(57)【要約】【課題】光信号を遅延または記憶することができる時間が可変で、その時間が長くても光信号の減衰を抑制することができる光回路を提供する。【解決手段】光回路１が書き込み動作を行なうとき、励起光源４３より出力された励起光λｐは、励起光入力端１３より励起用光導波路２３に入力して、励起用光導波路２３を導波していき、励起用光結合部３３よりループ光導波路２０へ出力され、このループ光導波路２０に添加されている希土類元素を励起する。入力用光結合部３１がオン状態となっているときに、光入力端１１に光信号λｓが入力すると、その光信号λｓは、入力用光導波路２１を導波していき、入力用光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力されて、ループ光導波路２０を導波するとともに、その導波の際に光増幅される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導波させるともに該光を増幅する機能を有するループ形状のループ光導波路と、
光入力端と接続されるとともに、制御可能な入力用光結合部を介して前記ループ光導波路と光結合されており、前記光入力端より前記入力用光結合部へ光を導波させる入力用光導波路と、
光出力端と接続されるとともに、制御可能な出力用光結合部を介して前記ループ光導波路と光結合されており、前記出力用光結合部より前記光出力端へ光を導波させる出力用光導波路と、
前記入力用光結合部および前記出力用結合部それぞれにおける光結合を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記ループ光導波路の光導波領域に希土類元素が添加されており、
前記ループ光導波路に添加されている希土類元素を励起する励起光を前記ループ光導波路に供給する励起光供給手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項３】
前記入力用光結合部は熱光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項４】
前記出力用光結合部は熱光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項５】
前記入力用光結合部は非線形光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項６】
前記出力用光結合部は非線形光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項７】
前記入力用光導波路と前記出力用光導波路とは共通のものであり、前記入力用光結合部と前記出力用光結合部とは共通のものである、ことを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項８】
光モニタ端と接続されるとともに、モニタ用結合部を介して前記ループ光導波路と光結合されており、前記モニタ用光結合部より前記光モニタ端へ光を導波させるモニタ用光導波路を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項９】
前記制御手段は、前記光モニタ端より出力される光のパワーを検出し、その検出結果に基づいて前記入力用光結合部および前記出力用結合部それぞれにおける光結合を制御する、ことを特徴とする請求項８記載の光回路。
【請求項１０】
請求項１記載の光回路を複数含み、これら複数の光回路が１次元的または２次元的に配列されている、ことを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を一時的に記憶することができる光回路、および、このような光回路を複数含む光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を一時的に記憶することができる光回路として、従来では光遅延線が用いられている（例えば特許文献１を参照）。光遅延線は、例えば、光ファイバからなり、その光ファイバの一端に光信号を入力し、その光信号を光ファイバ内で導波させて、光ファイバの他端より光信号を出力する。光ファイバ内を光信号が導波するのに所定の時間を要することから、この光遅延線は、光信号を所定の時間だけ遅延させることができ、或いは、光信号を所定の時間だけ記憶することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５３−８５３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の光回路では、光信号を遅延または記憶することができる時間は、光ファイバの長さにより決定される固定値であり、調整が不可能である。また、光ファイバを導波する際に光信号が損失を被ることから、光信号を遅延または記憶する時間が長い場合（すなわち、光ファイバが長い場合）には、この光回路から出力される光信号が大きく減衰する。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光信号を遅延または記憶することができる時間が可変で、その時間が長くても光信号の減衰を抑制することができる光回路、および、このような光回路を複数含む光デバイスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光回路は、（１）　光を導波させるともに該光を増幅する機能を有するループ形状のループ光導波路と、（２）　光入力端と接続されるとともに、制御可能な入力用光結合部を介してループ光導波路と光結合されており、光入力端より入力用光結合部へ光を導波させる入力用光導波路と、（３）　光出力端と接続されるとともに、制御可能な出力用光結合部を介してループ光導波路と光結合されており、出力用光結合部より光出力端へ光を導波させる出力用光導波路と、（４）　入力用光結合部および出力用結合部それぞれにおける光結合を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この光回路は、入力用光結合部および出力用光結合部それぞれにおける光結合の状態が制御手段により制御されて、以下のように動作する。入力用光結合部がオン状態となっているときには、光入力端に入力して入力用光導波路を導波した光は、入力用光結合部よりループ光導波路へ出力される。そして、ループ光導波路を導波する光は、そのループ光導波路において記憶され光増幅される。また、出力用光結合部がオン状態となっているときには、ループ光導波路を導波していた光は、出力用光結合部より出力用光導波路へ出力され、出力用光導波路を導波して光出力端より出力される。
【０００８】
本発明に係る光回路は、ループ光導波路の光導波領域に希土類元素が添加されており、ループ光導波路に添加されている希土類元素を励起する励起光をループ光導波路に供給する励起光供給手段を更に備えるのが好適である。この場合には、励起光供給手段によりループ光導波路に励起光が供給され、これにより、ループ光導波路に添加されている希土類元素が励起されて、ループ光導波路を導波する光が光増幅される。
【０００９】
本発明に係る光回路では、入力用光結合部または出力用光結合部は、熱光学効果または非線形光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されるのが好適である。この場合には、入力用光結合部または出力用光結合部は、制御手段により制御されて、熱光学効果または非線形光学効果により屈折率変化が生じ、この屈折率変化に基づいて光結合が調整される。
【００１０】
本発明に係る光回路では、入力用光導波路と出力用光導波路とは共通のものであり、入力用光結合部と出力用光結合部とは共通のものであるのが好適である。この場合には、入力用光結合部と出力用光結合部と兼ねる共通の光結合部のオン／オフ動作により、光回路への光の書き込み及び読み出しの動作が行なわれる。
【００１１】
本発明に係る光回路は、光モニタ端と接続されるとともに、モニタ用結合部を介してループ光導波路と光結合されており、モニタ用光結合部より光モニタ端へ光を導波させるモニタ用光導波路を更に備えるのが好適である。また、制御手段は、光モニタ端より出力される光のパワーを検出し、その検出結果に基づいて入力用光結合部および出力用結合部それぞれにおける光結合を制御するのが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る光デバイスは、上記の本発明に係る光回路を複数含み、これら複数の光回路が１次元的または２次元的に配列されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光回路１の構成図である。この図に示される光回路１は、ループ光導波路２０、入力用光導波路２１、出力用光導波路２２、励起用光導波路２３、モニタ用光導波路２４、入力用光結合部３１、出力用光結合部３２、励起用光結合部３３、モニタ用光結合部３４、励起光源４３、光検出器４４および制御部５０を備えている。
【００１５】
ループ光導波路２０は、光を導波させるループ形状の光導波路であり、その導波光を光増幅する機能を有する。このループ光導波路２０は、光導波領域に希土類元素（例えば、Ｅｒ元素、Ｔｍ元素、Ｎｄ元素、等）が添加された光ファイバまたは平面光導波路であるのが好適である。また、このループ光導波路２０は、半導体光増幅器を含むものであってもよいし、また、これらを組合せたものであってもよい。このループ光導波路２０上に、反時計回りに順に、入力用光結合部３１、モニタ用光結合部３４、出力用光結合部３２および励起用光結合部３３が設けられている。入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれにおける光結合の状態は、制御部５０により制御可能である。
【００１６】
入力用光導波路２１は、光信号が入力する光入力端１１と接続されるとともに、入力用光結合部３１を介してループ光導波路２０と光結合されており、光入力端１１より入力用光結合部３１へ光信号を導波させる。入力用光結合部３１は、制御部５０により光結合状態が制御されるスイッチとして動作する。すなわち、入力用光結合部３１は、オン状態のときには、入力用光導波路２１を導波してきて到達した光信号をループ光導波路２０へ出力し、オフ状態のときには、入力用光導波路２１を導波してきて到達した光信号をそのまま入力用光導波路２１に導波させる。オン状態のときに、入力用光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力された光信号は、ループ光導波路２０を反時計回りに導波する。
【００１７】
出力用光導波路２２は、光信号が出力する光出力端１２と接続されるとともに、出力用光結合部３２を介してループ光導波路２０と光結合されており、出力用光結合部３２より光出力端１２へ光信号を導波させる。出力用光結合部３２は、制御部５０により光結合状態が制御されるスイッチとして動作する。すなわち、出力用光結合部３２は、オン状態のときには、ループ光導波路２０を導波してきて到達した光信号を出力用光導波路２２へ出力し、オフ状態のときには、ループ光導波路２０を導波してきて到達した光信号をそのままループ光導波路２０に導波させる。オン状態のときに、出力用光結合部３２より出力用光導波路２２へ出力された光信号は、出力用光導波路２２を光出力端１２へ向かって導波する。
【００１８】
励起用光導波路２３は、励起光入力端１３と接続されるとともに、励起用光結合部３３を介してループ光導波路２０と光結合されており、励起光源４３より出力され励起光入力端１３に入力した励起光を励起用光結合部３３へ導波させる。励起用光結合部３３は、ループ光導波路２０を導波してきて到達した光信号をそのままループ光導波路２０に導波させるとともに、励起用光導波路２３を導波してきて到達した励起光をループ光導波路２０へ出力する。励起用光結合部３３よりループ光導波路２０へ出力された励起光は、ループ光導波路２０を反時計回りに導波する。励起光源４３は、ループ光導波路２０に添加されている希土類元素を励起する励起光を出力するものであり、例えば半導体レーザ光源が好適に用いられる。これら励起用光導波路２３、励起用光結合部３３および励起光源４３は、ループ光導波路２０に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。
【００１９】
モニタ用光導波路２４は、光モニタ端１４と接続されるとともに、モニタ用光結合部３４を介してループ光導波路２０と光結合されており、ループ光導波路２０より光モニタ端１４へ光信号を導波させる。モニタ用光結合部３４は、ループ光導波路２０を導波してきて到達した光信号のうち、一部をモニタ用光導波路２４へ分岐出力し、残部をそのままループ光導波路２０に導波させる。モニタ用光結合部３４よりモニタ用光導波路２４へ出力された光信号は、モニタ用光導波路２４を光モニタ端１４へ向かって導波し、光モニタ端１４より出射されて光検出器４４により検出される。光検出器４４は、光モニタ端１４より出力された光信号を受光し、その光信号の強度を検出する。
【００２０】
ループ光導波路２０、入力用光結合部３１、出力用光結合部３２、励起用光結合部３３およびモニタ用光結合部３４それぞれは、光ファイバまたは平面光導波路であるのが好適である。入力用光結合部３１、出力用光結合部３２、励起用光結合部３３およびモニタ用光結合部３４それぞれは、光結合されるべき２本の光導波路が互いに接近して構成されるものであるのが好適であり、各光導波路が光ファイバである場合には、光ファイバカプラであるのが好適である。
【００２１】
また、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれは、上述したようなスイッチとして動作するために、熱光学効果または非線形光学効果による屈折率変化に基づいて光結合が調整されるようになっている。そして、これにより、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれにおける光結合の状態は、制御部５０により制御可能となっている。制御部５０は、光検出器４４による光信号の検出結果に基づいて、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれにおける光結合の状態を制御するのが好適である。
【００２２】
また、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれは、上述したようなスイッチとして動作するために、方向性結合器またはマッハツェンダ干渉器の構成であるのが好適である。このように構成される入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれは、波長選択性を有するように作成することができ、これにより、入力用光導波路２１または出力用光導波路２２に励起光が漏れるのを防止することができて、入力用光導波路２１または出力用光導波路２２に信号光とともに励起光が導波するのを防止することができる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る光回路１の動作について説明する。以下では、光回路１の動作として、光回路１におけるアイドル状態、光回路１への光信号の書き込みの動作、光回路１における光信号の記憶の状態、および、光回路１からの光信号の読み出しの動作、のそれぞれについて説明する。これらの各動作は、制御部５０による制御の下に行なわれる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る光回路１におけるアイドル状態の説明図である。光回路１がアイドル状態であるときは、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれは共にオフ状態とされている。また、励起光源４３からは励起光が出力される必要はない。このとき、光入力端１１に光信号λｓが入力しても、その光信号λｓは、入力用光導波路２１を導波していき、入力用光結合部３１を経た後も入力用光導波路２１を導波して、入力用光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力されることはない。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る光回路１への光信号の書き込みの動作の説明図である。光回路１が書き込み動作を行なうときには、励起光源４３から励起光λｐが出力されている。励起光源４３より出力された励起光λｐは、励起光入力端１３より励起用光導波路２３に入力して、励起用光導波路２３を導波していき、励起用光結合部３３よりループ光導波路２０へ出力される。また、この書き込み動作を行なうときには、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれが共にオフ状態とされている上記アイドル状態から、入力用光結合部３１のみが一旦オン状態となった後に再びオフ状態となる。入力用光結合部３１がオン状態となっているときに、光入力端１１に光信号λｓが入力すると、その光信号λｓは、入力用光導波路２１を導波していき、入力用光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力される。励起用光結合部３３よりループ光導波路２０へ出力された励起光λｐは、ループ光導波路２０を導波して、このループ光導波路２０に添加されている希土類元素を励起する。入力用光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力された光信号λｓは、ループ光導波路２０を導波するとともに、その導波の際に光増幅される。また、ループ光導波路２０を導波する光信号λｓの一部は、モニタ用光結合部３４よりモニタ用光導波路２４へ分岐出力され、モニタ用光導波路２４を導波して光モニタ端１４より出力され、光検出器４４により検出される。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る光回路１における光信号の記憶の状態の説明図である。上記の光回路１の書き込み動作において、入力用光結合部３１が再びオフ状態となった時より以降は、光回路１が光信号を記憶している状態となる。光回路１が光信号を記憶している状態にあるときには、励起光源４３から励起光λｐが出力されている。励起光源４３より出力された励起光λｐは、励起光入力端１３より励起用光導波路２３に入力して、励起用光導波路２３を導波していき、励起用光結合部３３よりループ光導波路２０へ出力される。また、この記憶状態にあるときには、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれは共にオフ状態とされている。この状態では、光信号λｓは、ループ光導波路２０を導波するとともに、その導波の際に光増幅される。また、ループ光導波路２０を導波する光信号λｓの一部は、モニタ用光結合部３４よりモニタ用光導波路２４へ分岐出力され、モニタ用光導波路２４を導波して光モニタ端１４より出力され、光検出器４４により検出される。
【００２７】
図５は、本実施形態に係る光回路１からの光信号の読み出しの動作の説明図である。読み出し動作を行なうときには、入力用光結合部３１および出力用光結合部３２それぞれが共にオフ状態とされている上記記憶状態から、出力用光結合器３２のみがオン状態とされる。出力用光結合器３２がオン状態とされると、ループ光導波路２０を導波していた光信号λｓは、出力用光結合部３２より出力用光導波路２２へ出力され、出力用光導波路２２を導波して光出力端１２より出力される。
【００２８】
以上に説明した光回路１のアイドル状態、書き込み動作、記憶状態および読み出し動作それぞれは、制御部５０による制御の下に任意のタイミングで行われ得る。すなわち、書き込み動作および読み出し動作それぞれのタイミングが任意に設定可能であるから、書き込み動作と読み出し動作との間にある記憶状態の期間も任意である。したがって、この光回路１は、光信号を遅延または記憶することができる時間（上記記憶状態の時間）を可変に設定することができる。また、この光回路１は、光信号を記憶しているときに、その光信号をループ光導波路２０において光増幅するので、遅延または記憶の時間が長くても光信号の減衰を抑制することができる。
【００２９】
図６は、他の実施形態に係る光回路２の構成図である。この図に示される光回路２は、図１に示された光回路１と比較すると、入力用光導波路２１と出力用光導波路２２とが共通のものとされている点、および、入力用光結合部と出力用光結合部とが共通のものとされている点で相違する。すなわち、図に示されるように、入力用光結合部と出力用光結合部とを兼ねる光結合部３１を挟んで、入力用光導波路２１と出力用光導波路２２とは繋がっていて１本の光導波路となっており、その１本の光導波路が光結合部３１を介してループ光導波路２０と光結合されている。
【００３０】
この光回路２への光信号の書き込みの際には、光結合器３１が一旦オン状態となった後にオフ状態となり、そのオン状態となっているときに、光入力端１１に光信号λｓが入力すると、その光信号λｓは、入力用光導波路２１を導波していき、光結合部３１よりループ光導波路２０へ出力されて、ループ光導波路２０を導波するとともに、その導波の際に光増幅される。また、この光回路２からの光信号の読み出しの際には、光結合器３１がオン状態となり、ループ光導波路２０を導波していた光信号λｓは、光結合部３１より出力用光導波路２２へ出力され、出力用光導波路２２を導波して光出力端１２より出力される。
【００３１】
この光回路２でも、書き込み動作および読み出し動作それぞれのタイミングが任意に設定可能であるから、書き込み動作と読み出し動作との間にある記憶状態の期間も任意である。したがって、この光回路２は、光信号を遅延または記憶することができる時間（上記記憶状態の時間）を可変に設定することができる。また、この光回路２は、光信号を記憶しているときに、その光信号をループ光導波路２０において光増幅するので、遅延または記憶の時間が長くても光信号の減衰を抑制することができる。
【００３２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、複数の光回路１（または光回路２）が１次元的または２次元的に配列された光デバイスを構成するのも好適である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、入力用光結合部がオン状態となっているときには、光入力端に入力して入力用光導波路を導波した光は、入力用光結合部よりループ光導波路へ出力される。そして、ループ光導波路を導波する光は、そのループ光導波路において記憶され光増幅される。また、出力用光結合部がオン状態となっているときには、ループ光導波路を導波していた光は、出力用光結合部より出力用光導波路へ出力され、出力用光導波路を導波して光出力端より出力される。このように、書き込み動作および読み出し動作それぞれのタイミングが任意に設定可能であるから、書き込み動作と読み出し動作との間にある記憶状態の期間も任意である。したがって、この光回路は、光信号を遅延または記憶することができる時間を可変に設定することができる。また、この光回路は、光信号を記憶しているときに、その光信号をループ光導波路において光増幅するので、遅延または記憶の時間が長くても光信号の減衰を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光回路１０の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光回路１におけるアイドル状態の説明図である。
【図３】本実施形態に係る光回路１への光信号の書き込みの動作の説明図である。
【図４】本実施形態に係る光回路１における光信号の記憶の状態の説明図である。
【図５】本実施形態に係る光回路１からの光信号の読み出しの動作の説明図である。
【図６】他の実施形態に係る光回路２の構成図である。
【符号の説明】
１，２…光回路、１１…光入力端、１２…光出力端、１３…励起光入力端、１４…光モニタ端、２０…ループ光導波路、２１…入力用光導波路、２２…出力用光導波路、２３…励起用光導波路、２４…モニタ用光導波路、３１…入力用光結合部、３２…出力用光結合部、３３…励起用光結合部、３４…モニタ用光結合部、４３…励起光源、４４…光検出器、５０…制御部。
【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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