(57)【要約】【課題】高い繰り返し周波数でデータ変調された光パルスによって駆動される光スイッチにおいて、低雑音動作を実現する。【解決手段】マッハツェンダー型光回路ＭＣの二つのアームに、光増幅により非線形屈折率変化を示す非線形導波路（ＳＯＡ）１１と１２を各々設ける。ＳＯＡ１１と１２に、データ変調されたパルス状分岐光ＬＰＵＬ１、ＬＰＵＬ２（λ１）が所定の時間差をもって導入されるが、その時間差はＳＯＡ１１と１２での非線形屈折率変化の緩和時間内に設定される。先にＳＯＡ１２に導入される分岐光ＬＰＵＬ２のエネルギーが、後にＳＯＡ１１に導入される分岐光ＬＰＵＬ１よりも高くされる。ＣＷ分岐光ＬＣＷ１、ＬＣＷ２（λ２）間の合計位相差は、（λ２／２）の近傍に含まれるようにする。【選択図】　図１
2004061889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定し、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項２】
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータが、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータよりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項３】
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項４】
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項５】
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項６】
前記合計位相差が、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）からずらして設定されており、そのずれが、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１アームまたは第２アームの光路長を、時間的に後に導入される前記第１アームまたは第２アームの光路長よりも短縮して設定することにより生成される請求項１〜５のいずれか１項に記載のマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項７】
前記光路長の短縮長さが、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／４）以内とされる請求項６に記載のマッハツェンダー型全光スイッチ。
【請求項８】
前記位相差付与手段が、所定の媒質に対して熱、電圧および電流のいずれか一つを供給することによって前記位相差を付与するものである請求項１〜７のいずれか１項に記載のマッハツェンダー型全光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関し、さらに言えば、光ファイバ通信や光情報処理の分野で好適に使用されるマッハツェンダー型全光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムの全光化は、飛躍的な高速化や運用効率の向上をもたらすものとして期待されており、その実現に向けた研究開発が活発に行われている。当該システムの全光化とは、システム内の伝送路、多重化・分離回路、論理回路等を伝搬する信号が、途中で光−電気変換や電気−光変換を受けずに光のまま保持されることを意味する。
【０００３】
これを実現するためには、光信号により駆動される高速の光制御素子（全光スイッチ）が必要である。このような全光スイッチを使用することにより、光分離回路（光デマルチプレクサ）、信号再生、波長変換等の各種の光信号処理が実現され、全光型光通信システムの構築が可能になる。
【０００４】
全光スイッチでは、動作の高速性が最も重視されるが、それ以外に低スイッチング・エネルギー、高繰り返し動作、コンパクト・サイズなどの性能も必要である。特に、スイッチング・エネルギーについては、半導体レーザ、光ファイバ増幅器あるいは半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，　ＳＯＡ）によって出力可能な光パルス・エネルギーの範囲内にあることが必要である。
【０００５】
このような全光スイッチとしては、例えば半導体光増幅器（ＳＯＡ）を共鳴励起することにより得られる非線形光学効果を利用して「高効率」の動作を実現し、さらに、このＳＯＡをマッハツェンダー干渉計に組み込んで動作原理を工夫することによって動作の「高速性」をも実現したものが、既に開発されている。この全光スイッチは、特開平７−２０５１号公報と、田島一人著「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス」誌、第３２巻、第Ｌ１７４６頁〜第Ｌ１７４９頁、１９９３年、表題「キャリア寿命による制限のないスイッチ・オフ時間を持つ全光スイッチ」（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　Ｖｏｌ．　３２，　ｐｐ．　Ｌ１７４６−Ｌ１７４９，　１９９３，　ｅｎｔｉｔｌｅｄ　”Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　ｗｉｔｈ　Ｓｗｉｔｃｈ−Ｏｆｆ　Ｔｉｍｅ　Ｕｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ　ｂｙ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｌｉｆｅｔｉｍｅ”）に開示されている。以下、この全光スイッチを「従来例１」という。
【０００６】
「従来例１」の全光スイッチは、「制御光で被制御光を制御するマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、マッハツェンダー系を構成する両アームの各々の少なくとも一部が３次の光学非線形性を示す材料により構成され、かつ当該マッハツェンダー系の両アームの各々の光学非線形性発現部に制御光を導入する手段を有する」ものである。そして、当該マッハツェンダー系の一方のアームの光学非線形性発現部（非線形導波路）を制御光で励起することにより被制御光をスイッチオンとし、他方のアームの光学非線形性発現部（非線形導波路）を前記制御光に対して時間差を持つ制御光で励起することにより前記被制御光をスイッチオフとする。こうすることにより、例えば１ピコ秒という超高速スイッチングが可能である。
【０００７】
非線形導波路では、共鳴励起によりキャリア密度変化が生じ、これに伴い屈折率変化が生じる。マッハツェンダー型全光スイッチの出力光強度は、この屈折率変化量、言い換えると被制御光に与えられる非線形位相シフトと、両アームを通過する被制御光に対して設定される位相差とによって定まる。
【０００８】
また、全光スイッチを信号再生や波長変換に適用する場合、当該スイッチは、高い繰り返し周波数でデータ変調された光信号パルスによって駆動される。このため、高い繰り返し周波数に対応できるように動作形態の改良が必要である。これに関連して、高い繰り返し周波数でデータ変調された光信号パルスによって全光スイッチが駆動される際にＳＯＡで生じる「パターン効果」を抑制する方法が、マニング他著の「ジャーナル・オブ・オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ」誌の第Ｂ１４巻、第３２０４頁〜第３２１６頁、表題「超高速全光信号処理用の半導体レーザ増幅器」（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，　Ｖｏｌ．　Ｂ１４，　ｐｐ．　３２０４−３２１６，　１９９７，　ｅｎｔｉｔｌｅｄ　”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　ｆｏｒｕｌｔｒａｆａｓｔ　ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）に開示されている。以下、この方法を「従来例２」という。
【０００９】
「パターン効果」とは、ある時刻の出力光の強度がそれ以前のパルス光のデータ変調パターンに応じて変化する、という効果である。マッハツェンダー型全光スイッチにおける被制御光の出力光強度は、非線形導波路で被制御光に与えられる非線形位相シフトと両アームを通過する被制御光に設定されている位相差とによって定まり、さらに非線形位相シフトは非線形導波路で生じるキャリア密度変化によって定まる。そこで、「従来例２」では、キャリア密度変化量が信号光の入力パターンに依存しないようにしている。すなわち、定常パワー光の強度を高く設定することにより、キャリアの寿命を実効的に減少させ、それによって、キャリア密度変化の大きさが信号光の入力パターンに依存しないようにしている。これは、実効的なキャリア寿命を定常パワー光の強度で制御できる、という知見に基づくものである。
【００１０】
さらに、全光スイッチが、高い繰り返し頻度で規則的に並ぶ光パルスによって駆動される場合の対処法が、特開平２０００−２９０８１号公報に開示されている。以下、この対処法を「従来例３」という。
【００１１】
「従来例３」では、スイッチオンを生じさせる信号光パルスのエネルギーに比べて、スイッチオフを生じさせる信号光パルスのエネルギーを小さくすることにより、消光比の劣化を抑制している。
【００１２】
上述した「従来例１」の全光スイッチの構成に、上記「従来例２」のパターン効果抑制方法と「従来例３」の消光比劣化抑制方法を組み合わせて構成した全光スイッチの例を図１５に示す。この全光スイッチは、波長変換動作を行うものである。
【００１３】
図１５に示した従来のマッハツェンダー型全光スイッチ１０１は、第１および第２のアームを形成する二つの導波路Ａ１、Ａ２を持つマッハツェンダー型光回路ＭＣ’を備えている。それら二つのアームをなす導波路Ａ１、Ａ２には、非線形導波路として機能するＳＯＡ１１１と１１２がそれぞれ設けられている。二つの導波路Ａ１、Ａ２の入力側は、３ｄＢカプラ１１３を介して入力用導波路Ｂ１の一端に共通接続されている。入力用導波路Ｂ１の他端は、第２入力ポート１１８を形成している。導波路Ａ１、Ａ２の出力側は、３ｄＢカプラ１１４を介して出力用導波路Ｂ２の一端に共通接続されている。出力用導波路Ｂ２の他端は、出力ポート１１９を形成している。
【００１４】
マッハツェンダー型光回路ＭＣ’の第１アーム用導波路Ａ１には、さらに、波長選択カプラ１１５を介して光導波路Ｃ１の一端が接続されている。光導波路Ｃ１の途中には、可変遅延回路１２１と可変減衰器１２２が設けられている。マッハツェンダー型光回路ＭＣ’の第２アーム用導波路Ａ２には、さらに、波長選択カプラ１１６を介して光導波路Ｃ２の一端が接続されている。光導波路Ｃ２の途中には、可変減衰器１２３が設けられている。光導波路Ｃ１とＣ２の他端は、３ｄＢカプラ１２０を介して入力用光導波路Ｃ０の一端に共通接続され、その入力用光導波路Ｃ０の他端は第１入力ポート１１７を形成している。
【００１５】
次に、以上の構成を持つ従来の光スイッチの動作について説明する。
【００１６】
第１入力ポート１１７には、データ変調されたパルス列からなる信号光ＬＰＵＬ（波長：λ１）が入力される。第２入力ポート１１８には、連続（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ，　ＣＷ）光ＬＣＷ（波長：λ２、ただしλ２≠λ１）が入力される。波長λ１とλ２はいずれも、ＳＯＡ１１１と１１２の利得領域内に設定される。
【００１７】
第１入力ポート１１７から全光スイッチ１０１内に導入されたパルス状の信号光ＬＰＵＬは、３ｄＢカプラ１２０でパルス状の第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２に分岐される。これら分岐光ＬＰＵＬ１とＬＰＵＬ２は、いずれも信号光ＬＰＵＬと同じパルス列から構成される。第１分岐光ＬＰＵＬ１は、光導波路Ｃ１に設けられた可変遅延回路１２１および可変減衰器１２２と、波長選択カプラ１１５とを通って、第１アーム用光導波路Ａ１に設けられたＳＯＡ１１１に導入される。同様に、第２分岐光ＬＰＵＬ２は、光導波路Ｃ２に設けられた可変減衰器１２３と、波長選択カプラ１１６とを通って、第２アーム用光導波路Ａ２に設けられたＳＯＡ１１２に入力される。光導波路Ｃ１の長さ及び光導波路Ｃ２の長さは、第１分岐光ＬＰＵＬ１が３ｄＢカプラ１２０からＳＯＡ１１１まで伝搬する時間よりも、第２分岐光ＬＰＵＬ２が３ｄＢカプラ１２０からＳＯＡ１１２まで伝搬する時間の方が時間差Δｔだけ長くなるように設定される。つまり、第２分岐光ＬＰＵＬ２は、１分岐光ＬＰＵＬ１に対して時間差Δｔだけ遅延せしめられる。こうしてＳＯＡ１１１と１１２にそれぞれ導入された第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２は、ＳＯＡ１１１と１１２内のキャリア密度を変化させ、それらの内部に屈折率変化を引き起こす。
【００１８】
他方、第２入力ポート１１８から全光スイッチ１０１内に導入されたＣＷ光ＬＣＷは、３ｄＢカプラ１１３で第１分岐光ＬＣＷ１と第２分岐光ＬＣＷ２に分岐される。第１分岐光ＬＣＷ１は、第１アーム用光導波路Ａ１に設けられたＳＯＡ１１１に導入される。同様に、第２分岐光ＬＣＷ２は、第２アーム用光導波路Ａ２に設けられたＳＯＡ１１２に導入される。
【００１９】
ＣＷ状の第１分岐光ＬＣＷ１と第２分岐光ＬＣＷ２は、パルス状の第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルス列に応じて屈折率変化を生じたＳＯＡ１１１と１１２の内部で、それぞれ非線形位相シフトを受け、それぞれＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２になる。こうして生成された第１及び第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２は、位相が信号光ＬＰＵＬのパルス列に応じた変化を受けている。
【００２０】
こうしてＳＯＡ１１１と１１２の内部で生成された第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２は、３ｄＢカプラ１１４で合成され、出力光ＬＯＵＴとして出力ポート１１９から出力される。第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷＬ１２は、ＣＷ光ＬＣＷから生成されたものであるから、それらの波長はλ２である。よって、それらを合成して得られる出力光ＬＯＵＴの波長もλ２である。
【００２１】
マッハツェンダー型光回路ＭＣ’では、波長λ１の信号光ＬＰＵＬが入力されない時には、波長λ２の出力光ＬＯＵＴが出力されないように設定される。すなわち、全光スイッチ１０１が「オフ」の状態では、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２が３ｄＢカプラ１１４で合成される際の光路長差（位相差）は、ＣＷ光ＬＣＷの半波長（λ２／２）に等しく設定される。すなわち、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２は、３ｄＢカプラ１１４で合成される際に完全に打ち消し合い、その結果、出力光ＬＯＵＴの振幅はゼロとなる。換言すれば、出力光ＬＯＵＴが出力されない。
【００２２】
「オフ」の状態から第１アーム用導波路Ａ１のＳＯＡ１１１が信号光ＬＰＵＬ１で励起されると、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の光路長差が（λ２／２）からずれるので、出力ポート１１９より振幅一定で波長λ２の出力光ＬＯＵＴが出力される。つまり、全光スイッチ１０１が「オン」となる。その後、時間差Δｔだけ遅れてさらに第２アーム用光導波路Ａ２のＳＯＡ１１２が信号光ＬＰＵＬ２で励起されると、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の光路長差は当初の状態に戻り、（λ２／２）に等しくなる。その結果、出力光ＬＯＵＴの振幅は再びゼロとなる。その結果、信号光ＬＰＵＬ１によるＳＯＡ１１１の励起から信号光ＬＰＵＬ２によるＳＯＡ１１２の励起までの間のみ、出力光ＬＯＵＴが生じる。つまり、時間差Δｔにほぼ等しい幅のパルスが出力光ＬＯＵＴとして出力される。以後、同様にして、信号光ＬＰＵＬのパルス列と同じパルス列からなる出力光ＬＯＵＴ（波長：λ２）が生成される。
【００２３】
図１５の従来の全光スイッチ１０１の出力光ＬＯＵＴでは、以上のようにして、データ変調されたパルス列からなる信号光ＬＰＵＬの波長λ１が、それと同じパルス列からなるＣＷ光ＬＩＮ２の波長λ２に変換される。つまり「波長変換動作」が実現される。
【００２４】
マッハツェンダー型光回路ＭＣ’の二つのＳＯＡ１１１と１１２で引き起こされるキャリア密度変化（つまり、ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２に対する非線形位相シフト）の立ち上がりは、それぞれ、信号光ＬＰＵＬ１と信号光ＬＰＵＬ２の立ち上がりにほぼ追随する。しかし、そのキャリア密度変化（ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２に対する非線形位相シフト）の回復時間すなわちキャリア寿命は、通常１００ｐｓ〜１ｎｓ程度であって長いため、その立ち下がりは信号光ＬＰＵＬの立ち下がりには追随できない。しかし、図１５の全光スイッチ１０１では、スイッチ動作の立ち下がりがキャリア密度変化の立ち下がりに依存しないことが可能になっている。すなわち、信号光ＬＰＵＬ１によってＳＯＡ１１１中に引き起こされるキャリア密度変化でスイッチ動作が立ち上がって「オン」状態となり、他方、信号光ＬＰＵＬ２によってＳＯＡ１１２中に引き起こされるキャリア密度変化でスイッチ動作が立ち下がって「オフ」状態となる。これにより、当該キャリア密度変化の回復時間の長さによる影響を受けずに超高速のスイッチング動作が可能となる。
【００２５】
図１５の従来の全光スイッチ１０１の動作を示す波形図を図１６〜図１８に示す。図１６は第１入力ポート１１７より入力されるパルス状信号光ＬＰＵＬ（λ１）の波形図を示し、図１７はＳＯＡ１１１と１１２で生じるキャリア密度変化を示し、図１８は出力ポート１１９より出力される出力光ＬＯＵＴ（λ２）の波形図を示す。
【００２６】
図１６〜図１８の動作で使用したパルス状信号光ＬＰＵＬは、パルス幅が２ｐｓであり、１６０Ｇｂｐｓのビット・レート（ビット繰り返し周波数）でデータ変調されている。信号光ＬＰＵＬがＳＯＡ１１１と１１２に導入される際の時間差Δｔは、可変遅延回路１２１を用いることによって調整され、Δｔ＝２ｐｓ（これは出力光ＬＯＵＴのパルス幅に等しい）に設定されている。パルスがある場合を値「１」、パルスがない場合を値「０」に対応させると、図１６のパルス状信号光ＬＰＵＬの波形は、「０」が続いた後、“１１００１１００００１１１１”と表される。図１６に示す波形の信号光ＬＰＵＬが入力されることにより、ＳＯＡ１１１と１１２ではいずれも図１７の曲線ａ、ｂに示すようなキャリア密度変化が生じる。ＳＯＡ１１１のキャリア密度変化を示す曲線ｂは、ＳＯＡ１１２のキャリア密度変化を示す曲線ａを時間差Δｔだけ遅らせたものに相当する。
【００２７】
上記「従来例２」の「パターン効果抑制法」の適用による利点は次の通りである。すなわち、ＳＯＡ１１１、１１２のキャリア寿命は通常１００ｐｓ〜１ｎｓであり、信号光ＬＰＵＬのビット・レート（＝１６０Ｇｂｐｓ）の逆数の約６ｐｓに比べて非常に長い。このようにキャリア寿命が信号光ＬＰＵＬのパルス列の繰り返し間隔より長いと、信号光ＬＰＵＬの一つのパルスによって生じたキャリア密度変化が回復しないうちに信号光ＬＰＵＬの次のパルスが入力される可能性がある。この場合、信号光ＬＰＵＬのパルスによって引き起こされるキャリア密度変化の大きさが、信号光ＬＰＵＬの入力パターンに依存するようになる、つまりキャリア密度変化において「パターン効果」が生じるようになる。しかし、図１５の従来の全光スイッチ１０１では、ＣＷ光ＬＣＷのパワーを高く設定してＳＯＡ１１１、１１２におけるキャリアの寿命を実効的に減少させているので、キャリア密度変化の大きさが信号光ＬＰＵＬの入力パターンに依存しない動作が実現される。これにより、スイッチ１０１の出力光強度においても、信号光ＬＰＵＬの入力パターンに依存しない動作が実現される。
【００２８】
図１５の従来の全光スイッチ１０１では、さらに、上記「従来例３」の対処法を適用することにより、スイッチ・オンを生じさせる第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスのエネルギーに比べて、スイッチ・オフを生じさせる第１分岐光ＬＰＵＬ１’のパルスのエネルギーを小さくしている。これによって、消光比の劣化が抑制される。
【００２９】
よって、図１５に示す従来の全光スイッチ１０１では、図１８に示すような出力光ＬＯＵＴの波形が得られる。
【００３０】
なお、以上の説明では、全光スイッチ１０１によって波長変換動作を実現しているが、ＣＷ光ＬＣＷ（λ２）に代えて定常パワーを持つパルス列よりなるクロック光（λ２）を入力すると、信号光ＬＰＵＬ（λ１）のパルスを再生して出力光ＬＯＵＴとして出力する「パルス再生動作」を実現することができる。この場合も、クロック光のパワーを高く設定すれば、ＳＯＡ１１１と１１２で生じるキャリア寿命を実効的に低減できる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の「従来例２」における出力光強度のパターン効果抑制法は、定常パワーで入力される光（例えば、波長変換動作時に入力されるＣＷ光や、パルス再生動作時に入力されるクロックパルス光）の強度を高く設定してキャリア寿命を実効的に短縮することにより、キャリア密度変化に現れるパターン効果を抑制し、もって出力光強度に現れるパターン効果を抑制している。しかし、「従来例２」を開示する文献に記載されているように、一般に、キャリア寿命短縮の程度は定常パワーで入力される光の強度に比例するから、信号光ＬＰＵＬのパルスのビット・レートが高くなるにつれて、定常パワーで入力される光の強度をより高くする必要がある。そうすると、ＳＯＡ１１１と１１２の利得（キャリア）が消費され、非線形位相シフト量が低下して出力光ＬＯＵＴの強度の減少を招く、という問題がある。
【００３２】
また、上記の「従来例３」の対処法は、高い繰り返し周波数で規則的に並んだ光パルス列によって全光スイッチが駆動される場合に有効であるが、データ変調された信号光パルス列（すなわち、パルスが高い繰り返し周波数で不規則に並んでいるもの）によって駆動される全光スイッチに対する考慮はなされていない。
【００３３】
そこで、本発明の目的は、高い繰り返し周波数でデータ変調された光パルス列によって駆動される場合にも、定常パワー光の強度を過度に高くしてキャリア密度変化のパターン効果を抑制することなしに、出力光強度のパターン効果を効果的に抑制し、これによって出力光強度の増加させ、もって低雑音動作を実現することができるマッハツェンダー型全光スイッチを提供することにある。
【００３４】
ここに明記しない本発明のさらに他の目的は、以下の説明および添付図面から明らかになる。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
（１）　本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチは、
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路のそれぞれを通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定し、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするものである。
【００３６】
（２）　本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチは、データ変調されたパルス信号光により駆動される。このため、「パターン効果」の影響を受けやすい。つまり、前記第１および第２の非線形導波路中で前記第１および第２のパルス信号光が引き起こすキャリア密度の変化量が、それ以前の入力パターンにある程度依存しやすくなる。
【００３７】
例えば、前記第１および第２のパルス信号光において「１」の値が連続すると、それらのパルス信号光が前記第１および第２の非線形導波路に引き起こすキャリア密度の変化あるいは非線形の屈折率変化の量は、次第に減少していく。すなわち、キャリア密度変化において「パターン効果」の影響が現れる。
【００３８】
本発明の第１の全光スイッチでは、キャリア密度変化におけるパターン効果が出力光強度におけるパターン効果として現れにくい動作が実現される。前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、所定の時間差をもって時間的に先に導入されるもののエネルギーが後に導入されるもののエネルギーよりも高くなっているため、パルス信号光において「１」の値が連続した場合に、スイッチオンに必要な非線形屈折率変化量すなわちキャリア密度変化量は減少する。したがって、「１」の値が連続した場合に、非線形導波路で生じるキャリア密度変化量が減少しても、スイッチオン時の出力光強度の減少は抑えられる。
【００３９】
また、前記第１および第２の非線形導波路のそれぞれに導入される前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える「位相差付与手段」を設けている。そして、この位相差付与手段によって前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定する。一般に、本発明のようなマッハツェンダー型全光スイッチでは、出力光の強度は、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）の近傍における変動に対してあまり変動しない、という特徴がある。このため、スイッチオフ時に、前記光路長差が前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）の近傍で変動したとしても、その変動は前記出力光の強度にあまり影響を与えない。
【００４０】
よって、スイッチオン時の出力光強度のパターン効果も、スイッチオフ時の出力光強度のパターン効果も抑制される。すなわち、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することができる。
【００４１】
その結果、高い繰り返し周波数でデータ変調された光パルス列によって駆動される場合にも、前記第１および第２の定常パワー光の強度を過度に高くしてキャリア密度変化のパターン効果を抑制することなしに、出力光強度のパターン効果を効果的に抑制することが可能となり、出力光の強度の増加も可能となる。よって、低雑音動作を実現することができる。
【００４２】
（３）　本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチは、本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、「前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定」する代わりに、「前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータが、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータよりも大きく設定」されるものであり、その他の構成はほぼ同じである。
【００４３】
すなわち、本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチは、
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータが、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータよりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするものである。
【００４４】
（４）　本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチは、データ変調されたパルス信号光により駆動される。このため、「パターン効果」の影響を受けやすい。つまり、前記第１および第２の非線形導波路中で前記第１および第２のパルス信号光が引き起こすキャリア密度の変化量が、それ以前の入力パターンにある程度依存しやすくなる。
【００４５】
本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチでは、キャリア密度変化におけるパターン効果が出力光強度におけるパターン効果として現れにくい動作が実現される。前記第１または第２のパルス信号光が時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータが、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路のアルファ・パラメータよりも小さいため、パルス信号光において「１」の値が連続した場合に、スイッチオンに必要な非線形屈折率変化量すなわちキャリア密度変化量は減少する。したがって、「１」の値が連続した場合に、非線形導波路で生じるキャリア密度変化量が減少しても、スイッチオン時の出力光強度の減少は抑えられる。
【００４６】
また、前記第１および第２の非線形導波路のそれぞれに導入される前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える「位相差付与手段」を設けている。そして、この位相差付与手段によって前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定する。一般に、本発明のようなマッハツェンダー型全光スイッチでは、出力光の強度は、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）の近傍における変動に対してあまり変動しない、という特徴がある。このため、スイッチオフ時に、前記光路長差が前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）の近傍で変動したとしても、その変動は前記出力光の強度にあまり影響を与えない。
【００４７】
よって、スイッチオン時の出力光強度のパターン効果も、スイッチオフ時の出力光強度のパターン効果も抑制される。すなわち、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することができる。
【００４８】
その結果、高い繰り返し周波数でデータ変調された光パルス列によって駆動される場合にも、前記第１および第２の定常パワー光の強度を過度に高くしてキャリア密度変化のパターン効果を抑制することなしに、出力光強度のパターン効果を効果的に抑制することが可能となり、出力光の強度の増加も可能となる。よって、低雑音動作を実現することができる。
【００４９】
（５）　本発明の第３のマッハツェンダー型全光スイッチは、本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、「前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定」する代わりに、「前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数よりも大きく設定」されるものであり、その他の構成はほぼ同じである。
【００５０】
すなわち、本発明の第３のマッハツェンダー型全光スイッチは、
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするものである。
【００５１】
（６）　本発明の第３のマッハツェンダー型全光スイッチでは、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の微分利得係数よりも大きく設定されている。
【００５２】
その結果、本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチで述べたとの同様の理由により、同様の効果が得られる。
【００５３】
（７）　本発明の第４のマッハツェンダー型全光スイッチは、本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、「前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定」する代わりに、「前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量よりも大きく設定」されるものであり、その他の構成はほぼ同じである。
【００５４】
すなわち、本発明の第４のマッハツェンダー型全光スイッチは、
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするものである。
【００５５】
（８）　本発明の第４のマッハツェンダー型全光スイッチでは、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路への電流注入量よりも大きく設定されている。
【００５６】
その結果、本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチで述べたとの同様の理由により、同様の効果が得られる。
【００５７】
（９）　本発明の第５のマッハツェンダー型全光スイッチは、本発明の第１のマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、「前記パルス信号光入力手段は、前記第１および第２の非線形導波路にそれぞれ導入される前記第１および第２のパルス信号光のうち、時間的に先に導入されるもののエネルギーを後に導入されるもののエネルギーよりも高く設定」する代わりに、「前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数よりも大きく設定」されるものであり、その他の構成はほぼ同じである。
【００５８】
すなわち、本発明の第５のマッハツェンダー型全光スイッチは、
第１アームと第２アームを持つマッハツェンダー型光回路と、
前記第１アームと第２アームにそれぞれ設けられた、非線形屈折率変化を示す第１および第２の非線形導波路と、
前記第１および第２の非線形導波路に、データ変調された第１および第２のパルス信号光を所定の時間差をもってそれぞれ導入するパルス信号光入力手段と、
前記第１および第２の非線形導波路に、第１および第２の定常パワー光をそれぞれ導入する定常パワー光入力手段とを備え、
前記時間差は、前記第１および第２の非線形導波路における非線形の屈折率変化の緩和時間内に設定されているマッハツェンダー型全光スイッチにおいて、
前記第１および第２の非線形導波路をそれぞれ通過する前記第１および第２の定常パワー光の間に位相差を与える位相差付与手段を有しており、
前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数よりも大きく設定されており、
前記位相差付与手段は、前記第１および第２の定常パワー光の間に与えられる光路長差が、前記定常パワー光の波長の（１／２）の近傍に含まれるように設定し、もって、前記第１および第２のパルス信号光のデータ変調パターンに起因する出力光の変動を抑制することを特徴とするものである。
【００５９】
（１０）　本発明の第５のマッハツェンダー型全光スイッチでは、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数が、時間的に後に導入される前記第１または第２の非線形導波路の光閉じ込め係数よりも大きく設定されている。
【００６０】
その結果、本発明の第２のマッハツェンダー型全光スイッチで述べたとの同様の理由により、同様の効果が得られる。
【００６１】
（１１）　本発明の第１〜第５のマッハツェンダー型全光スイッチの好ましい例では、前記合計位相差が、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／２）からずらして設定されており、そのずれが、前記第１または第２のパルス信号光が時間的に先に導入される前記第１アームまたは第２アームの光路長を、時間的に後に導入される前記第１アームまたは第２アームの光路長よりも短縮して設定することにより生成される。
【００６２】
この例では、前記光路長の短縮長さが、前記第１および第２の定常パワー光の波長の（１／４）以内とされるのが好ましい。
【００６３】
本発明の第１〜第５のマッハツェンダー型全光スイッチの他の好ましい例では、前記位相差付与手段は、所定の媒質に対して熱、電圧および電流のいずれか一つを供給することによって前記位相差を付与するものとされる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。
【００６５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１の構成を示す。この全光スイッチ１は波長変換動作を行うものである。
【００６６】
図１の全光スイッチ１は、第１および第２のアームを形成する二つの導波路Ａ１、Ａ２を持つマッハツェンダー型光回路ＭＣを備えている。一方のアームをなす導波路Ａ１には、非線形導波路として機能するＳＯＡ１１と、位相調整器２４とが直列に設けられている。他方のアームをなす導波路Ａ２には、非線形導波路として機能するＳＯＡ１２と、位相調整器２５とが直列に設けられている。二つの導波路Ａ１、Ａ２の入力側は、３ｄＢカプラ１３を介して入力用導波路Ｂ１の一端に共通接続されている。入力用導波路Ｂ１の他端は、第２入力ポート１８を形成している。導波路Ａ１、Ａ２の出力側は、３ｄＢカプラ１４を介して出力用導波路Ｂ２の一端に共通接続されている。出力用導波路Ｂ２の他端は、出力ポート１９を形成している。
【００６７】
マッハツェンダー型光回路ＭＣの第１アーム用導波路Ａ１には、さらに、波長選択カプラ１５を介して光導波路Ｃ１の一端が接続されている。光導波路Ｃ１の途中には、可変遅延回路２１と可変減衰器２２が直列に設けられている。マッハツェンダー型光回路ＭＣの第２アーム用導波路Ａ２には、さらに、波長選択カプラ１６を介して光導波路Ｃ２の一端が接続されている。光導波路Ｃ２の途中には、可変減衰器２３が設けられている。光導波路Ｃ１とＣ２の他端は、３ｄＢカプラ２０を介して入力用光導波路Ｃ０の一端に共通接続され、その入力用光導波路Ｃ０の他端は第１入力ポート１７を形成している。
【００６８】
次に、以上の構成を持つ第１実施形態の全光スイッチ１の動作について説明する。
【００６９】
第１入力ポート１７には、データ変調されたパルス列からなる信号光ＬＰＵＬ（波長：λ１）が入力される。第２入力ポート１８には、連続（ＣＷ）光Ｌｃｗ（波長：λ２、ただしλ２≠λ１）が入力される。波長λ１とλ２はいずれも、ＳＯＡ１１と１２の利得領域内に設定される。
【００７０】
第１入力ポート１７から全光スイッチ１内に導入されたパルス状の信号光ＬＰＵＬは、３ｄＢカプラ２０でパルス状の第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２に分岐される。これら分岐光ＬＰＵＬ１とＬＰＵＬ２は、いずれも信号光ＬＰＵＬと同じパルス列から構成される。第１分岐光ＬＰＵＬ１は、光導波路Ｃ１に設けられた可変遅延回路２１および可変減衰器２２と、波長選択カプラ１５とを通って、第１アーム用光導波路Ａ１に設けられたＳＯＡ１１および位相調整器２４に導入される。同様に、パルス状の第２分岐光ＬＰＵＬ２は、光導波路Ｃ２に設けられた可変減衰器２３と、波長選択カプラ１６とを通って、第２アーム用光導波路Ａ２に設けられたＳＯＡ１２および位相調整器２５に入力される。
【００７１】
第１分岐光ＬＰＵＬ１は、可変減衰器２２により所定量だけ減衰せしめられてから、波長選択カプラ１５へ送られる。第２分岐光ＬＰＵＬ２は、可変減衰器２３により所定量だけ減衰せしめられてから、波長選択カプラ１６へ送られる。ここでは、第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２とで減衰量が異なっており、エネルギー（振幅）は、マッハツェンダー型光回路ＭＣに後に導入される第１分岐光ＬＰＵＬ１よりも、先に導入される第２分岐光ＬＰＵＬ２の方が大きくしてある。
【００７２】
光導波路Ｃ１には可変遅延回路２１が設けられているので、第１分岐光ＬＰＵＬ１には第２分岐光ＬＰＵＬ２に対して所定の時間差Δｔが付与される。つまり、第１分岐光ＬＰＵＬ１は第２分岐光ＬＰＵＬ２に対して時間差Δｔだけ遅延せしめられ、遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’となる。こうしてＳＯＡ１１と１２にそれぞれ導入された遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’と第２分岐光ＬＰＵＬ２は、ＳＯＡ１１と１２内のキャリア密度を変化させ、それらの内部に屈折率変化を引き起こす。
【００７３】
他方、第２入力ポート１８から全光スイッチ１内に導入されたＣＷ光ＬＣＷは、３ｄＢカプラ１３で第１分岐光ＬＣＷ１と第２分岐光ＬＣＷ２に分岐される。第１分岐光ＬＣＷ１は、第１アーム用光導波路Ａ１に設けられたＳＯＡ１１と位相調整器２４に導入される。
【００７４】
第１分岐光ＬＣＷ１は、パルス状の第１分岐光ＬＰＵＬ１のパルス列に応じて屈折率変化を生じたＳＯＡ１１の内部での非線形位相シフト、及び位相調整器２４での位相バイアスを受けることにより、位相遅延量φ１を受け、ＣＷ光ＬＣＷ１１になる。同様に、第２分岐光ＬＣＷ２は、第２アーム用光導波路Ａ２に設けられたＳＯＡ１２と位相調整器２５に導入される。第２分岐光ＬＣＷ２は、パルス状の第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルス列に応じて屈折率変化を生じたＳＯＡ１２の内部での非線形位相シフト、及び位相調整器２５での位相バイアスを受けることにより、位相遅延量φ２を受け、ＣＷ光ＬＣＷ１２になる。
【００７５】
こうしてＳＯＡ１１と１２の内部で生成された第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２は、３ｄＢカプラ１４で合成され、出力光ＬＯＵＴとして出力ポート１９から出力される。第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷＬ１２は、ＣＷ光ＬＣＷから生成されたものであるから、それらの波長はλ２である。よって、それらを合成して得られる出力光ＬＯＵＴの波長もλ２である。
【００７６】
マッハツェンダー型光回路ＭＣでは、波長λ１の信号光ＬＰＵＬが入力されない時には、波長λ２の出力光ＬＯＵＴが出力されないように設定される。すなわち、全光スイッチ１が「オフ」の状態では、第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷ１２の間の位相差Φ＝φ２―φ１がπ［ラジアン］、言い換えれば、第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷＬ１２の間の光路長差が、ＣＷ光ＬＣＷの半波長（λ２／２）の近傍に含まれるように設定される。この場合、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２は３ｄＢカプラ１４で合成される際に打ち消し合い、その結果、出力光ＬＯＵＴの振幅（強度）はゼロとなる。換言すれば、出力光ＬＯＵＴが出力されない。
【００７７】
「オフ」の状態から第２アーム用導波路Ａ２のＳＯＡ１２が信号光ＬＰＵＬ２で励起されると、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の光路長差が（λ２／２）からずれるので、出力ポート１９より波長λ２の出力光ＬＯＵＴが出力される。つまり、全光スイッチ１が「オン」となる。その後、時間差Δｔだけ遅れて、さらに第１アーム用光導波路Ａ１のＳＯＡ１１が遅延信号光ＬＰＵＬ１’で励起されると、第１および第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の光路長差は当初の状態に戻り、（λ２／２）にほぼ等しくなる。その結果、出力光ＬＯＵＴの振幅（強度）は再びゼロとなる。つまり、時間差Δｔにほぼ等しい幅のパルスが出力光ＬＯＵＴとして出力される。以後、同様にして、信号光ＬＰＵＬのパルス列と同じパルス列からなる出力光ＬＯＵＴ（波長：λ２）が生成される。
【００７８】
このように、図１に示した第１実施形態の全光スイッチ１の出力光ＬＯＵＴでは、データ変調されたパルス列からなる信号光ＬＰＵＬの波長λ１が、同じパルス列からなるＣＷ光ＬＣＷの波長λ２に変換される。つまり「波長変換動作」が実現される。
【００７９】
ここで、マッハツェンダー型光回路ＭＣの第１および第２のアームのＳＯＡ１１と１２からなる非線形導波路で引き起こされるキャリア密度変化（ＣＷ光ＬＣＷ１とＬＣＷ２に対する非線形位相シフト）の立ち上がりは、それぞれ、信号光ＬＰＵＬ１とＬＰＵＬ２の立ち上がりにほぼ追随するが、その非線形位相シフトの回復時間すなわちキャリア寿命は、通常１００ｐｓ〜１ｎｓ程度であって長い。しかし、図１の全光スイッチ１では、当該非線形位相シフトをキャリア寿命より短い所定の時間差Δｔで生じさせるので、当該非線形位相シフトの回復時間の長さを相殺し、もって超高速の光スイッチ動作が可能となる。
【００８０】
さらに、第１実施形態の全光スイッチ１では、上述した従来の全光スイッチ１０１とは異なり、第１アーム用光導波路Ａ１に設けた位相調整器２４で第１分岐光ＬＣＷ１に位相バイアスを与えることにより第１ＣＷ光ＬＣＷ１１を得ると共に、第２アーム用光導波路Ａ２に設けた位相調整器２５で第２分岐光ＬＣＷ２に位相バイアスを与えることにより第２ＣＷ光ＬＣＷ１２を得ている。このため、両者の位相バイアス量を適宜調整することにより、第１及び第２のＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の位相差バイアスを調整することが可能である。
【００８１】
ところで、第１実施形態の全光スイッチ１では、出力光ＬＯＵＴの強度Ｉは次の数式（１）で与えられる。
【００８２】
【数１】
2004061889.tif 000003
数式（１）において、Ｉ１とＩ２はそれぞれ第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷ１２の強度であり、Φは第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷ１２の位相差であり、Φ＝φ２−φ１である。
【００８３】
数式（１）に基づいて、出力光ＬＯＵＴと位相差Φの関係を図示すると、図１４のようになる。
【００８４】
数式（１）より明らかなように、第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷ１２の位相差Φ＝φ２−φ１をπ［ラジアン］に等しくする、すなわち第１ＣＷ光ＬＣＷ１１と第２ＣＷ光ＬＣＷ１２の光路長差を（λ２／２）に等しくすると、出力光ＬＯＵＴの強度Ｉは最小（ゼロ）となる。これは図１４からも明らかである。
【００８５】
次に、上述した第１実施形態の全光スイッチ１の動作を図１２〜図１４を用いてより詳細に説明する。
【００８６】
図１２（ａ）に示すように、パルス状信号光ＬＰＵＬの遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’は、パルス状信号光ＬＰＵＬの第２分岐光ＬＰＵＬ２に対して時間差Δｔだけ遅れてマッハツェンダー光回路ＭＣに導入される。第２分岐光ＬＰＵＬ２の導入時刻はｔ１、遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’の導入時刻はｔ２である。したがって、ｔ２−ｔ１＝Δｔである。
【００８７】
また、遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’の振幅（すなわち強度）はＤ１、第２分岐光ＬＰＵＬ２の振幅（すなわち強度）はＤ２であるが、ここではＤ２＞Ｄ１の関係がある。すなわち、マッハツェンダー光回路ＭＣに先に導入される第２分岐光ＬＰＵＬ２の振幅（エネルギー）の方が、後に導入される遅延第１分岐光ＬＰＵＬ１’の振幅（エネルギー）よりも大きく設定されている。
【００８８】
第１および第２の分岐光ＬＰＵＬ１’、ＬＰＵＬ２と共にマッハツェンダー光回路ＭＣに導入されるＣＷ光ＬＣＷの分岐光ＬＣＷ１とＬＣＷ２は、いずれも一定の振幅Ｃを持つ。よって、これらの波形を図示すると、図１２（ａ）に示すようになる。
【００８９】
図１２（ａ）において、第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスが時刻ｔ１に入力されたとすると、それに対応する第１分岐光ＬＰＵＬ１のパルスは、時刻ｔ１より時間差Δｔだけ遅れた時刻ｔ２に入力される。先にマッハツェンダー型光回路ＭＣに入力される第２分岐光ＬＰＵＬ２の振幅Ｄ２は、後に同じ光回路ＭＣに入力される第１分岐光ＬＰＵＬ１の振幅Ｄ１よりも大きくされている。つまり、第２分岐光ＬＰＵＬ２のエネルギーは、第１分岐光ＬＰＵＬ１のエネルギーよりも大きくなっている。
【００９０】
図１２（ｂ）は、第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスの印加によるＳＯＡ１１、１２のキャリア密度Ｎ１、Ｎ２の変化をそれぞれ示す。ＳＯＡ１２のキャリア密度Ｎ２は、第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスに応答して時刻ｔ１で減少した後、除々に回復する。ＳＯＡ１１のキャリア密度Ｎ１は、第１分岐光ＬＰＵＬ１のパルスに応答して時刻ｔ２で減少した後、除々に回復する。
【００９１】
図１３（ａ）は、ＳＯＡ１１、１２のキャリア密度Ｎ１、Ｎ２の変化によって生じた屈折率変化により、第１の分岐ＣＷ光ＬＣＷ１の位相φ１と第２の分岐ＣＷ光ＬＣＷ２の位相φ２が変化する状況を示す。こうして位相が変化せしめられた後、第１および第２の分岐ＣＷ光ＬＣＷ１とＬＣＷ２は、それぞれ第１および第２の分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２となる。
【００９２】
出力光ＬＯＵＴは、位相が変化せしめられた２つの分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２を合成して得られるから、図１３（ｂ）のようなパルスとなる。そのパルス幅は、２つの分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の時間差Δｔに等しい。
【００９３】
図１の第１実施形態の全光スイッチ１を実際に動作させて得た波形図を図２〜図４に示す。図２は第１入力ポート１７より入力される信号光ＬＰＵＬ（λ１）の波形図を、図４は出力ポート１９より出力される出力光ＬＯＵＴ（λ２）の波形図を示す。図３は、ＳＯＡ１１と１２の内部でのキャリア密度の変化を示す。図３において、曲線ａはＳＯＡ１２のキャリア密度変化であり、曲線ｂはＳＯＡ１１のキャリア密度変化であって、曲線ａを時間差Δｔだけ遅らせたものである。
【００９４】
信号光ＬＰＵＬは、パルス幅２ｐｓで、１６０Ｇｂｐｓでデータ変調されている。信号光ＬＰＵＬがＳＯＡ１１と１２に導入される際の時間差は、可変遅延回路２１を用いることによって調整が可能である。ここでは２ｐｓに設定されている。パルスがある場合を「１」、パルスがない場合を「０」に対応させると、図２の信号光ＬＰＵＬの波形は、「０」が続いた後、“１１００１１００００１１１１”と表される。図２の波形の信号光ＬＰＵＬが入ることにより、ＳＯＡ１１と１２では図３に示すようなキャリア密度の変化が生じる。ここでは、ＣＷ光ＬＣＷのパワーを図１５の従来例の場合の（１／１０）に設定している。実効キャリア寿命は、信号光ＬＰＵＬのビットレートの逆数の６ｐｓに比べて長い。このため、信号光ＬＰＵＬのパルスで励起されるキャリア密度の変化量は、その直前の信号光ＬＰＵＬのパルスの有無によって異なる。しかし、スイッチオンを生じさせる第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスのエネルギーに比べて、スイッチオフを生じさせる第１分岐光ＬＰＵＬ１のパルスのエネルギーを小さくしており、さらに、第１および第２のアームの位相調整器２４と２５を用いて適正な位相差バイアスを設定しているので、図４に示すようなパターン効果の小さい波長変換出力が得られる。
【００９５】
ここで、出力光強度におけるパターン効果の抑制に関して、図１４を用いて説明する。
【００９６】
出力光ＬＯＵＴにおける第１および第２の分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の間の位相差ΔΦ＝φ２−φ１への依存性は、上記数式（１）で与えられるから、図１４のようなコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）カーブに似た形を持つ。スイッチオフ時には、第１および第２の分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の位相差Φはπ［ラジアン］の近傍にあり、出力光ＬＯＵＴの振幅Ｉは最小値ゼロをとる。
【００９７】
ここで、典型的な例として、パルス信号光ＬＰＵＬにおいて「１」が２個連続する場合、すなわち、２個のパルス信号光ＬＰＵＬが６ｐｓで当該スイッチ１に入力される場合を考える。
【００９８】
１番目の「１」に対応するパルス信号光ＬＰＵＬがスイッチ１に入力され、第２分岐光ＬＰＵＬ２によってＳＯＡ１２が励起されると、φ２が増加する。その結果、位相差Φ＝φ２−φ１も増加するので、出力光ＬＯＵＴが出力される（スイッチオン）。時間差Δｔ＝２ｐｓの後に第１遅延分岐光ＬＰＵＬ１’によってＳＯＡ１１が励起されると、φ１も増加するため、位相差Φ＝φ２−φ１は再びπの近傍になる。その結果、出力光ＬＯＵＴの強度はゼロとなる（スイッチオフ）。このとき、パルス信号光ＬＰＵＬの第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスエネルギーは、第１遅延分岐光ＬＰＵＬ１’のパルスエネルギーよりも大きいため、１番目のパルス信号光ＬＰＵＬにより生じたスイッチ動作の後における位相差Φは、スイッチ動作の前に比べてわずかに増加している。
【００９９】
次に、２番目の「１」に対応するパルス信号光ＬＰＵＬがスイッチ１に入力され、第２分岐光ＬＰＵＬ２によってＳＯＡ１２が励起される（スイッチオン）が、この時のφ２の増加量は、１番目のパルス信号光ＬＰＵＬによるφの増加量に比べて小さくなる。これは、キャリア密度変化量におけるパターン効果が現れるためである。しかし、パルス信号光ＬＰＵＬの第２分岐光ＬＰＵＬ２のパルスエネルギーは、第１遅延分岐光ＬＰＵＬ１’のパルスエネルギーよりも大きくされているため、１番目のパルス信号光ＬＰＵＬにより生じたスイッチ動作の後におけるΦは、スイッチ動作の前に比べてわずかに増加している。しｔがって、２番目のパルス信号光ＬＰＵＬにより励起されるφ２の増加量が小さくなる分を相殺することになる。すなわち、スイッチオン時の出力光強度は、１番目の「１」の入力時と２番目の「１」の入力時とで互いに等しくなる。また、スイッチオフ時のΦの値はπすなわち（λ２／２）の近傍で変動するが、図１４より分かるように、出力光ＬＯＵＴの振幅（強度）Ｉは最小値ゼロからほとんど増加しない。
【０１００】
位相調整器２４と２５を用いて２つの分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２に与えられる位相差バイアスΦは、ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の波長の（１／２）からずらして設定されている。そのずれは、第２分岐光ＬＰＵＬ２が時間的に先に導入される第２アームＡ２の光路長を、時間的に後に導入される第１アームＡ１の光路長よりも短縮して設定することにより、容易に生成される。
【０１０１】
前記光路長の短縮長さは、分岐ＣＷ光ＬＣＷ１１とＬＣＷ１２の波長の（１／４）以内とされるのが好ましい。
【０１０２】
位相調整器２４と２５による位相差バイアスの設定は、位相調整器２４と２５を構成する媒質への熱印加、電圧印加、あるいは電流注入によって屈折率変化を示す媒質が好ましいが、これら以外の方法によって外部から屈折率を変化させることができる媒質も使用可能である。
【０１０３】
図２〜図４に示した例では、ＣＷ光ＬＣＷのパワー（振幅）を図１５の従来例の場合の（１／１０）に設定しているため、ＣＷ光ＬＣＷによるＳＯＡ１１、１２の利得の消費が効果的に抑制される。その結果、出力光ＬＯＵＴのパワー（振幅）は、図１８に示した従来例のそれの約２０倍程度まで向上することが確認された。
【０１０４】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａの構成を示す。この全光スイッチ１Ａも波長変換動作を行うものである。
【０１０５】
図５の全光スイッチ１Ａの構成は、図１の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１から可変減衰器２２と２３を取り除いたものに相当する。したがって、第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２は、いずれも減衰せしめられずに波長選択カプラ１５、１６へそれぞれ送られる。よって、第１実施形態とは異なり、２つの分岐光ＬＰＵＬ１とＬＰＵＬ２は、同じエネルギー（振幅）を持っている。
【０１０６】
非線形導波路を形成するＳＯＡ１１と１２は、そのアルファ・パラメータが互いに異なっている。すなわち、ＳＯＡ１１と１２では、同じエネルギーの第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２により同じ大きさのキャリア密度の変化が生じるが、アルファ・パラメータの差異に起因して非線形位相シフトの量が異なる。スイッチオンを生じる（マッハツェンダー型光回路ＭＣに先に導入される）ＳＯＡ１２でのアルファ・パラメータが、スイッチオフを生じさせる（マッハツェンダー型光回路ＭＣに後に導入される）ＳＯＡ１１でのアルファ・パラメータよりも大きくしている。
【０１０７】
一般に、ＳＯＡのキャリア変化量をΔＮとすると、次の数式（２）が成り立つ。
【０１０８】
【数２】
2004061889.tif 000004
数式（２）において、（ｄｇ／ｄＮ）は微分利得係数、Ｎはキャリア密度、Ｄは振幅（光強度）、Γは光閉じ込め係数である。微分利得係数は、キャリア密度Ｎに対する利得の変化率を示す。光閉じ込め係数Γは、有効に使用される光の入射光に対する割合を示す。
【０１０９】
また、ＳＯＡの位相変化量をΔφとすると、次の数式（３）が成り立つ。
【０１１０】
【数３】
2004061889.tif 000005
数式（３）において、［（ｄｎ／ｄＮ）／（ｄｇ／ｄＮ）］はアルファ・パラメータαである。したがって、次の数式（４）が成り立つ。
【０１１１】
【数４】
2004061889.tif 000006
「アルファ・パラメータα」は、数式（４）から明らかなように、キャリア密度に対する屈折率変化の微分利得係数に対する変化率である。
【０１１２】
本発明の第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａは、上述した第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１において、第１分岐光ＬＰＵＬ１と第２分岐光ＬＰＵＬ２間に与えられたエネルギー（振幅）の差異を、「アルファ・パラメータの差異」に代えたものに相当するから、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【０１１３】
以上の構成をもつ第２実施形態の光スイッチの動作を示す波形図を図６〜図７に示す。
【０１１４】
図２の波形の信号光ＬＰＵＬが入ることにより、ＳＯＡ１１と１２では図６に示すようなキャリア密度の変化が生じる。このキャリア密度変化量には、パターン効果が現れているが、スイッチオンを生じさせる非線形位相シフト量に比べて、スイッチオフを生じさせる非線形位相シフト量を小さくすること、および、適正な位相差バイアスを設定することにより、図８に示すようなパターン効果の小さい波長変換出力が得られる。
【０１１５】
第２実施形態の全光スイッチ１Ａでは、ＣＷ光ＬＣＷのパワーを図１５の従来例の場合の（１／１０）に設定しているため、２つのＣＷ光ＬＣＷ１とＬＣＷ２によるＳＯＡ１１、１２の利得の消費が抑制され、その結果、波長変換出力光のパワーは、図１８に示した従来例のそれの約２０倍程度まで向上した。
【０１１６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの構成は、図５に示した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａのそれと同じである。この全光スイッチも、波長変換動作を行うものである。
【０１１７】
第３実施形態の全光スイッチでは、第２実施形態の「アルファ・パラメータの差異」に代えて、非線形導波路を形成するＳＯＡ１１と１２の「微分利得係数」を互いに異ならせている。すなわち、スイッチオンを生じさせるＳＯＡ１２での微分利得係数が、スイッチオフを生じさせるＳＯＡ１１での微分利得係数よりも大きくなっている。
【０１１８】
本発明の第３実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチは、上述した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａにおいて、「アルファ・パラメータの差異」に代えて「微分利得係数の差異」を利用したものに相当するから、第２実施形態の場合と同様の効果が得られることが明らかである。
【０１１９】
以上の構成をもつ第３実施形態の光スイッチの動作を示す波形図を図８〜図９に示す。
【０１２０】
図２の波形の信号光ＬＰＵＬが入ることにより、ＳＯＡ１１と１２では図８に示すようなキャリア密度の変化が生じる。このキャリア密度変化量には、パターン効果が現れているが、スイッチオンを生じさせる非線形位相シフト量に比べて、スイッチオフを生じさせる非線形位相シフト量を小さくすること、および、適正な位相差バイアスを設定することにより、図９に示すようなパターン効果の小さい波長変換出力が得られる。
【０１２１】
上述した第３実施形態の全光スイッチでは、ＣＷ光ＬＣＷのパワーを図１５の従来例の場合の（１／５）に設定しているため、２つのＣＷ光ＬＣＷ１とＬＣＷ２によるＳＯＡ１１、１２の利得の消費が抑制され、その結果、波長変換出力光のパワーは、図１８に示した従来例のそれより増加した。
【０１２２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの構成は、図５に示した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａのそれと同じである。この全光スイッチも、波長変換動作を行うものである。
【０１２３】
第４実施形態の全光スイッチでは、第２実施形態の「アルファ・パラメータの差異」に代えて、非線形導波路を形成するＳＯＡ１１と１２への「注入電流量」を互いに異ならせている。すなわち、スイッチオンを生じさせるＳＯＡ１２への注入電流量が、スイッチオフを生じさせるＳＯＡ１１への注入電流量よりも大きくなっている。
【０１２４】
本発明の第４実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチは、上述した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａにおいて、「アルファ・パラメータの差異」に代えて「注入電流量の差異」を利用したものに相当するから、第２実施形態の場合と同様の効果が得られることが明らかである。
【０１２５】
以上の構成をもつ第４実施形態の光スイッチの動作を示す波形図を図１０〜図１１に示す。
【０１２６】
図２の波形の信号光ＬＰＵＬが入ることにより、ＳＯＡ１１と１２では図１０に示すようなキャリア密度の変化が生じる。このキャリア密度変化量には、パターン効果が現れているが、スイッチオンを生じさせる非線形位相シフト量に比べて、スイッチオフを生じさせる非線形位相シフト量を小さくすること、および、適正な位相差バイアスを設定することにより、図１１に示すようなパターン効果の小さい波長変換出力が得られる。
【０１２７】
上述した第４実施形態の全光スイッチでは、ＣＷ光ＬＩＮ２のパワーを図１５の従来例の場合の（１／５）に設定しているため、ＣＷ光ＬＩＮ２によるＳＯＡ１１、１２の利得の消費が抑制され、その結果、波長変換出力光のパワーは、図１８に示した従来例のそれより増加した。
【０１２８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの構成は、図５に示した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａのそれと同じである。この全光スイッチも、波長変換動作を行うものである。
【０１２９】
第５施形態の全光スイッチでは、第２実施形態の「アルファ・パラメータの差異」に代えて、非線形導波路を形成するＳＯＡ１１と１２での「光閉じ込め係数」を互いに異ならせている。すなわち、スイッチオンを生じさせるＳＯＡ１２の光閉じ込め係数が、スイッチオフを生じさせるＳＯＡ１１の光閉じ込め係数よりも大きくなっている。
【０１３０】
本発明の第５実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチは、上述した第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチ１Ａにおいて、「アルファ・パラメータの差異」に代えて「光閉じ込め係数の差異」を利用したものに相当するから、第２実施形態の場合と同様の効果が得られることが明らかである。
（変形例）
上記の第１〜第５実施形態は本発明を具体化した例を示すものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のマッハツェンダー型全光スイッチによれば、高い繰り返し周波数でデータ変調された光パルス列によって駆動される場合にも、パターン効果を効果的に抑制して出力光の強度を増加させ、もって低雑音動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチに入力されるパルス状信号光ＬＰＵＬの波形図である。
【図３】図１の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのＳＯＡで生じるキャリア密度の変化を示す図である。
【図４】図１の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチから出力される信号光ＬＯＵＴの波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのＳＯＡで生じるキャリア密度の変化を示す図である。
【図７】図５の第２実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチから出力される信号光ＬＯＵＴの波形図である。
【図８】本発明の第３実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのＳＯＡで生じるキャリア密度の変化を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチから出力される信号光ＬＯＵＴの波形図である。
【図１０】本発明の第４実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのＳＯＡで生じるキャリア密度の変化を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチから出力される信号光ＬＯＵＴの波形図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのパルス状分岐光ＬＰＵＬ１’とＬＰＵＬ２と２つのＣＷ分岐光ＬＣＷ１とＬＣＷ２の波形図であり、（ｂ）はキャリア密度の変化を示す図である。
【図１３】（ａ）は本発明の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの２つの分岐ＣＷ光ＬＣＷ１とＬＣＷ２の波形図であり、（ｂ）は出力光ＬＯＵＴの波形図である。
【図１４】本発明の第１実施形態のマッハツェンダー型全光スイッチの出力光ＬＯＵＴの振幅−位相特性図である。
【図１５】従来のマッハツェンダー型全光スイッチの構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】従来のマッハツェンダー型全光スイッチに入力されるパルス状信号光ＬＰＵＬの波形図である。
【図１７】従来のマッハツェンダー型全光スイッチの２つのＳＯＡで生じるキャリア密度の変化を示す図である。
【図１８】従来のマッハツェンダー型全光スイッチから出力される信号光ＬＯＵＴの波形図である。
【符号の説明】
１、１Ａ　マッハツェンダー型全光スイッチ
１１、１２　ＳＯＡ
１３、１４、２０　３ｄＢカプラ
１５、１６　波長選択カプラ
１７、１８　入力ポート
１７　第１入力ポート
１８　第２入力ポート
１９　出力ポート
２１　可変遅延回路
２２、　２３　可変減衰器
２４、２５　位相調整期
ＭＣ　マッハツェンダー型光回路
【図１】
2004061889.tif 000007
【図２】
2004061889.tif 000008
【図３】
2004061889.tif 000009
【図４】
2004061889.tif 000010
【図５】
2004061889.tif 000011
【図６】
2004061889.tif 000012
【図７】
2004061889.tif 000013
【図８】
2004061889.tif 000014
【図９】
2004061889.tif 000015
【図１０】
2004061889.tif 000016
【図１１】
2004061889.tif 000017
【図１２】
2004061889.tif 000018
【図１３】
2004061889.tif 000019
【図１４】
2004061889.tif 000020
【図１５】
2004061889.tif 000021
【図１６】
2004061889.tif 000022
【図１７】
2004061889.tif 000023
【図１８】
2004061889.tif 000024