に光パラメトリック増幅される。四光波混合は制御光と同じ偏波成分の信号光に対して選択的に発生するので、制御光パルスのピークパワーが十分に大きな場合には、非線形媒質１２４で光パラメトリック増幅された信号光の偏波方向は励起光の偏波方向とほぼ同じ方向になる。このため、非線形媒質１２４から出射される信号光のうちで偏光子１２５の透過軸に平行な成分が偏光子１２５を透過するようになり、該偏光子１２５の透過光を波長フィルタ１２６に与えて波長λｓの光を抽出することで、制御光に従ってスイッチングされた信号光が波長フィルタ１２６から出力されるようになる。
【００１１】
上記のような光スイッチによれば、非線形媒質１２４において四光波混合により生じる光パラメトリック増幅効果を利用することで、公知の光カースイッチ（例えば、下記の非特許文献２参照）に比べて、高いスイッチング効率を実現することできる。また、光カースイッチのように制御光のパワーを高い精度で制御することが不要になるという利点もある。
【特許文献１】特開２００６−１８４８５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４８４２号公報
【非特許文献１】S.Watanabe et al., "Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain: Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640 Gb/s", ECOC. 2004, Th4.1.6.
【非特許文献２】K. Kitayama et al., "Optical sampling using an all-fiber optical Kerr shutter," Appl. Phys. Lett., vol. 46,pp. 623-625, 1985.）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の図８に示したような従来の光スイッチについては、偏光子の性能限界等に起因して雑音成分が発生し、スイッチ特性が劣化してしまうという課題がある。
【００１３】
すなわち、上記従来の光スイッチにおいて、理想的には、制御光パルスがないときに偏光子を透過する光成分は無くなるが、実際には、光スイッチに入力される信号光の揺らぎや、非線形媒質の偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）、偏光子の透過特性の波長依存性などが要因となって有意な量の光成分が偏光子を透過し雑音成分が発生する。
【００１４】
図１０は、制御光パルスがない場合における偏光子の透過光のスペクトルの一例である。このように偏光子の透過光のパワーは、ある波長で最小となり、その波長近傍の光成分は実質的に透過しなくなるものの、そこから波長が離れると透過光のパワーは増加するようになり雑音成分となる。このため、従来の光スイッチの構成は、制御光パルスがないときの雑音成分の抑圧に限界があり、信号光消光比（信号光の出力があるときの光パワーと信号光の出力がないときの雑音光のパワーとの比）という観点で課題が残されていた。このような従来の光スイッチを光サンプリングゲートとして用いて光波形モニタ装置を構成した場合、被測定光のモニタ波形にも上記雑音成分が影響してしまい、被測定光の波形を高い精度でモニタすることが難しくなる。
【００１５】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、制御光パルスがない場合に発生する雑音成分を確実に抑圧することのできる光スイッチを実現することを目的とする。また、その光スイッチを光サンプリングゲートとして用いることで、被測定光の波形をより高い精度でモニタできる光波形モニタ装置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】
【００１６】
上記の目的を達成するため本発明の光スイッチは、信号光および該信号光とは波長および偏波方向の異なる制御光パルスを合波して出力する合波部と、前記合波部の出力光が入力される第１非線形媒質と、前記第１非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１非線形媒質に入力される前記信号光の偏波方向に直交する透過軸を有する第１偏光子と、を含み、前記第１非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により、前記信号光が前記制御光パルスの偏波方向に光パラメトリック増幅されることで、該信号光のうちの前記第１偏光子の透過軸に平行な成分が前記第１偏光子を透過して出力される光スイッチにおいて、前記第１偏光子の透過光が入力される第２非線形媒質と、前記第２非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１偏光子の透過軸の方向に直交する透過軸を有する第２偏光子と、を備え、前記第２非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により前記信号光の偏波方向が回転されることで、該信号光のうちの前記第２偏光子の透過軸に平行な成分が前記第２偏光子を透過して出力されるようにしたものである。
【００１７】
上記のような構成の光スイッチでは、信号光および制御光パルスが合波部で合波されて第１非線形媒質に入力されることにより、制御光パルスがあるときには、第１非線形媒質で制御光パルスの偏波方向に光パラメトリック増幅された信号光の一部が第１偏光子を透過する。一方、制御光パルスがないときには、第１非線形媒質を通過した信号光が第１偏光子で遮断されるものの、信号光の揺らぎ等に起因した雑音成分の一部が第１偏光子を透過する。しかしながら、この雑音成分は、第２非線形媒質を通過した後に、第１偏光子の透過軸の方向に対して直交する透過軸をもつ第２偏光子によって、その殆どが遮断される。また、制御光パルスがあるときに第１偏光子を透過した信号光は、第２非線形媒質において制御光パルスにより発生する相互位相変調によって偏波方向が回転され、該回転された信号光のうちの第２偏光子の透過軸に平行な成分が第２偏光子を透過する。これにより、制御光パルスの有無に従ってスイッチングされた信号光が雑音成分を抑圧した状態で出力されるようになる。
【００１８】
また、本発明の光波形モニタ装置は、被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを生成するサンプリング光パルス生成部と、前記被測定光が入力され、前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスに従って前記被測定光をサンプリングしたモニタ光を出力する光ゲート部と、を備えた光波形モニタ装置において、前述した本発明の光スイッチを前記光ゲート部として用い、前記被測定光および前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスが前記光スイッチの前記合波部で合波されて前記第１非線形媒質に入力されるようにしたものである。
【００１９】
上記のような構成の光波形モニタ装置では、被測定光およびサンプリング光パルスが前述した光スイッチを用いた光ゲート部に入力されることにより、サンプリング光パルスに従った被測定光のサンプリングが雑音成分を抑圧した状態で行われ、そのサンプリング結果となるモニタ光が光ゲート部から出力されるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように本発明の光スイッチによれば、第１偏光子の後段に、第２非線形媒体および第２偏光子を設けたことにより、制御光パルスがない場合に光スイッチから出力される雑音レベルが従来より大幅に低下するため、信号光消光比の改善を図ることができ、より優れたスイッチ特性を実現することが可能になる。また、上記のような光スイッチを光ゲート部に用いた光波形モニタ装置によれば、光ゲート部における被測定光のサンプリングが雑音成分の影響を殆ど受けることなく高い信号光消光比によって行われるため、被測定光の波形を非常に高い精度でモニタすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００２２】
図１は、本発明による光スイッチの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１において、本光スイッチ１は、例えば、信号光が入力される第１偏波コントローラ（Polarization Controller：ＰＣ）１１と、制御光が入力される第２偏波コントローラ１２と、各偏波コントローラ１１，１２から出力される信号光および制御光を合波する合波部としての方向性結合器１３と、方向性結合器１３の出力光が入力される第１光スイッチ部１４および該第１光スイッチ部１４に直列に接続された第２光スイッチ部１５と、該第２光スイッチ部１５の出力光が入力される波長フィルタ１６と、を備えて構成される。
【００２４】
偏波コントローラ１１は、入力される信号光の偏波状態を制御する。すなわち、信号光は、偏波コントローラ１１によって所定の方向の直線偏波とされる。この信号光の偏波方向は、具体的には、第１光スイッチ部１４内の後述する偏光子１４Ｂの透過軸の方向に対して直交するように制御されている。ここでは、上記信号光の波長をλｓとし、例えば図１の左上に示すような光パルス列からなる信号光を想定する。
【００２５】
偏波コントローラ１２は、入力される制御光の偏波状態を制御し、上記偏波コントローラ１１で制御された信号光の偏波方向に対して、制御光の偏波方向が４０〜５０度（好ましくは、４５度）の角度をなすように設定するものである。ここでは、上記制御光の波長をλｃとする。この波長λｃは信号光の波長λｓとは適切に分離されているものとする。また、制御光の波形は、例えば図１の左下に示すように繰り返し周期が信号光よりも長いパルス波形を有している。さらに、この制御光パルスのピークパワーは、第１光スイッチ部１４内の後述する非線形媒質（Nonlinear Medium：ＮＬＭ）１４Ａで発生する四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）により信号光を光パラメトリック増幅させると共に、第２光スイッチ部１５内の後述する非線形媒質１５Ａで発生する相互位相変調（Cross Phase Modulation：ＸＰＭ）により信号光の偏波方向を回転させることが可能なレベルに調整されている。
【００２６】
方向性結合器１３は、偏波コントローラ１１からの信号光と偏波コントローラ１２からの制御光とを合波し、その合波光を第１光スイッチ部１４に出力するものである。
【００２７】
第１および第２光スイッチ部１４，１５は、それぞれ、前述した非線形媒質１４Ａ，１５Ａおよび偏光子１４Ｂ，１５Ｂを有する。各非線形媒質１４Ａ，１５Ａは、方向性結合器１３で合波された信号光および制御光により非線形光学効果を生じさせるためのものである。具体的な非線形媒質１４Ａ，１５Ａとしては、例えば、光ファイバ伝送に用いられるステップインデックス型光ファイバがある。これは、広く使用されているために安価で実現できるものである。また、屈折率分布を変更し実効コア断面積を小さくし、ゲルマニウムをコア部に添加し非線形屈折率を増大させることにより、非線形係数の向上を図ったステップインデックス型シリカ系光ファイバや、ステップインデックス型光ファイバでは実現できないほど小さな実効コア断面積を実現することにより非線形係数を高めたフォトニック結晶ファイバ、更には、非線形屈折率がシリカよりも大きな材料からなる非線形性の高い光ファイバを用いることもできる。非線形係数を高めた光ファイバを採用することにより、強度相関信号光を効率よく発生させるために必要な光ファイバ長の短尺化が可能になり、コンパクトで安定な光スイッチを実現できる。加えて、擬似位相整合構造を有する周期分極ニオブ酸リチウム（periodically poled lithium niobate：ＰＰＬＮ）等の光導波路若しくはＫＴＰ等の光学結晶、または、ガリウム・アルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）等の半導体素子を、非線形媒質１４Ａ，１５Ａとして用いることも可能である。
【００２８】
各偏光子１４Ｂ，１５Ｂは、各非線形媒質１４Ａ，１５Ａにおいて非線形効果が生じた光成分について、特定の直線偏波成分を取り出すためのものであり、具体的には、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）や複屈折性の光学結晶等を使用することが可能である。ここで、前段側の偏光子１４Ｂの透過軸の方向は、非線形媒質１４Ａに入力される信号光の偏波方向と直交するように設定される。換言すれば、前述した偏波コントローラ１１は、偏光子１４Ｂの偏波軸と直交するように信号光の偏波方向を制御する。また、後段側の偏光子１５Ｂの透過軸の方向は、前段側の偏光子１４Ｂの透過軸と直交するように設定される。
【００２９】
波長フィルタ１６は、第２光スイッチ部１５の偏光子１５Ｂを透過した光が入力され、該入力光より信号光の波長λｓと同一の成分を抽出して出力するものである。
【００３０】
次に、上記のような構成を有する光スイッチ１の動作について図２を参照しながら説明する。
【００３１】
本光スイッチ１では、偏波コントローラ１１により偏光子１４Ｂの透過軸と直交するように偏波方向が制御された信号光と、偏波コントローラ１２により信号光の偏波方向に対して４０〜５０度の角度をなすように偏波方向が制御された制御光とが、方向性結合器１３で合波されて第１光スイッチ部１４の非線形媒質１４Ａに入力される。このときの信号光および制御光の各偏波状態を図２左上に示しておく。
【００３２】
非線形媒質１４Ａでは、制御光のパルスが存在しないとき、信号光および制御光による非線形光学効果は生じないため、信号光は入力時の偏波状態を基本的に保ったまま非線形媒質１４Ａを通過する。このため、偏光子１４Ｂに入力される信号光の偏波状態は、図２の中央下段左側の矢印線に示すように、偏光子１４Ｂの透過軸に垂直な直線偏波となる。一方、信号光の揺らぎや非線形媒質１４Ａの偏波モード分散（ＰＭＤ）等に起因して発生する雑音成分は、図２の中央下段左側の円形斜線部分に示すように無偏光状態となる。このため、透過軸に垂直な直線偏波の信号光は偏光子１４Ｂを透過しないが、無偏光状態の雑音成分のうちの透過軸と平行な成分は偏光子１４Ｂを透過するため、図２の中央下段右側の楕円斜線部分に示すような雑音成分が偏光子１４Ｂから出力される。そして、この雑音成分は、第２光スイッチ部１５の非線形媒質１５Ａを通過し、偏光子１４Ｂの出力時と同様の偏波状態で偏光子１５Ｂに入力する。しかし、偏光子１５Ｂの透過軸の方向が入力される雑音成分の主な偏波方向に対して垂直に設定されているため、上記の雑音成分は、図２の右側下段に示すよう偏光子１５Ｂを殆ど透過しない。よって、制御光のパルスが存在しないとき、信号光および雑音成分は２段の光スイッチ部１４，１５によって実質的に遮断される。
【００３３】
一方、制御光のパルスが存在するときには、第１光スイッチ部１４の非線形媒質１４Ａに入力された信号光は、制御光による四光波混合によって制御光の偏波方向に光パラメトリック増幅されて強度相関信号光が発生する。このため、第１光スイッチ部１４の偏光子１４Ｂに入力される信号光の偏波状態は、図２の中央上段左側の矢印線に示すように、偏光子１４Ｂの透過軸に対して４０〜５０度傾いた直線偏波となる。このような直線偏波の信号光のうちの透過軸に平行な成分が偏光子１４Ｂを透過するため、図２の中央上段右側の矢印線に示すような偏波状態の信号光が偏光子１４Ｂから出力される。また、非線形媒質１４Ａに入力された制御光についても、その一部が非線形媒質１４Ａを通過して偏光子１４Ｂに入力され、透過軸に平行な成分が偏光子１４Ｂから出力される。そして、偏光子１４Ｂを透過した信号光および制御光は、第２光スイッチ部１５の非線形媒質１５Ａに入力され、該非線形媒質１５Ａにおいて発生する相互位相変調（ＸＰＭ）により、公知の光カースイッチの動作原理と同様にして、信号光の偏波方向が所定の角度（例えば、約９０度）回転される。このため、第２光スイッチ部１５の偏光子１５Ｂに入力される信号光の偏波状態は、図２の左側上段の矢印線に示すように、偏光子１５Ｂの透過軸に略平行な直線偏波となる。よって、信号光は偏光子１５Ｂを透過し、後段の波長フィルタ１６で波長λｓ以外の不要な成分が除去されて出力される。
【００３４】
ここで、上記の非線形媒体１４Ａによる強度相関信号の発生について詳しく説明する。
【００３５】
非線形媒体１４Ａ内で発生する非線形効果のひとつに、超高速に応答する四光波混合効果がある。これは、非線形媒体１４Ａの零分散波長と同じ波長をもつポンプ光と、ポンプ光とは異なる波長の信号光との両者を、非線形媒体１４Ａに入力すると、第三の光、アイドラー光が発生する現象である。アイドラー光の強度は、ポンプ光ピークパワーの二乗と信号光ピークパワーの積に比例するので、四光波混合効果により、光学的に強度相関信号光が得られる。
【００３６】
ポンプ光の強度を大きくすると、同時に光パラメトリック増幅現象が生じる。即ち、ポンプ光のエネルギーが、信号光および第三のアイドラー光に分配され、効率よく強度相関信号光が得られる。この増幅現象は、信号光にも同様に発生する。すなわち、この増幅成分を、非線形媒体１４Ａに入力した信号光と分離できれば、入力信号光波長と同一波長の強度相関信号光が得られる。
【００３７】
例えば、Ｃ−バンド全帯域の信号光をスイッチングする場合、ポンプ光はＣ−バンド外に設定しなければならず、必然的にアイドラー光はＣ−バンド外に発生してしまい、これを強度相関信号光として用いるにはＣ−バンド帯域外の光部品が必要になり、光スイッチが高額になってしまう。そのために、信号光と同一の波長の強度相関信号光を得ることは重要である。
【００３８】
ここで、別の非線形効果である光カー効果を用いた光カースイッチを用いると、上述の分離が可能になる。光カースイッチは、非線形媒質および偏光子で構成されるスイッチであって、該スイッチに入力した信号光が偏光子を透過しないように、信号光の偏波状態が設定される。すなわち、信号光の偏波に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす直線偏波の制御光（ポンプ光）が非線形媒質に入力されると、制御光により信号光の偏波状態が変化し、強度相関信号光成分のみが偏光子を通過する。よって、光カースイッチの応用により、第１光スイッチ部１４において、入力信号光と同一波長の強度相関信号光を得ることができる。
【００３９】
さらに、本光スイッチ１の構成においては、非線形媒体１４Ａにおける強度相関信号光の発生によってエネルギーが低下した制御光のうちの透過軸に平行な成分も偏光子１４Ｂを通過し、強度相関信号光と一緒に後段の第２光スイッチ部１５の非線形媒体１５Ａに入力される。このときの制御光のパワーは、非線形媒体１５Ａで発生する相互位相変調（ＸＰＭ）により、強度相関信号光の偏波状態を約９０度回転させることが可能になるようなレベルに予め設定されており、これにより強度相関信号光の偏波方向が偏光子１５Ｂの透過軸と略平行になる。よって、制御光のパルスが存在する場合にのみ、入力信号光と同一波長の強度相関信号光が偏光子１５Ｂから出力されるようになる。
【００４０】
上記のような動作原理により、本光スイッチ１は、制御光のパルスの有無に従ってＯＮ／ＯＦＦスイッチされた信号光を、ＯＦＦ時の雑音成分を抑圧した状態で出力することができる。図３は、制御光パルスがない場合における本光スイッチ１の出力光スペクトルを、上述の図１０に示した従来の光スイッチの場合と比較した一例である。このように、本光スイッチ１によれば、動作可能な波長帯域の全体に亘って従来よりも雑音レベルを低下させることができる。よって、ＯＮ時の信号光パワーとＯＦＦ時の雑音光パワーとの比で表される信号光消光比を改善することが可能であり、より優れた性能を有する光スイッチを実現することができる。
【００４１】
なお、上記第１実施形態の光スイッチでは、第１光スイッチ部１４の偏光子１４Ｂの透過軸の方向に対して、非線形媒体１４Ａに入力される信号光の偏波方向が直交するように偏波コントローラ１１を設定すると共に、その信号光の偏波方向に対して制御光の偏波方向が４０〜５０度の角度をなすように偏波コントローラ１２を設定する一例を示したが、例えば、第２光スイッチ部１５または波長フィルタ１６から出力される光のパワーをモニタし、そのモニタ結果を基に信号光および制御光の偏波状態が最適化されるように各偏波コントローラ１１，１２のフィードバック制御を行うようにしてもよい。このような構成を適用することにより、本光スイッチに入力される信号光の偏波状態に依存することのない安定したスイッチ特性を実現することが可能になる。
【００４２】
次に、上記のような本発明による光スイッチを用いた光波形モニタ装置の実施形態について説明する。
【００４３】
図４は、本発明による光波形モニタ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図４において、本光波形モニタ装置は、例えば、前述の図１に示した光スイッチ１を用いた光ゲート部と、光スイッチ１にサンプリング光パルスを与えるサンプリング光パルス生成部２と、光スイッチ１からの出力光を電気信号に変換する光電変換部３と、該光電変換部３から出力される電気信号の波形を表示する波形表示部４と、を備えて構成される。
【００４５】
サンプリング光パルス生成部２は、光スイッチ１の偏波コントローラ１１に入力される繰り返し周波数ｆ0の被測定光に同期した周波数ｆ0の同期クロック信号を用いて、該同期クロック信号をＮ分周し、さらに掃引のための周波数Δｆにより周波数シフトして、サンプリング周波数（ｆ0／Ｎ＋Δｆ）の信号を生成する。そして、そのサンプリング周波数信号に従って図示しない短パルス光源を駆動することにより、被測定光の波長λｓとは異なる波長λｃを有するサンプリング光パルスを生成し、そのサンプリング光パルスを光スイッチ１の偏波コントローラ１２に出力する。ここでは、上記の被測定光およびサンプリング光パルスが、前述の図１に示した光スイッチ１における信号光および制御光に相当することになる。なお、サンプリング光パルス生成部２に与えられる同期クロック信号は、例えば特開２００６−１２９０３５号公報等に開示されている公知のクロック抽出技術を利用して被測定光より生成されるものとする。
【００４６】
光電変換器３は、例えば、光スイッチ１でサンプリングされて被測定光（モニタ光）を受光素子を用いて電気信号に変換した後に、該電気信号の振幅をサンプリング周波数信号を用いてディジタル信号に変換して出力するものである。
【００４７】
波形表示部４は、光電変換器３から出力されるディジタル信号を垂直軸入力とし、サンプリング光パルス生成部２からの掃引信号Δｆを水平軸入力として、モニタ光の波形を表示するためのものである。
【００４８】
上記のような構成の光波形モニタ装置では、繰り返し周波数ｆ0および波長λｓの被測定光と、該被測定光に同期したサンプリング周波数（ｆ0／Ｎ＋Δｆ）および波長λｃ（≠λｓ）のサンプリング光パルスとが光スイッチ１に入力される。光スイッチ１では、被測定光の偏波状態が、偏波コントローラ１１により、第１光スイッチ部１４の偏光子１４Ｂの透過軸の方向に直交する直線偏波に制御されると共に、該被測定光の偏波方向に対してサンプリング光パルスの偏波方向が４０〜５０度の角度をなすように、サンプリング光パルスの偏波状態が偏波コントローラ１２により制御される。そして、各偏波コントローラ１１，１２から出力される被測定光およびサンプリング光パルスが方向性結合器１３で合波されて、第１光スイッチ部１４の非線形媒質１４Ａに入力される。これにより、前述した光スイッチ１の動作原理に従って、サンプリング光パルスがないときには、被測定光および雑音成分が第１、２光スイッチ部１４，１５で遮断される一方、サンプリング光パルスがあるときには、被測定光が第１、２光スイッチ部１４，１５および波長フィルタ１６を順に透過して光スイッチ１から出力される。そして、光スイッチ１でサンプリングされた被測定光は、光電変換部３において電気信号に変換された後にその振幅がＡ／Ｄ変換され、当該ディジタル信号が波形表示部４に与えられて周波数Δｆで掃引されることにより、被測定光の実波形が波形表示部４に表示されるようになる。
【００４９】
上記のような光波形モニタ装置によれば、光スイッチ１における被測定光のサンプリングが雑音成分の影響を殆ど受けることなく高い信号光消光比によって行われるため、被測定光の波形を非常に高い精度でモニタすることが可能になる。
【００５０】
次に、上記図４に示した光波形モニタ装置の応用例について説明する。
【００５１】
図５は、本発明による光波形モニタ装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００５２】
図５において、本光波形モニタ装置の構成が上記の図４に示した構成と異なる点は、ソフトウェア同期処理部５を設け、光電変換部３から出力される電気信号をソフトウェア同期処理部５で処理した後に波形表示部４に与えるようにすることで、同期クロック信号を用いることなく、サンプリングパルス光源２’によりサンプリング周波数ｆ1および波長λｃのサンプリング光パルスを生成して、被測定光の波形をモニタできるようにした点である。
【００５３】
ソフトウェア同期処理部５は、例えば、論文：T. Kiatchang, et al., "Real-time all-optical waveform sampling using a free-running passively mode-locked fiber laser as the sampling pulse source," OFC 2006, OWN1, 2006等で公知のソフトウェア同期技術を利用したアルゴリズムにより、光電変換部３から出力される電気信号より被測定光の同期クロック情報を取り出し、当該情報に応じて被測定光の波形を波形表示部４に表示させるものである。
【００５４】
このようなソフトウェア同期処理部５を用いることにより、光スイッチ１に入力される被測定光とサンプリング光パルスの同期がとられているか否かに関係なく、被測定光の波形をモニタすることが可能になるので、光波形モニタ装置をより容易に実現することができる。また、上記の論文に記載されている光波形モニタ技術は、被測定光とは波長の異なる強度相関信号光（アイドラー光）の波形をソフトウェア同期処理によりモニタする構成であるため、光サンプリングゲートの帯域が被測定光の波長帯域の２倍以上必要であった。これに対して図５に示した本発明の構成によれば、被測定光と同一波長の強度相関信号光の波形をソフトウェア同期処理によりモニタするので、光スイッチ１（光サンプリングゲート）を構成する各光部品に要求される波長帯域が被測定光と同程度の帯域でよいという利点もある。
【００５５】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００５６】
（付記１）  信号光および該信号光とは波長および偏波方向の異なる制御光パルスを合波して出力する合波部と、
前記合波部の出力光が入力される第１非線形媒質と、
前記第１非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１非線形媒質に入力される前記信号光の偏波方向に直交する透過軸を有する第１偏光子と、を含み、
前記第１非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により、前記信号光が前記制御光パルスの偏波方向に光パラメトリック増幅されることで、該信号光のうちの前記第１偏光子の透過軸に平行な成分が前記第１偏光子を透過して出力される光スイッチにおいて、
前記第１偏光子の透過光が入力される第２非線形媒質と、
前記第２非線形媒質の出力側に設けられ、前記第１偏光子の透過軸の方向に直交する透過軸を有する第２偏光子と、を備え、
前記第２非線形媒質における前記信号光および前記制御光パルスによる非線形効果により前記信号光の偏波方向が回転されることで、該信号光のうちの前記第２偏光子の透過軸に平行な成分が前記第２偏光子を透過して出力されることを特徴とする光スイッチ。
【００５７】
（付記２）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記第２偏光子の透過光が入力され、前記信号光と同一の波長成分を抽出して出力する波長フィルタを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【００５８】
（付記３）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記制御光パルスは、前記第１非線形媒質において前記信号光を光パラメトリック増幅させることが可能であり、かつ、前記第２非線形媒質において前記信号光の偏波方向を略９０度回転させることが可能なパワーを有することを特徴とする光スイッチ。
【００５９】
（付記４）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記第１非線形媒体に入力される前記信号光の偏波方向が前記第１偏光子の透過軸に直交するように、前記信号光の偏波状態を制御する第１偏波コントローラを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【００６０】
（付記５）  付記４に記載の光スイッチであって、
前記第１偏波コントローラは、前記第２偏光子を透過した光のパワーレベルに基づいて、前記信号光の偏波状態をフィードバック制御することを特徴とする光スイッチ。
【００６１】
（付記６）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記第１非線形媒体に入力される前記制御光パルスの偏波方向が前記第１非線形媒体に入力される前記信号光の偏波方向に対して４０〜５０度の角度をなすように、前記制御光パルスの偏波状態を制御する第２偏波コントローラを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【００６２】
（付記７）  付記６に記載の光スイッチであって、
前記第２偏波コントローラは、前記第１非線形媒体に入力される前記制御光パルスの偏波方向が前記第１非線形媒体に入力される前記信号光の偏波方向に対して略４５度の角度をなすようにすることを特徴とする光スイッチ。
【００６３】
（付記８）  付記６に記載の光スイッチであって、
前記第２偏波コントローラは、前記第２偏光子を透過した光のパワーレベルに基づいて、前記制御光パルスの偏波状態をフィードバック制御することを特徴とする光スイッチ。
【００６４】
（付記９）  被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを生成するサンプリング光パルス生成部と、
前記被測定光が入力され、前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスに従って前記被測定光をサンプリングしたモニタ光を出力する光ゲート部と、を備えた光波形モニタ装置において、
付記１に記載の光スイッチを前記光ゲート部として用い、前記被測定光および前記サンプリング光パルス生成部からのサンプリング光パルスが前記光スイッチの前記合波部で合波されて前記第１非線形媒質に入力されることを特徴とする光波形モニタ装置。
【００６５】
（付記１０）  付記９に記載の光波形モニタ装置であって、
前記サンプリング光パルス生成部は、前記被測定光に同期したクロック信号を基に所定のサンプリング周波数を有するサンプリング周波数信号を生成し、前記被測定光とは波長の異なる光を発生する光源を、前記サンプリング周波数信号に従って駆動することで、前記サンプリング光パルスを生成することを特徴とする光波形モニタ装置。
【００６６】
（付記１１）  付記９に記載の光波形モニタ装置であって、
前記光ゲート部から出力されるモニタ光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部から出力される電気信号の波形を表示する波形表示部と、を備えたことを特徴とする光波形モニタ装置。
【００６７】
（付記１２）  付記１１に記載の光波形モニタ装置であって、
前記光電変換部から出力される電気信号をソフトウェア同期処理して前記被測定光の同期クロック情報を取り出し、当該情報に応じて前記モニタ光の波形を前記波形表示部に表示させるソフトウェア同期処理部を備え、
前記サンプリング光パルス生成部は、前記被測定光とは波長の異なる光を発生する光源を、所定のサンプリング周波数を有するサンプリング周波数信号に従って駆動することで、前記サンプリング光パルスを生成することを特徴とする光波形モニタ装置。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による光スイッチの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】上記実施形態の動作を説明するための図である。
【図３】上記実施形態における制御光パルスがない場合の出力光スペクトルの一例を示す図である。
【図４】本発明による光波形モニタ装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図５】本発明による光波形モニタ装置の他の実施形態の構成を示す図である。
【図６】一般的な光波形モニタ装置の構成例を示す図である。
【図７】光サンプリング技術を用いた従来の光波形モニタ装置の構成例を示す図である。
【図８】図７の光サンプリングゲートとして用いられる従来の光スイッチの構成例を示す図である。
【図９】図８の光スイッチの動作を説明するための図である。
【図１０】図８の光スイッチにおける制御光パルスがない場合の出力光スペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…光スイッチ
２…サンプリング光パルス生成部
２’…サンプリングパルス光源
３…光電変換部
４…波形表示部
５…ソフトウェア同期処理部
１１，１２…偏波コントローラ（ＰＣ）
１３…方向性結合器
１４…第１光スイッチ部
１５…第２光スイッチ部
１４Ａ，１５Ａ…非線形媒質（ＮＬＭ）
１４Ｂ，１５Ｂ…偏光子
１６…波長フィルタ
【図１】
2008139377.tif 000003
【図２】
2008139377.tif 000004
【図３】
2008139377.tif 000005
【図４】
2008139377.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008139377.tif 000008
【図７】
2008139377.tif 000009
【図８】
2008139377.tif 000010
【図９】
2008139377.tif 000011
【図１０】
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