(57)【要約】【課題】信号のＳ／Ｎ比が良好で、信頼性が高い光インターコネクション装置およびその光インターコネクション方法を提供する。【解決手段】ホログラム媒質であるフォトリフラグティブ結晶１に、第１の書き込み光入力部３から第１のホログラム書き込み光を入力し、第１のホログラム書き込み光に交差する第２のホログラム書き込み光を第２の書き込み光入力部４から入力する。これら第１、第２のホログラム書き込み光がフォトリフラグティブ結晶１中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち選択設定位置（例えば図１のＡ点）を除く位置の回折格子を、ホログラム消去光の入力部５から入力するホログラム消去光により消去し、選択設定位置に回折格子を生成する。信号光入力ポート２ａ〜２ｄから導入する信号光を選択設定位置の回折格子で回折して対応する信号光出力ポート６ａ〜６ｄから選択的に出力する。【選択図】　　　　図１
2004037510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム媒質と、該ホログラム媒質に第１のホログラム書き込み光を入力する第１の書き込み光入力部と、前記ホログラム媒質中で前記第１のホログラム書き込み光と交差する第２のホログラム書き込み光を前記ホログラム媒質に入力する第２の書き込み光入力部と、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光が前記ホログラム媒質中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち選択設定位置を除く位置の回折格子を消去するホログラム消去光の入力部と、前記ホログラム媒質中に信号光を導入する１つ以上の信号光入力ポートと、前記ホログラム媒質を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力ポートとを有し、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光と前記ホログラム消去光とを前記ホログラム媒質中に入力することによりホログラム媒質中の前記選択設定位置に回折格子が自動生成され、前記信号光入力ポートからホログラム媒質中に導入される信号光が前記選択設定位置で回折して対応する信号光出力ポートから選択的に出力することを特徴とするマトリクススイッチ型インターコネクション装置。
【請求項２】
第１、第２の書き込み光入力部はホログラム媒質の側面側に対向配置され、第１、第２の書き込み光入力部の少なくとも一方は複数の入力ポートを有しており、これら第１、第２のホログラム書き込み光の入力ポートから入力される第１と第２のホログラム書き込み光がホログラム媒質中で直交してホログラム媒質中にマトリクス状に回折格子が形成される構成と成し、ホログラム消去光の入力部は前記ホログラム媒質の上面と下面の少なくとも一方側からホログラム媒質中にホログラム消去光を入力する構成と成し、信号光入力ポートは第１、第２のホログラム書き込み光の一方側と対向する方向から信号光をホログラム媒質中に照射する配置位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載のマトリクススイッチ型光インターコネクション装置。
【請求項３】
選択設定位置を切り替える選択設定位置切り替え手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマトリクススイッチ型光インターコネクション装置。
【請求項４】
ホログラム媒質に信号光を導入する１つ以上の信号光入力部位と、前記ホログラム媒質を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力部位とをそれぞれ設け、前記ホログラム媒質に、第１のホログラム書き込み光と、該第１のホログラム書き込み光に前記ホログラム媒質中で交差する第２のホログラム書き込み光と、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光が前記ホログラム媒質中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち選択設定位置を除く位置の回折格子を消去するホログラム消去光とを入力することにより、前記選択設定位置に回折格子を自動生成し、前記信号光の入力部位から信号光を導入して該信号光を前記選択設定位置で回折して対応する信号光出力部位から選択的に出力することを特徴とするマトリクススイッチ型インターコネクション方法。
【請求項５】
信号光の入力部位から第１、第２のホログラム書き込み光と直交した偏波をもつ信号光を導入することを特徴とする請求項４記載の光インターコネクション方法。
【請求項６】
選択設定位置を切り替え可能とし、この選択設定位置の切り替え時には、回折格子が自動消滅・自動生成するのに要する時間として予め定めた設定時間に達するまでは信号光の導入を停止するまたは信号光入力部位から導入する光を信号の乗らない光とし、この設定時間の経過後に信号を乗せた信号光を導入することを特徴とする請求項４または請求項５記載のマトリクススイッチ型インターコネクション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ内、チップ間、ボード間、ポート間など様々なタイプのインターコネクションに用いられるマトリクススイッチ型インターコネクション装置およびそのインターコネクション方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図１１には、従来の光インターコネクション装置の一例が示されている。この装置は、可動マイクロミラー４０を２次元アレイ状に配置して、光マトリクススイッチ４１を構成している。この装置は、マトリクス４１の各格子点に配置された可動マイクロミラー４０の角度を可動部（図示せず）により可変することにより、入力信号の伝搬経路を可変し、選択された出力ポートから出力させる装置である。
【０００３】
この装置においては、マトリクス４１の各格子点で、可動マイクロミラー４０の角度により、入力信号が反射されずに次に格子点に向かうか、入力信号を可動マイクロミラー４０で反射して出力ポートに接続するかを決定できる。図中、４０ａは入力信号を反射しない角度に配置された可動マイクロミラーであり、４０ｂは入力信号を反射して出力ポートに接続する可動マイクロミラーである。
【０００４】
しかしながら、図１１に示す光インターコネクション装置は、スイッチ素子として可動マイクロミラー４０を用いるため、接続効率は高いが、可動部を伴うため信頼性に問題があった。
【０００５】
そこで、図８に示すように、可動部を用いず純光学的にインターコネクションの接続経路を変更できる装置が提案された。
【０００６】
この装置は、フォトリフラグティブ結晶１と、該フォトリフラグティブ結晶１に信号光を入力する複数の信号光入力ポート２ａ〜２ｄと、前記フォトリフラグティブ結晶１を通った信号光を出力する複数の信号光出力ポート６ａ〜６ｄと、前記フォトリフラグティブ結晶１にシード光を入力するシード光入力部１５と、前記フォトリフラグティブ結晶１にホログラム消去光を入力するホログラム消去光の入力部５とを有している。
【０００７】
この装置は、フォトリフラグティブ結晶１に信号光とシード光を入射したときに生じるフォトリフラグティブ２波混合を用いる装置である。フォトリフラクティブ２波混合は、フォトリフラクティブ効果を用いたもっとも基本的な応用技術であり、このフォトリフラクティブ２波混合による光増幅を以下に説明する。
【０００８】
図９には、フォトリフラクティブ結晶１にプローブ光Ａ１とポンプ光Ａ２の２つの光波が入射された場合の２波混合によるプローブ光の増幅が示されており、図１０に、そのエネルギー移動の概念図が示されている。
【０００９】
図１０に示すように、フォトリフラクティブ結晶１にプローブ光およびポンプ光の２つの光波が入射された場合、コヒーレントなプローブ光Ａ１とポンプ光Ａ２の入射により、結晶内で周期的な光強度分布、つまり干渉縞が形成される。そして、フォトリフラクティブ効果を介して屈折率格子が誘起される。
【００１０】
ここで、外部印加電界が存在しない場合、干渉縞と屈折率格子との間に位相差が生じ、拡散だけで動作するフォトリフラクティブ結晶１の場合、この位相差はπ／２となる。この位相差があるため，プローブ光はブラッグ回折されたポンプ光と強め合うように干渉する。
【００１１】
この干渉はブラッグ回折において回折後の各光波の透過光と回折光の間にπ／２または−π／２の位相差が生じ、さらに光強度と屈折率格子との間のπ／２の位相差が加わることにより、透過光と屈折率格子間にπまたは０の位相差が生じるために起こる。プローブ光の透過光Ａ１ｔとポンプ光の回折光Ａ２ｄの位相差は０となり強めあい、一方、プローブ光の回折光Ａ１ｄとポンプ光の透過光Ａ２ｔの位相差はπとなり弱めあう。
【００１２】
その結果、図９に示すように、結晶ｃ軸方向に伝播しているプローブ光にエネルギー移動が生じ、プローブ光が増幅、ポンプ光が減衰する。
【００１３】
図８に示した光インターコネクション装置においては、プローブ光としての信号光と、ポンプ光としてのシード光をフォトリフラグティブ結晶１に入射して２波混合を生じさせ、信号光出力ポート６ａ〜６ｄから出力する構成と成している。
【００１４】
また、この装置は、フォトリフラグティブ結晶１中に光スイッチの機能を伴った複数の格子点（マトリクス４１の格子点）を想定し、フォトリフラクティブ２波混合の出力位置（信号光出力ポート６ａ〜６ｄ）をホログラム消去光によって制御する。なお、上記のように、マトリクス４１の各格子点を想定しているが、これらの各格子点は結晶中で何らの構造を有するものではない。
【００１５】
フォトリフラグティブ結晶１のマトリクス４１の格子点にホログラム消去光が照射されると、入力信号光とシード光との２波混合は阻害され、入力信号はそのままこの格子点を直進して次の格子点に向かう。そして、フォトリフラグティブ結晶１のマトリクス４１のうち、ホログラム消去光が未入射の格子点では、上記のように、入力信号光はシード光と２波混合を起し、そこから適宜の光出力部６ａ〜６ｄに接続される。
【００１６】
したがって、この装置においては、ホログラム消去光の照射位置に応じて、適宜の光入力部２から入力した信号光を対応する光出力部６ａ〜６ｄから出力することができる。
【００１７】
例えば、信号光の入力ポート２ａからフォトリフラグティブ結晶１に入力した信号光が、格子点９ａに達して２波混合を起こし、信号光出力ポート６ｃから出力している。また、信号光の入力ポート２ｃからフォトリフラグティブ結晶１に入力した信号光は、格子点９ｂに達して２波混合を起こし、信号光の出力ポート６ａから出力している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した装置は、入力信号光とシード光との２波混合を誘起するために常時シード光を入射する必要があり、このシード光と信号光との分離が困難であるため、シード光が出力ポートに混入し、信号のＳ／Ｎ比が劣化するという問題があった。
【００１９】
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、その目的は、信号のＳ／Ｎ比が良好で、信頼性が高い光インターコネクション装置およびその光インターコネクション方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光インターコネクション装置は、ホログラム媒質と、該ホログラム媒質に第１のホログラム書き込み光を入力する第１の書き込み光入力部と、前記ホログラム媒質中で前記第１のホログラム書き込み光と交差する第２のホログラム書き込み光を前記ホログラム媒質に入力する第２の書き込み光入力部と、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光が前記ホログラム媒質中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち選択設定位置を除く位置の回折格子を消去するホログラム消去光の入力部と、前記ホログラム媒質中に信号光を導入する１つ以上の信号光入力ポートと、前記ホログラム媒質を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力ポートとを有し、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光と前記ホログラム消去光とを前記ホログラム媒質中に入力することによりホログラム媒質中の前記選択設定位置に回折格子が自動生成され、前記信号光入力ポートからホログラム媒質中に導入される信号光が前記選択設定位置で回折して対応する信号光出力ポートから選択的に出力する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
また、第２の発明の光インターコネクション装置は、上記第１の発明の構成に加え、前記第１、第２の書き込み光入力部はホログラム媒質の側面側に対向配置され、第１、第２の書き込み光入力部の少なくとも一方は複数の入力ポートを有しており、これら第１、第２のホログラム書き込み光の入力ポートから入力される第１と第２のホログラム書き込み光がホログラム媒質中で直交してホログラム媒質中にマトリクス状に回折格子が形成される構成と成し、ホログラム消去光の入力部は前記ホログラム媒質の上面と下面の少なくとも一方側からホログラム媒質中にホログラム消去光を入力する構成と成し、信号光入力ポートは第１、第２のホログラム書き込み光の一方側と対向する方向から信号光をホログラム媒質中に照射する配置位置に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第３の発明の光インターコネクション装置は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記選択設定位置を切り替える選択設定位置切り替え手段が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第４の発明の光インターコネクション方法は、ホログラム媒質に信号光を導入する１つ以上の信号光入力部位と、前記ホログラム媒質を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力部位とをそれぞれ設け、前記ホログラム媒質に、第１のホログラム書き込み光と、該第１のホログラム書き込み光に前記ホログラム媒質中で交差する第２のホログラム書き込み光と、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光が前記ホログラム媒質中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち選択設定位置を除く位置の回折格子を消去するホログラム消去光とを入力することにより、前記選択設定位置に回折格子を自動生成し、前記信号光の入力部位から信号光を導入して該信号光を前記選択設定位置で回折して対応する信号光出力部位から選択的に出力する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第５の発明の光インターコネクション方法は、上記第４の発明の構成に加え、信号光の入力部位から第１、第２のホログラム書き込み光と直交した偏波をもつ信号光を導入する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第６の発明の光インターコネクション方法は、上記第４または第５の発明の構成に加え、前記選択設定位置を切り替え可能とし、この選択設定位置の切り替え時には、回折格子が自動消滅・自動生成するのに要する時間として予め定めた設定時間に達するまでは信号光の導入を停止するまたは信号光入力部位から導入する光を信号の乗らない光とし、この設定時間の経過後に信号を乗せた信号光を導入する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２７】
図１には、本発明に係る光インターコネクション装置の第１実施形態例の要部構成が模式的に示されている。
【００２８】
同図に示すように、本実施形態例の光インターコネクション装置は、ホログラム媒質としてのフォトリフラグティブ結晶１と、該フォトリフラグティブ結晶１に第１のホログラム書き込み光を入力する第１の書き込み光入力部３と、フォトリフラグティブ結晶１で前記第１のホログラム書き込み光と交差する第２のホログラム書き込み光をフォトリフラグティブ結晶１に入力する第２の書き込み光入力部４とを有している。
【００２９】
本実施形態例において、第１、第２のホログラム書き込み光は異常光線であり、第１、第２の書き込み光入力部３，４の少なくとも一方（ここでは両方）は複数の入力ポートを有している。第１の書き込み光入力部３は入力ポート３ａ〜３ｄを有し、第２の書き込み光入力部４は入力ポート４ａ〜４ｄを有している。これらの入力ポート３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄは、それぞれ、フォトリフラグティブ結晶１の側面側に対向配置されている。
【００３０】
第１、第２のホログラム書き込み光の入力ポート３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄから入力される第１と第２のホログラム書き込み光がフォトリフラグティブ結晶１中で直交して、フォトリフラグティブ結晶１中にマトリクス状に回折格子が自動生成される構成と成している。
【００３１】
なお、本実施形態例では、図１に示すように、フォトリフラグティブ結晶１中に、上記マトリクス状に回折格子が形成される複数の格子点（マトリクス４１の格子点）を想定しているが、これらの各格子点は、結晶中で何らの構造を有するものではない。これらの各格子点の配置位置は、フォトリフラグティブ結晶１の光学軸と、フォトリフラグティブ結晶１中に入力する第１と第２のホログラム書き込み光の入力ポート３ａ〜３ｄ、４ａ〜４ｄの配置位置によって決定される。
【００３２】
つまり、フォトリフラグティブ結晶１は、その光学軸に対してどの角度で面がカットされているかによって特性が変化するものであり、用いる結晶によって第１、第２のホログラム書き込み光の最適な入射面や入射角度を設定する必要がある。
【００３３】
例えば、図２の（ａ）には、図１に示した本実施形態例におけるフォトリフラグティブ結晶１の上側から見た場合の、第１、第２のホログラム書き込み光の入射位置と、フォトリフラグティブ結晶１に形成されるマトリクス４１の格子点の想定位置が示されている。フォトリフラグティブ結晶１の光学軸はｃ軸を示す矢印の方向に形成されている。
【００３４】
また、図２の（ｂ）には、フォトリフラグティブ結晶１の結晶軸を本実施形態例と異なる方向に形成した場合の、第１、第２のホログラム書き込み光の入射位置と、フォトリフラグティブ結晶１に形成されるマトリクス４１の格子点の想定位置が、フォトリフラグティブ結晶１の上側から見た図により示されている。フォトリフラグティブ結晶１の光学軸はｃ軸を示す矢印の方向に形成されている。
【００３５】
フォトリフラグティブ結晶１を、光学軸に対して、図２の（ｂ）に示すようにカットして形成した場合は、この図に示す方向から第１、第２のホログラム書き込み光が入射されるように、第１、第２の書き込み光入力部３，４を配置する必要がある。
【００３６】
なお、第１、第２のホログラム書き込み光は、いずれも同じ波長の光であり、その偏波方向も同じであるので、図２の（ａ）、（ｂ）および図１に示す構成において、第１と第２のホログラム書き込み光の入射位置を、互いに入れ替えて配置してもよい。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態例の光インターコネクション装置は、ホログラム消去光の入力部５を有している。このホログラム消去光は、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光がフォトリフラグティブ結晶１中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち、選択設定位置（ここでは図１のＡ点）を除く位置の回折格子を消去する光である。
【００３８】
ホログラム消去光の入力部５はマトリクス状に形成された入力ポートを有している。ホログラム消去光の入力部５は、フォトリフラグティブ結晶１の上面と下面の少なくとも一方（ここでは上面側）側からフォトリフラグティブ結晶１中にホログラム消去光を入力する構成と成し、信号光とほぼ垂直な方向からホログラム消去光を照射している。ホログラム消去光は、レーザ光等により形成される。
【００３９】
さらに、本実施形態例の光インターコネクション装置は、フォトリフラグティブ結晶１中に信号光を導入する１つ以上の信号光入力ポート２ａ〜２ｄと、フォトリフラグティブ結晶１を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力ポート６ａ〜６ｄとを有している。本実施形態例において、信号光は常光線である。
【００４０】
信号光入力ポートは第１、第２のホログラム書き込み光の一方側（ここでは第１のホログラム書き込み光）と対向する方向から信号光をホログラム媒質中に照射する配置位置に形成されている。
【００４１】
また、フォトリフラグティブ結晶１の一側面と第２のホログラム書き込み光の入力部４との間には、フォトリフラグティブ結晶１に第２のホログラム書き込み光を入力する経路と、フォトリフラグティブ結晶１を通った信号光が信号光出力ポート６ａ〜６ｄに導かれる経路とを分離する経路分離手段７が設けられている。
【００４２】
前記の如く、第２のホログラム書き込み光は異常光線であり、信号光は常光線であり、互いに偏波方向が直交する光であるので、本実施形態例においては、経路分離手段７を偏光ビームスプリッタにより形成している。
【００４３】
本実施形態例の光インターコネクション装置は、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光と前記ホログラム消去光とをフォトリフラグティブ結晶１に入力することにより、フォトリフラグティブ結晶１中の前記選択設定位置に回折格子が自動生成され、前記信号光入力ポート２ａ〜２ｄからフォトリフラグティブ結晶１中に導入される信号光が前記選択設定位置で回折して対応する信号光出力ポート６ａ〜６ｄから選択的に出力することを特徴とする。
【００４４】
つまり、本実施形態例は、第１、第２のホログラム書込み光と、信号光およびその回折光によって、交差偏光４波混合を形成し、かつ、各格子点における回折格子の発生位置を、信号光とほぼ垂直方向に入射するホログラム消去光の照射位置によって制御する。なお、第１、第２のホログラム書き込み光はコヒーレントな光である。
【００４５】
本実施形態例において、フォトリフラグティブ結晶１に想定されるマトリクス４１の格子点のうち、回折格子の存在しない格子点では信号光が直進し、回折格子が存在する格子点では信号光が回折するので、前記選択設定位置に回折格子を自動生成することにより、選択設定位置で回折した信号光を信号光出力ポート６ａ〜６ｄのいずれかに選択的に光接続することができる。
【００４６】
また、図１には図示されていないが、本実施形態例では、前記選択設定位置を切り替える選択設定位置切り替え手段が設けられており、必要に応じて、選択設定位置を切り替えできる構成と成している。この選択設定位置切り替え手段は、ホログラム消去光のＯＮ／ＯＦＦパターンを変化させることにより、前記選択設定位置を切り替えする。
【００４７】
なお、本実施形態例において、第１、第２のホログラム書込み光は同じ波長でなくてはならないが、これらのホログラム書き込み光と信号光は同じ波長でも別の波長でもよい。また、前記ホログラム消去光は、これら、第１、第２のホログラム書き込み光、信号光と同じ波長でも別の波長でもよい。つまり、第１、第２のホログラム書き込み光、信号光、ホログラム消去光の波長設定は、最大で３波長の光を用いて行うことができる。
【００４８】
なお、本実施形態例で適用しているフォトリフラグティブ結晶等のホログラム媒質に回折格子が形成される現象は、第１と第２のホログラム書き込み光の相互作用によるフォトリフラグティブ効果によって行われるものである。この回折格子の形成原理を図４に基づいて、以下に簡単に説明する。
【００４９】
フォトリフラグティブ効果とは、光の照射により媒質の空間電界が発生し、ポッケルス効果を介し、媒質の屈折率が変化する現象である。媒質のフォトリフラグティブ結晶は、非点対称な光伝導体であり、光励起により結晶中を自由に移動できる電荷を含んでいる。これらの電荷は、結晶格子中の不純物や欠損から生じている。
【００５０】
結晶に照射された２光波の干渉により、干渉縞ができ、結晶内に周期的な光の強度分布Ｉ（ｘ）が発生する。ここで、光が強めあう所（明の部分）と、光が打ち消しあう所（暗の部分）が存在し、明の部分では、光エネルギーにより電子が、ドナーから伝導体に励起される。
【００５１】
励起されたキャリアは、拡散によりキャリア密度の大きい明部から、励起がほとんど起こらずキャリア密度が小さい暗部へと移動する。明るい部分ほど多くのキャリアが励起されるので、明の部分では励起が再結合を上回り、次第にイオン化されたドナーの密度が増加する。一方、暗の部分ではその逆のことが起きるため、干渉縞の明暗に応じた電荷密度分布ρ（ｘ）が生じる。
【００５２】
よって、結晶内で電気的平衡が崩れ、空間電界ＥＳＣ（ｘ）が発生する。ポッケルス効果を介して、空間電界ＥＳＣ（ｘ）によって非線形分極ＰＮＬが生じ、空間屈折率変化Δｎ（ｘ）を引き起こす。この空間屈折率変化は、周期的構造をなしており、回折格子としての役割を果たし、本実施形態例におけるフォトリフラグティブ結晶１（ホログラム媒質）内の位相共役光発生に用いられる。
【００５３】
ホログラム媒質（例えばフォトリフラグティブ結晶）中に誘起される回折格子の強さは、さまざまな光の干渉縞のコントラストに依存する。ここで、この干渉縞の形成に寄与しない第３の光が照射された場合、干渉縞のコントラストが小さくなり、結果として回折格子が弱められ、消去されていく。ここで、干渉縞の明部の強度をＩＭＡＸ、暗部の強度をＩＭＩＮとすると、コントラストＣは次の（１）式によって表される。
【００５４】
Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ）・・・・・・・・（１）
【００５５】
また、フォトリフラグティブ効果によって発生する回折格子の振幅Δｎは次の（２）式によって与えられ、コントラストＣに比例する関係となる。
【００５６】
Δｎ∝Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ）・・・・・（２）
【００５７】
いま、外部から干渉縞の形成に全く寄与しない別の光Ｉ′が照射された場合、この光（消去光）は干渉縞に対して何も寄与せずに言わば直流成分として働くため、前記ＩＭＡＸはＩＭＡＸ＋Ｉ′となり、ＩＭＩＮはＩＭＩＮ＋Ｉ′となる。これを前記（１）式に代入すると、次の（３）式になる。
【００５８】
Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ＋２Ｉ′）・・・・（３）
【００５９】
（１）式と（３）式を比べれば明らかなように、（３）式の分母は２Ｉ′だけ大きいので、コントラストＣが小さくなり、回折格子振幅Δｎもそれに伴って小さくなる。なお、一般に、干渉縞を形成する光は互いにコヒーレントな光同士に限られる。
【００６０】
一方、回折格子に対してブラッグの反射条件を満たすような角度から光が入射された場合、光の回折が起こる。この場合、元の入射された光と回折格子によって回折された光の干渉によって回折格子が再度形成されることになる。回折される光の振幅が大きく、この回折格子による再書き込み効果が（入射光が元の回折格子を消去する効果よりも）大きい場合、回折格子は消去されず維持される。
【００６１】
上記フォトリフラクティブ効果の重要な応用の１つである位相共役光の発生の基本となるのがフォトリフラクティブ４波混合である。この４波混合は、図５に示すように、フォトリフラグティブ結晶１等のホログラム媒質に、プローブ光Ａ１、前進ポンプ光Ａ２、後進ポンプ光Ａ３を入射すると、位相共役光Ａ４が発生する現象である。
【００６２】
位相共役光は入射光（ここではプローブ光）と空間的にはまったく同じ波面をもって逆方向に進む光波であり、入射光の進行を時間反転させたものと見ることもできるので、時間反転光とも呼ばれる。
【００６３】
図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、４波混合においては、フォトリフラグティブ結晶中に、おもに透過型回折格子と反射型回折格子が発生する。図６の（ａ）に示すように、プローブ光と前進ポンプ光で形成される回折格子は透過型回折格子と呼ばれる。この回折格子に後進ポンプ光が回折されると、位相共役光が発生する際、後進ポンプ光の入射面と反対の面から位相共役光が発生する。
【００６４】
一方、図６の（ｂ）に示すように、プローブ光と後進ポンプ光で形成される回折格子は反射型回折格子と呼ばれる。この回折格子に前進ポンプ光が回折されると、前進ポンプ光の入射面と同じ面から位相共役光が発生する。
【００６５】
いずれの場合にも、２つの互いにコヒーレントな光によって回折格子が形成され、そこに第３の光が入射することによってその回折光である位相共役光が発生するものである。なお、第３の光は、コヒーレントな光でなくてもよい。
【００６６】
上記のようなフォトリフラクティブ４波混合を利用すれば、回折格子の有無によって、回折光の発生を制御（スイッチ）することができることになる。なお、本実施形態例のように、スイッチとしての動作のみを考えてフォトリフラクティブ４波混合を利用する場合には、発生する回折光が元のプローブ光の位相共役光であることに特に意味はなく、回折格子の有無とこれに伴う回折光の発生のみに注目することになる。
【００６７】
また、フォトリフラクティブ４波混合には、図７の（ａ）に示す平行偏光４波混合と、図７の（ｂ）に示す交差偏光４波混合がある。これらの図において、実線矢印は異常光線、破線矢印は常光線を示す。
【００６８】
透過型回折格子において、後進ポンプ光の回折光である位相共役光はプローブ光とほぼ同じ光路から出力される。そこで、位相共役光をプローブ光の光路から分離することが必要となるが、３本の光波が互いに同じ偏光方向である平行偏光４波混合ではビームスプリッタを用いて位相共役光の分離が行われることになり、位相共役光は実際に発生する強度の半分程度しか利用できない。
【００６９】
それに対し、交差偏光４波混合は、互いに偏光方向が直交したポンプ光を用いるものであり、上記平行偏光４波混合と違ってプローブ光と位相共役光の偏光方向が直交している。よって、偏光ビームスプリッタによって完全に２つの光を分岐できるため、位相共役光の効率的利用が可能となる。
【００７０】
そこで、本実施形態例では、第１、第２のホログラム書き込み光と信号光の偏波を互いに直交させて交差偏光４波混合を利用し、第１のホログラム書き込み光のフォトリフラグティブ結晶１への導入経路と、フォトリフラグティブ結晶１から出力される信号光の経路とを、偏光ビームスプリッタにより形成した経路分離手段７により分離している。
【００７１】
本実施形態例は以上のように構成されており、以下、本実施形態例の光インターコネクション装置による光インターコネクション方法について説明する。
【００７２】
この方法を適用するためには、本実施形態例のように、ホログラム媒質としてのフォトリフラグティブ結晶１に信号光を導入する１つ以上の信号光入力部位（信号光入力ポート２ａ〜２ｄ）と、フォトリフラグティブ結晶１を通った信号光を出力する１つ以上の信号光出力部位（信号光出力ポート６ａ〜６ｄ）とをそれぞれ設ける。
【００７３】
そして、フォトリフラグティブ結晶１に、第１のホログラム書き込み光と、該第１のホログラム書き込み光に前記ホログラム媒質中で交差する第２のホログラム書き込み光と、前記第１のホログラム書き込み光と前記第２のホログラム書き込み光が前記ホログラム媒質中で交差する交差位置に自動生成される回折格子のうち、選択設定位置（例えば図１のＡ点）を除く位置の回折格子を消去するホログラム消去光とを例えば同時に入力する。
【００７４】
これら第１、第２のホログラム書き込み光とホログラム消去光の入力により、前記選択設定位置に回折格子を自動生成する。なお、本実施形態例において、第１、第２のホログラム書き込み光は異常光線としており、第２のホログラム書き込み光は、経路分離手段７を透過してフォトリフラグティブ結晶１に入力している。
【００７５】
この状態で、前記信号光の入力部位から第１、第２のホログラム書き込み光と直交した偏波をもった常光線の信号光を導入し、該信号光を前記選択設定位置で回折し、経路分離手段７によって反射することにより、第２のホログラム書き込み光と分離して、対応する信号光出力部位から選択的に出力する。
【００７６】
また、本実施形態例のように、前記選択設定位置切り替え手段により選択設定位置を切り替え可能とすると、この選択設定位置の切り替えにより信号入力部位と対応する信号光出力部位との接続を切り替えることができる。つまり、選択設定位置切り替え手段によりホログラム消去光のＯＮ／ＯＦＦパターンを変化させることにより、入出力ポート間の接続パターンを変更することが可能になる。
【００７７】
この場合、選択設定位置の切り替え時には、前記回折格子が自動消滅・自動生成するのに要する時間として予め定めた設定時間に達するまでは信号光の導入を停止するまたは信号光入力部位から導入する光を信号の乗らない光とし、この設定時間の経過後に信号を乗せた信号光を導入する。
【００７８】
なお、信号光入力ポート２ａ〜２ｄと信号光出力ポート６ａ〜６ｄとの接続パターンを変更後に、ホログラム書込み光およびホログラム消去光を停止すると、信号光によってホログラム（回折格子）が時間と共に劣化して行くため、信号光には回折格子の劣化の少ない波長域（赤外光など）を用いるか、パルス動作などの短い時間の動作に限定することが好ましい。
【００７９】
本実施形態例によれば、一切の電子回路およびメカニカルな機構（可動部）を用いず、光によって書換え可能なホログラム媒質を用いて、信頼性の高い光インターコネクション装置を実現することができる。
【００８０】
また、本実施形態例によれば、ホログラム消去光は信号光の経路と垂直方向に入射するため、ホログラム消去光と信号光を幾何学的に容易に分離することができる。また、信号光とホログラム書込み光はほぼ同一直線状を伝搬するが、信号光とホログラム書き込み光は、互いに偏光方向が直交しているため、偏光ビームスピリッタの経路分離手段７により容易かつ高効率に分離が可能である。
【００８１】
したがって、本実施形態例の光インターコネクション装置は、信号のＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態例によれば、選択設定位置切り替え手段によって、必要に応じて、ホログラム消去光のＯＮ／ＯＦＦパターンに変化によって選択設定位置を切り替えることができるので、信号光入力ポート２ａ〜２ｄと信号光出力ポート６ａ〜６ｄの接続切り替えを、容易、かつ、的確に行うことができる。
【００８３】
なお、本実施形態例は、図８に示した従来例と異なり、ホログラム書き込み光やホログラム消去光を常時入力する必要はなく、これらの光によって選択設定位置に回折格子を形成した後は、これらの光を停止した状態で信号光の入力を行うこともできる。信号光の入力のタイミングは、ホログラム書き込み光やホログラム消去光の入力によって、選択設定値に回折格子を形成した以降であればよい。
【００８４】
ただし、上記選択設定位置に回折格子を形成した以降も、ホログラム書き込み光やホログラム消去光を入射しつづけることは信号に悪影響を及ぼすものではなく、回折格子を維持するためには、むしろ、ホログラム書き込み光やホログラム消去光を入射しつづけることが望ましい場合が多い。
【００８５】
図３には、本発明に係るマトリクススイッチ型光インターコネクション装置の第２実施形態例が示されている。この第２実施形態例において上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００８６】
第２実施形態例では、第１、第２のホログラム書き込み光を常光線とし、信号光を異常光線としており、それに伴い、第２の書き込み光入力部４と信号光出力ポート６ａ〜６ｄの配置構成を上記第１実施形態例と異なる配置構成としている。
【００８７】
つまり、第２実施形態例では、第２のホログラム書き込み光を、経路分離手段７で反射してフォトリフラグティブ結晶１に入力し、フォトリフラグティブ結晶１から出力される信号光は、経路分離手段７を透過して信号光の出力ポート６ａ〜６ｄから出力する。
【００８８】
第２実施形態例の上記以外の構成は上記第１実施形態例と同様であり、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の光インターコネクション方法を適用して同様の動作を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
【００８９】
また、上記第１実施形態例において、図２の（ａ）、（ｂ）に示したように、フォトリフラグティブ結晶１の光学軸に対応させて第１、第２のホログラム書き込みの入射位置を配置し、さらに、信号光の入射位置や出射位置を適宜設定したように、第２実施形態例においても、フォトリフラグティブ結晶１の光学軸に対応させて、第１、第２の書き込み光入力部３，４や信号光入力部２ａ〜２ｄ、信号光出力部６ａ〜６ｄの配置構成を適宜設定することができる。
【００９０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、４個の信号光入力ポート２ａ〜２ｄと４個の信号光出力ポート６ａ〜６ｄを有する構成としたが、これら入力ポートや信号光出力ポートの個数、配置位置は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００９１】
また、上記各実施形態例では、ホログラム消去光の入力部５をフォトリフラグティブ結晶１の上面側に設けたが、ホログラム消去光の入力部５はフォトリフラグティブ結晶１の下面側に設けてもよいし、上面側と下面側の両方に設けてこれら上下の入力部５を切り替え自在としてもよい。
【００９２】
さらに、上記各実施形態例における説明において、図１、図３では、そのＡ点を選択設定位置とする例を述べたが、選択設定位置は適宜設定されるものであり、２つ以上の位置を選択設定位置とすることもできる。また、第１、第２の書き込み光入力部３，４の配置位置、これらの入力部３，４に配置する入力ポートの数も上記各実施形態例に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。
【００９３】
さらに、上記各実施形態例では、すべての信号光入力ポート２ａ〜２ｄと信号光出力ポート６ａ〜６ｄに対応するマトリクス格子点を単一のフォトリフラグティブ結晶１中に配置したが、複数のフォトリフラグティブ結晶１等のホログラム媒質を設け、信号光入力ポート２と信号光出力ポート６に対応するマトリクス格子点をそれぞれのホログラム媒質に分配配置してもよい。
【００９４】
この場合、ホログラム媒質としては例えば現存するフォトリフラクティブ結晶を利用し、それぞれのホログラム媒質に形成されたマトリクス格子点を光接続して大規模なマトリクス型インターコネクションを構築することもできる。
【００９５】
さらに、上記各実施形態例では、上記選択設定位置を切り替える選択設定位置切り替え手段を設けたが、選択設定位置切り替え手段は省略することもできる。
【００９６】
さらに、上記各実施形態例では、信号光を第１、第２のホログラム書き込み光の偏波と直交する偏波光としたが、信号光は第１、第２のホログラム書き込み光の偏波と平行な偏波光としてもよい。この場合、経路分離手段７をビームスプリッタにより形成することになる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明のマトリクススイッチ型光インターコネクション装置およびその光インターコネクション方法によれば、可動部を伴わず、しかも、光・電気変換を伴わず、光によって信号光入力ポートと信号光出力ポートの接続を選択的に行うことができるため、信頼性が高く、信号伝達の高速性を保つことができる光インターコネクション装置を実現できる。
【００９８】
また、本発明の装置およびその方法によれば、特別な集積構造を要せず単一結晶中で複数の光スイッチを実装できる。したがって、本発明の光インターコネクション装置は、デバイスの高集積化ならびにコンパクト化に寄与することができる。
【００９９】
さらに、本発明の装置において、第１、第２の書き込み光入力部をホログラム媒質の側面側に対向配置し、ホログラム消去光の入力部は前記ホログラム媒質の上面と下面の少なくとも一方側からホログラム媒質中にホログラム消去光を入力する構成と成し、信号光入力ポートは第１、第２のホログラム書き込み光の一方側と対向する方向から信号光をホログラム媒質中に照射する配置位置に形成されている構成によれば、ホログラム消去光は信号光の経路と垂直方向に入射する。
【０１００】
そのため、この構成を有する本発明の装置は、ホログラム消去光と信号光を幾何学的に容易に分離することができ、信号のＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができる。
【０１０１】
さらに、本発明の装置において、選択設定位置を切り替える選択設定位置切り替え手段が設けられている構成によれば、選択設定位置を切り替えることにより、信号光入力ポートと信号光出力ポートの光接続切り替えを容易、かつ、的確に行うことができる。
【０１０２】
さらに、本発明の光インターコネクション方法において、信号光の入力部位から第１、第２のホログラム書き込み光と直交した偏波をもつ信号光を導入する構成によれば、ホログラム書き込み光と信号光とがほぼ同一直線状を伝搬しても、偏光ビームスプリッタを用いてホログラム書き込み光の入力経路と信号光の経路の分離を的確に行うことができ、信号光入力ポートと信号光出力ポートの光接続を効率的に行うことができる。
【０１０３】
さらに、本発明の光インターコネクション方法において、選択設定位置を切り替え可能とし、この選択設定位置の切り替え時には、回折格子が自動消滅・自動生成するのに要する時間として予め定めた設定時間に達するまでは信号光の導入を停止するまたは信号光入力部位から導入する光を信号の乗らない光とし、この設定時間の経過後に信号を乗せた信号光を導入する構成によれば、信号光入力ポートと信号光出力ポートの光接続切り替えを的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマトリクススイッチ型インターコネクション装置の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】上記第１実施形態例およびその他の実施形態例のマトリクススイッチ型インターコネクション装置に形成されるマトリクスの格子点の説明図である。
【図３】本発明に係るマトリクススイッチ型インターコネクション装置の第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図４】フォトリフラグティブ効果の説明図である。
【図５】フォトリフラグティブ４波混合の説明図である。
【図６】フォトリフラグティブ４波混合における透過型回折格子の説明図（ａ）と反射型回折格子の説明図（ｂ）である。
【図７】フォトリフラグティブ平行偏光４波混合の説明図（ａ）と、フォトリフラグティブ交差偏光４波混合の説明図（ｂ）である。
【図８】従来の光インターコネクション装置の例を示す説明図である。
【図９】フォトリフラグティブ２波混合の説明図である。
【図１０】フォトリフラグティブ２波混合のエネルギー移動の概念図である。
【図１１】従来の光インターコネクション装置の別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　フォトリフラグティブ結晶
２ａ〜２ｄ　信号光入力ポート
３　第１の書き込み光入力部
３ａ〜３ｄ　第１の書き込み光入力部の入力ポート
４　第２の書き込み光入力部
４ａ〜４ｄ　第２の書き込み光入力部の入力ポート
５　消去光入力部
６ａ〜６ｄ　信号光出力ポート
７　経路分離手段
【図１】
2004037510.tif 000003
【図２】
2004037510.tif 000004
【図３】
2004037510.tif 000005
【図４】
2004037510.tif 000006
【図５】
2004037510.tif 000007
【図６】
2004037510.tif 000008
【図７】
2004037510.tif 000009
【図８】
2004037510.tif 000010
【図９】
2004037510.tif 000011
【図１０】
2004037510.tif 000012
【図１１】
2004037510.tif 000013