(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチであって、
少なくとも２つの光ポンプ信号を合成して合成ポンプ信号を生成する第１の光結合器と、前記合成ポンプ信号と入力データ信号とを合成して合成信号を生成する第２の光結合器と、
前記合成信号に非線形効果を与え、前記少なくとも２つの光ポンプ信号と前記入力データ信号との同時三信号相互作用に基づいた複数の光帯域を生成する非線形光学素子と、
前記非線形光学素子からの前記合成信号をそれぞれ生成される光帯域に分離する少なくとも１つの光スプリッタとを備え、
前記光スイッチの出力信号がマルチバンドスイッチングされた光信号を含むよう前記入力データ信号の論理シーケンスを制御可能にスイッチングするように、前記少なくとも２つの光ポンプ信号のうちの少なくとも１つが制御可能に変調される、光スイッチ。
【請求項２】
少なくとも２つの光ポンプ源をさらに備え、前記光ポンプ源の各々が前記少なくとも２つの光ポンプ信号のうちの１つを提供し、前記入力データ信号の論理シーケンスを制御可能にスイッチングするように、前記少なくとも２つの光ポンプ源のうちの少なくとも１つが、その対応する光信号を制御可能に変調するように構成されている、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
少なくとも１つの変調された光ポンプ源の変調を制御するコントローラをさらに備える、請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記入力データ信号の周波数は前記少なくとも２つの光ポンプ源の周波数の平均値と実質的に等しい、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
得られるマルチバンドスイッチングされた出力信号は実質的に、前記入力データ信号の論理シーケンスと前記変調された光ポンプ信号の論理シーケンスとのブール代数ＡＮＤ合成である、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項６】
入力データ信号と前記変調された光ポンプ信号とを同期させる可変遅延線をさらに備える、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記光スイッチの出力は前記入力データ信号の複製と少なくとも３つのアイドラ信号とを含む、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項８】
少なくとも２つの光ポンプ源を有するファイバ・パラメトリック・デバイスを用いた光スイッチングの方法であって、
前記少なくとも２つの光ポンプ源の各々からの信号を第１の結合器で合成して合成ポンプ信号を生成し、前記合成ポンプ信号と入力データ信号とを合成して合成信号を生成する工程と、
前記合成信号に非線形効果を与え、前記２つの光ポンプ信号と前記入力データ信号との同時三信号相互作用に基づいた複数の光帯域を生成する工程と、
光スイッチの出力信号がマルチバンドスイッチングされた光信号を含むよう前記入力データ信号の論理シーケンスを制御可能にスイッチングするように、前記少なくとも２つの光ポンプ源のうちの少なくとも１つを制御可能に変調する工程と、を含む方法。
【請求項９】
前記合成信号をそれぞれ生成される光帯域に分離する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記非線形効果は、前記ファイバ・パラメトリック・デバイスの出力がマルチバンドスイッチングされた光信号を含むように、前記合成信号のパラメトリック増幅を生成するものである、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチングの分野に関し、さらに詳細には、マルチポンプ・パラメトリック・デバイスを用いたマルチバンド光スイッチングに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでのところ、大部分の通信ネットワークは、ネットワーク内の重要な点（たとえば、スイッチ）において光信号の電気信号への変換を提供する電子−光送信機および受信機を備える２地点間プロバイダとして光ファイバを使用している。しかし、その正味のスループットは電子技術によって制限を受けるため、こうしたアーキテクチャは送信のために使用される光ファイバの利用可能なバンド幅を有効に利用できていない。
【０００３】
波長分割多重化（ＷＤＭ）は、光通信に適用されると、異なる波長をもつそれぞれの光搬送波に幾つかのデータ信号を印加する。この光信号は、その送信端において単一の光ファイバ上で合成される。光ファイバの受信端では、これらの光搬送波はそれぞれが単一のデータ信号を搬送するビームとなるように光学的に多重分離され、また従来の光学検出器はこれらのビームの各々に対して設けられている。この単純なＷＤＭアーキテクチャではそのファイバ・スループットが光搬送波の数の倍数で増大することになるが、ネットワークのさまざまな点において光信号を電気信号に変換することが必要であるためネットワークのノードが複雑かつ高価になる。このため、低コストで高効率な全光型のスイッチの必要性が存在する。
【０００４】
全光型のＷＤＭネットワークに関して、光信号の電子形式への変換を伴うことさえなしにネットワークのノードがＷＤＭ波長チャンネルの異なるチャンネルを異なる方向に切り替えるようなさまざまな従来技術の着想が開発されてきた。たとえば、トランスペアレントな全光型のネットワークの初期の実現形態は、波長多重化された光信号をその波長に依存した異なる方向に選択的に切り替えることが可能な波長分割多重化（ＷＤＭ）スイッチを含んでいる。信号はスイッチにおいて電気形式に変換されることがなく、全体を通じて光形式のままである。こうしたトランスペアレントな全光型のネットワークでは、アクセス・ノードがＷＤＭスイッチを介して相互接続されており、送信側のアクセス・ノードを出た信号に関する受信側のアクセス・ノードはその光搬送波の波長によって決定される。ＷＤＭスイッチは、概ね秒のオーダーの時間内で再構成可能であり、また数分間またさらには数日間にわたって設定した構成が保持される。再構成が可能であるため、その光の波長をアクセス・ノードの別の対の接続に再割り当てすることが可能となる。ＷＤＭ信号に対するこうした切り替えは、信号が波長によって決定される方向と異なる方向に切り替えられていても、空間スイッチング（ｓｐａｃｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれている。
【０００５】
しかし、離散的な波長チャンネルの数には限度があることに留意すべきである。たとえば、十分なサイズをもつネットワークでは、現在のところ、約４０ｎｍの増幅バンド幅を有するエルビウム添加ファイバ増幅器に依拠するような増幅が必要となる。適度に単純なアーキテクチャにおける約４ｎｍという現実的な光学チャンネル間隔では、こうしたバンド幅には光学チャンネルを約１０個しか収容することができない。したがって、波長の再利用が必要となるが、こうしたネットワークにおける波長再利用には限度がある。こうした再利用の限度は、公衆ネットワーク内の多数のユーザを接続することを意図したネットワークにとって不十分である。さらに大規模な波長再利用が必要とされている。より大規模な場合に恐らくより重要となるのは、１つまたは複数のアクセス・ノードが別のトランスペアレントな全光型のネットワークに、この第２のネットワークに付属させた追加的なアクセス・ノードを用いて同時に接続され得ることである。このアーキテクチャによってそのネットワーク全体を非常に大きなサイズになるまで規模を拡大することができるが、この規模拡大のためには、２つのネットワークを接続するアクセス・ノードは、２つの全光型のネットワーク間で転送されるデータ信号の光搬送波のための波長を第２のネットワークが要求する波長に変換できることが必要である。すなわち、大きなＷＤＭネットワークは、ネットワーク内の多くの点において信号の波長変換を要求することになる。
【非特許文献１】Ｃ．Ｊ．ＭｃＫｉｎｓｔｒｉｅ、Ｓ．ＲａｄｉｃおよびＡ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ、「Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｄｒｉｖｅｎ  ｂｙ  ｔｗｏ  ｐｕｍｐ  ｗａｖｅｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐ．、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．８、５３８〜５４７頁（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＷＤＭシステムにおける信号の波長変換のために、幾つかのスイッチが提唱されている。たとえば、信号の波長変換のためにこれまでに提唱された全光型のスイッチの１つは、四光波光混合器である。しかし、四光波混合は、異なる周波数生成に関して幾つかの欠点を有している。単一ポンプ信号の場合、ポンプ周波数ωｐは２つの光搬送波周波数ω１、ω２の間にあり、また３次非線形変換のために大きいことが必要であるポンプ信号のテール部はこの光搬送波周波数と重なっている。さらに、四光波混合はより複雑であり、光搬送波信号と干渉を生じる可能性があるより多くの交差項（ｃｒｏｓｓ  ｔｅｒｍ）を生成させる。その結果、単一の波長の変換のためにはより適当であるが、複数の波長の一括変換（すなわち、同時変換）に適用することは困難である。
【０００７】
これまでに提唱されているさらに別の全光型のスイッチは、単一ポンプ・パラメトリック波長のクロスコネクト（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ）である。しかし、こうしたパラメトリック波長クロスコネクトは提供される各非線形光学素子に関する単一波長の変換に限定される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、たとえばマルチポンプ・パラメトリック・スイッチ技法を用いたマルチプルバンド光スイッチング（光切り替え）のための方法および装置を含む。本発明のスイッチングアーキテクチャは、バンド（帯域）増幅、波長変換および選択的信号共役（ｓｉｇｎａｌ  ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）を組み合わせており、少なくとも１つの光ポンプの時間的制御によって可能となる。
【０００９】
本発明の一実施形態では、少なくとも２つの光ポンプ源から光ポンプ信号を受け取るファイバ・パラメトリック・デバイスを用いた光スイッチングの方法は、少なくとも２つの光ポンプ源の各々からの信号と入力データ信号とを合成して合成信号を生成する工程であって、この少なくとも２つの光ポンプ源からの光信号のうちの少なくとも１つは制御可能に変調されている工程を含んでいる。本方法はさらに、マルチバンド切り替えされた光信号が得られるようにこの合成信号に２次の非線形効果を与える工程を含んでいる。マルチバンド切り替えされた光信号には、入力データ信号の少なくとも１つの複製と、少なくとも３つの異なるアイドラ・バンド（ｉｄｌｅｒ  ｂａｎｄ）と、が含まれる。このため、本方法はさらに、合成されたマルチバンド切り替えされた光信号を、入力データ信号の複製および３つの異なるアイドラ・バンドを含む少なくとも４つのバンド（帯域）に分離する工程を含んでもよい。
【００１０】
本発明の代替的な実施形態では、光スイッチは、少なくとも２つの光ポンプ源と、この光ポンプ源の各々からの信号と入力データ信号とを合成し合成信号を生成するための光結合器と、を含んでいる。本発明の光スイッチはさらに、合成信号に２次の非線形効果を与えるための非線形光学素子と、合成信号を分離させるための少なくとも１つの光スプリッタと、を含んでいる。本発明の光スイッチにおいては、光信号を合成した際に入力データ信号の論理シーケンスが制御可能に切り替えられるように、光ポンプ源のうちの少なくとも１つが制御可能に変調されるように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の教示は、添付の図面と関連させながら以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解できよう。
【００１２】
理解を容易にするため、図面に共通の同じ要素を示す際には可能であれば同じ参照番号を使用した。
【００１３】
本明細書では本発明のさまざまな実施形態を２ポンプ式パラメトリック・スイッチに関連して記載しているが、この２ポンプ式パラメトリック・スイッチは単に本発明の一実施形態として提供しているものであり、本発明の範囲を限定するものと扱うべきでないことに留意すべきである。本発明の教示の知識を得た当業者であれば、本発明の考え方は実質的に任意の数の光ポンプを有するパラメトリック・スイッチや、より一般的には、この光ポンプに関連して本明細書に記載した方式によって光信号を変調するために使用することができる任意の数の光源を有するパラメトリック・スイッチに拡張できることを理解されよう。
【００１４】
図１は、本発明による２ポンプ式ファイバ・パラメトリック・スイッチ（ＦＰＳ）の一実施形態に関する高水準ブロック図である。図１のＦＰＳ１００は、２つの光ポンプ１１０１および１１０２（一括して、光ポンプ１１０）と、２次の非線形感受性Ｘ２を示す非線形光学素子（高非線形ファイバ（ｈｉｇｈｌｙ  ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｆｉｂｅｒ：ＨＮＬＦ）で示す）１２０と、５つのバンド・スプリッタ１３０１〜１３０５（一括して、バンド・スプリッタ１３０）と、ポンプ・コントローラ１３５と、を備えている。状況に応じて、ＦＰＳ１００はさらに、光ポンプ１１０のパワーを所望のレベルまで増幅させるために共通の増幅器（図示せず）または複数のブースタ増幅器（図示せず）を含むことがある。ＦＰＳ１００はさらに、入力データ信号とパルス化されたポンプとを同期させるために使用される可変電気遅延線を備えることがある（以下で詳細に記載する）。さらに、図１のＦＰＳ１００は両方の光ポンプ１１０に対して単一のポンプ・コントローラ１３５を備えるように表しているが、別の実施形態では、本発明によるＦＰＳはその内部にある各光ポンプごとに別々のポンプ・コントローラを備えることがある。さらに、ポンプ・コントローラ（複数のこともある）が図１のＦＰＳ１００の内部に位置しているように表しているが、本発明の代替的な実施形態では、ポンプ・コントローラ（複数のこともある）は本発明のＦＰＳの外部にある別個の構成要素をなすことがある。
【００１５】
図１のＦＰＳ１００では、ポンプ・コントローラ１３５は光ポンプ１１０の出力を制御している。すなわち、これらの光ポンプは、一定のレベルで動作してもよく、あるいは本発明に従って入力光信号のスイッチングを実行するようにパルス化（変調）されてもよい（以下で詳細に記載する）。光ポンプ１１０からのポンプ信号はバンド・スプリッタ１３０１によって合成される。合成されたポンプ信号は第２のバンド・スプリッタ１３０２に伝達され、ここで、合成ポンプ信号はさらに、図示したＷＤＭ信号などの入力データ信号と合成される。合成されたポンプ信号およびデータ信号はＨＮＬＦ１２０に伝達される。ＨＮＬＦ１２０内で、合成信号は２次の非線形効果およびパラメトリック増幅を受け、これにより入力データ信号の複製および３つの異なるアイドラ・バンドが生成される。この入力データ信号および３つのアイドラ・バンドは、図１に図示したような残りのバンド・スプリッタ１３０３〜１３０５によって順次分離される。このため、出力バンド・スプリッタ１３０３〜１３０５において、１つまたは複数の信号が変換された／切り替えられた出力信号として選択され得る。
【００１６】
本発明によるＦＰＳで利用される２つのポンプ波によって駆動させるパラメトリック・デバイスの原理は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｄｒｉｖｅｎ  ｂｙ  ｔｗｏ  ｐｕｍｐ  ｗａｖｅｓ」（Ｃ．Ｊ．ＭｃＫｉｎｓｔｒｉｅ、Ｓ．ＲａｄｉｃおよびＡ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ、ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐ．、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．８，５３８〜５４７頁（２００２））に記載されている。簡単に述べると、本発明のＦＰＳではその光ポンプの周波数を、入力信号周波数が低周波側のポンプ周波数（以下において、「Ｌバンド・ポンプ」と云う）と比べてより高くなりかつ１次アイドラ周波数が高周波側のポンプ周波数（以下において、「Ｃバンド・ポンプ」と云う）と比べてより低くなるように構成している。この光ポンプ周波数はさらに、Ｌバンド・ポンプ周波数とＣバンド・ポンプ周波数が非線形光学素子（たとえば、ＨＮＬＦ）のゼロ分散波長の周りで実質的に対称となるように選択されている。この構成では、２次アイドラ周波数の範囲は入力信号および１次アイドラ範囲と重複しておらず、このため波長分割多重化（ＷＤＭ）送信においてクロストークが実質的に存在しない。発明者らは、信号周波数が平均ポンプ周波数により近いため、４次分散の影響はこの構成ではより弱いことを確認した。従来の１ポンプ式のファイバ・パラメトリック・デバイスと比較した場合、本発明のＦＰＳ１００の２ポンプ式構成によって、偏光の不変性、広帯域動作、信号スペクトル位置によらない非減衰アイドラ信号の発生能力、ブリュアン（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）しきい値の増大が提供される。
【００１７】
図１のＦＰＳ１００などの本発明によるＦＰＳは、入力データ信号の波長（周波数）変換、並びにスイッチング機能を提供できる。より具体的には、図１のＦＰＳ１００では、入力データ信号は、ＨＮＬＦ１２０内の合成光信号に対して与えられる２次の非線形効果とＦＰＳ１００内で生成される２ポンプ式パラメトリック増幅により提供されるパラメトリック利得とを介して、ある波長（または、周波数）から４つの異なる波長（または、周波数）に変換される。すなわち、図１のＦＰＳ１００内の２つの光ポンプ１１０を使用することによって、そのすべてが同時にスイッチングを受けることが可能である３つの異なるアイドラ・バンドが生成される（すなわち、信号が対応するアイドラ・バンドにミラー処理または変換される）。外側対内側のバンド変換（たとえば、２＋から２−）に要する時間は、分散がわずかな波長依存待ち時間のみに寄与する外側対外側バンド変換（たとえば、２＋から１−）の持続時間と実質的に同じである。
【００１８】
図２は図１のＦＰＳ１００の例示的な変換出力を表したグラフである。図２では、ＦＰＳ１００に入力信号が伝達される。信号バンド（１−）は４つのスペクトル・ウィンドウ内で同時に増幅されかつ複製される。生成されたアイドラは、スペクトル的にミラー処理（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｍｉｒｒｏｒｅｄ）された複製（アイドラ・バンド１＋および２＋）か、変換を受けた複製（アイドラ・バンド２−）のいずれかである。スペクトル的にミラー処理されたアイドラは信号共役となっており、これによって送信後に共役から元の入力信号を再生成することによって送信ペナルティを緩和できる可能性がある。２ポンプ式ＦＰＳ１００の４バンド特性により、変換されたバンドの特性（ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を選択する際の柔軟性を大きくすることができる。図２に示した信号（１−）の外側バンド配置によって、内側バンド非共役（ｎｏｎ−ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）（２−）が生じる。２つの内側バンド（１＋および２−）のいずれかの内部に位置する信号は外側バンド非共役を生成する
【００１９】
図１のＦＰＳ１００などの本発明のＦＰＳにおいて、発明者らは、光ポンプ１１０のいずれからの信号を除去しても、対応するアイドラ・バンドが同時に減退（ｃｏｌｌａｐｓｅ）しかつ信号利得のロスが生じることを確認した。この原理を念頭に入れて、発明者らは、高効率なマルチプルバンドスイッチングを実施するためには、光ポンプ１１０のうちのいずれか一方に対する時間的制御のみ、または光ポンプ１１０の両者に対する同時制御を使用できることを確認した。より具体的には、図１のＦＰＳ１００では、ポンプ・コントローラ１３５を使用し、単一の光ポンプまたは光ポンプ１１０の組み合わせを反復してＯＮおよびＯＦＦにし（すなわち、光ポンプに対する変調）、所望のマルチバンドスイッチングされた出力信号を生成している。
【００２０】
図３は、本発明によるＦＰＳの光ポンプの複数の組み合わせに関する入力信号バンド並びに生成された様々なアイドラ・バンドをグラフで表したものである。図３では、より高次のＨＮＬＦ分散および複屈折を無視し得るという前提により、信号およびアイドラ・バンドの相対的大きさをプロットしている。光ポンプは入力信号と平行偏光である（ｃｏ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）か、直交偏光である（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）。図３の左側では、入力信号バンドは正規の分散レジーム（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｒｅｇｉｍｅ）で動作する光ポンプ（Ｃバンド・ポンプ）の動作波長の近傍に配置されており、右側では、入力信号バンドは異常レジーム（ａｎｏｍａｌｏｕｓ  ｒｅｇｉｍｅ）で動作する光ポンプ（Ｌバンド・ポンプ）の動作波長の近傍に配置されている。λ０は、ゼロ分散波長を表している。図３を参照すると、本発明のさまざまな実施形態では、Ｌバンド・ポンプを一定のままにしかつＣバンド・ポンプを変調して本発明のスイッチングを実施する場合と比べて、Ｃバンド・ポンプを一定のままにするとノイズがより少なくなるため、Ｌバンド・ポンプを本発明の変調すべき光ポンプとして構成して本発明による所望のスイッチング出力を生成させることが好ましいことになることは明らかである。
【００２１】
たとえば図１を参照すると、第１の光ポンプ１１０１がＣバンド・ポンプでありかつ第２の光ポンプ１１０２がＬバンド・ポンプであれば、Ｌバンド・ポンプを変調しながらＣバンド・ポンプを一定レベルに維持することによって、入力データ信号の論理シーケンス（系列）が所望の出力論理シーケンスへとスイッチングされる。たとえば、１０Ｇｂ／ｓのシーケンス１１００１１０１１１０１０１１１００１を用いて変調された入力データ信号が図１のＦＰＳ１００に入力され、かつＬバンド・ポンプが１０Ｇｂ／ｓのシーケンス１００００１１１１０００００００００１を用いてパルス化されると、実質的に入力データ信号とパルス式ポンプ信号のブール代数ＡＮＤであるようなスイッチングされた信号／アイドラ・シーケンスが生成されると共に、シーケンス１００００１０１１０００００００００１が得られる。このため、入力データ信号に関する変換された４つのバンドがすべてスイッチングされ、またこのためマルチバンドスイッチングされた光信号が得られる。
【００２２】
図１のＦＰＳ１００などの本発明によるＦＰＳに関するスイッチングスキームの速度は、光ポンプ１１０をＯＮおよびＯＦＦに切り替える（すなわち、光ポンプの変調）能力に実質的に依存する。この理由は、シリカ中のパラメトリック過程の時定数がピコ秒未満であり目下のデータ速度（＜１Ｔｂ／ｓ）と比較すると概ね瞬時であるためである。上で述べた説明ではコントローラ１３５を、光ポンプ１１０をＯＮまたはＯＦＦにして（すなわち、光ポンプを変調させて）所望のスイッチングされた出力信号を生成するように表しているが、ＯＮ状態を所定のしきい値を超える信号に対応させかつＯＦＦ状態を所定のしきい値以下の信号に対応させる（あるいは、この逆とする）ことがあること、またこのため本発明は光ポンプ（複数のこともある）を完全なＯＮか完全なＯＦＦにするような例に限定すべきでないことは、本発明の教示の知識を得た当業者であれば理解されよう。
【００２３】
本発明によれば、本発明の広帯域ＦＰＳと低速光変調器（たとえば、〜１０Ｇｂ／ｓ）の組み合わせを使用して、合成したＣバンドおよびＬバンドを超えるバンド幅にわたってナノ秒未満の切り替え／変換を達成することができる。さらに、本発明のＦＰＳにおいて直交偏光されたポンプを使用することによって偏光不変バンドスイッチングが提供される。逆に、平行偏光されたポンプは、たとえば所定の信号偏光やその他を区別するために偏光依存のスイッチングが望ましい場合に使用することができる。
【００２４】
本発明のＦＰＳのこの実験的な設定では、２つのレーザ（光ポンプ）は、１５６７．０および１５９６．８ｎｍに配置され、かつブリュアンしきい値を４００ｍＷを超えるまで増大させるために５Ｇｂ／ｓの２３１−１疑似ランダム・ビット系列を用いて位相変調された。プログラムされた１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ系列でＬバンド源（１５９６．０ｎｍ）を変調するために、ゼロ・チャープ・マッハ・ツェンダ（ｚｅｒｏ−ｃｈｉｒｐ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）振幅変調器を使用した。消光比は１２ｄＢであった。光ポンプは単一の光学増幅器を用いて増幅させた。別々の２つの増幅器ではなく単一の増幅器を使用することによって、本発明のＦＰＳの構造が簡単になり、かつ狭いアイドラ生成で必要となる経路長バランス設定が簡単になる。光ポンプからの増幅信号は、信号およびアイドラ・バンドで光学ノイズを減衰させるための２つの同一の０．６ｎｍ幅フィルタを通って伝播する。ＨＮＬＦの入力において計測されたパワーはＬバンド・ポンプおよびＣバンド・ポンプにおいてそれぞれ１８０ｍＷと３２０ｍＷであった。光ポンプと光信号は、１５８０ｎｍのゼロ分散波長、０．０３ｐｓ／ｎｍ２の分散スロープ、並びに非線形係数γ１＝１０ｋｍ−１Ｗ−１の１ｋｍ長ＨＮＬＦの入力において合成させた。
【００２５】
図４ａは、上で述べた実験的設定のＦＰＳ出力に関して入力信号のない状態を表したグラフである。同時ポンプ動作（ＯＮ状態でのＬバンド・ポンプ）によって、上側の曲線で示すように４つすべてのパラメトリック・バンドにわたって強力なＡＳＥ生成が生じる。これに対して、異常ポンプ（ａｎｏｍａｌｏｕｓ  ｐｕｍｐ）がない場合（すなわち、ＯＦＦ状態でのＬバンド・ポンプ）では、ブースタ増幅器は一定パワー・レジームで動作するため、Ｃバンド・ポンプのパワーが下側の曲線で示すように２倍以上になる。さらに、ＯＦＦ状態は、同じく図４ａの下側の曲線で示すように４つのパラメトリック・バンドの減退によって特徴付けられる。図４ａのＯＦＦ状態では１６０５ｎｍにピークをもつ広帯域ペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）が観測される。このペデスタルは０．６ｎｍクリーンアップ・フィルタ（ｃｌｅａｎｕｐ  ｆｉｌｔｅｒｓ）によって抑制されないブースタ増幅器からのＡＳＥを表している。
【００２６】
この実験的設定では、小さいデータ信号（Ｐｉｎ＝−２０ｄＢｍ）を１０Ｇｂ／ｓでＲＺ変調して内側パラメトリック・バンド（すなわち、λ＝１５７６．１ｎｍ）の内部に配置させた。図４ｂは、入力データ信号が印加されかつＬバンド・ポンプがＯＦＦ状態にある場合（下側の曲線）、入力データ信号が印加されかつＣバンド・ポンプおよびＬバンド・ポンプがそれぞれ２８０ｍＷと１２０ｍＷのパワーを有する場合（真ん中の曲線）、並びに入力データ信号が印加されかつＣバンド・ポンプおよびＬバンド・ポンプがそれぞれ３２０ｍＷと１８０ｍＷのパワーを有する場合（上側の曲線）について、この実験的設定のＦＰＳ出力をグラフで表したものである。入力データ信号はＦＰＳのＨＮＬＦ内で２９ｄＢの出力利得まで同時に増幅させ、ＨＮＬＦへの信号パワー入力に対してそれぞれ２４．６、３０．５および２６ｄＢの効率を有するように波長１５５７．７、１５８７．２および１６０６．２ｎｍ（すなわち、生成されたアイドラ・バンド）に変換した。図４ｂは、３０ｐｓという変調器の立ち上がり時間に匹敵する同調速度を備えた５０ｎｍを超えるＦＰＳに関する有効変換レンジを表している。ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間の消光比は、１５５７．７ｎｍにおいては１９ｄＢであること、信号波長においては２９ｄＢであること、また１５８７．２および１６０６．２ｎｍにおいては５０ｄＢを上回ることが計測された。Ｃバンド・ポンプのパワーを一定に保つ（すなわち、ＣバンドおよびＬバンドで別のブースタとする）ことによって、１５５７．７ｎｍのアイドラ消光が６．３ｄＢだけ増大し、これによって最悪の消光比が２５．３ｄＢまで改善された。
【００２７】
図５ａ〜５ｅは、本発明のスイッチングをグラフで表したものである。たとえば上に示した実験的設定を参照すると、受け取ったデータ信号が１０Ｇｂ／ｓ系列１１００１１０１１１０１０１１１００１を用いて変調されており、かつＦＰＳのＬバンド・ポンプが１０Ｇｂ／ｓ系列１００００１１１１０００００００００１を用いてパルス化される場合、出力データ信号はシーケンス１００００１０１１０００００００００１を有することになる。図５ａは上述の入力データ信号、また具体的にはこの１０Ｇｂ／ｓ系列をグラフで表したものである。図５ｂは、スイッチングされた１５７６．１ｎｍの入力データ信号をグラフで表したものである。図５ｂから、ＦＰＳの変換された出力信号は、上述のように実質的に入力データ信号の論理シーケンスとパルス化された光ポンプ信号（Ｌバンド・ポンプ信号）の論理シーケンスとのブール代数ＡＮＤであるようなスイッチングされたシーケンスからなることは明らかである。
【００２８】
図５ｃ〜５ｅは、生成されかつスイッチングされた１５５７．７ｎｍアイドラ、１５８７．２ｎｍアイドラ、および１６０６．２ｎｍアイドラのそれぞれをグラフで表したものである。この場合も、図５ｃ〜５ｅから、得られる生成されたアイドラは実質的に入力データ信号の論理シーケンスとパルス化された光ポンプ信号（Ｌバンド・ポンプ信号）の論理シーケンスとのブール代数ＡＮＤであるようなスイッチングされたシーケンスからなることは明らかである。
【００２９】
上で述べたように、本発明のスイッチングの性能は光ポンプの変調の速度および消光比によって制限される。簡略にするために、信号増幅およびアイドラ生成が非縮退位相共役過程（すなわち、入力データ信号および光ポンプのスペクトル分離が大きいこと）に支配されているものと仮定することができる。最悪のケースの消光推定として、ａ）部分的に縮退（１ポンプ）位相共役によってＯＦＦポンプ状態での利得が提供されること、並びにｂ）信号およびアイドラはＯＮ状態とＯＦＦ状態の両方に対する最大利得（理想的な位相整合状態）を受けることを仮定することができる。次いで、この消光比は次の（式１）に従って特徴付けることができる。
【数１】
0004813791.tif 000002
上式において、ＰＯＮ、ＰＯＦＦはＯＮおよびＯＦＦ位置におけるポンプ・パワーであり、またＬｅｆｆは実効ＨＮＬＦ相互作用長である。Ｌバンド・ポンプだけが切り替えられ、かつＣバンドおよびＬバンド・ポンプに対して２Ｐの一定出力パワーをもつ単一のブースタを使用する場合、このポンプ・パワーはＰＣＯＦＦ≒２ＰＣＯＮ≒２Ｐ、およびＰＬＯＦＦ≒ａＰＬＯＮ≒ａＰ（ここで、ａはＬバンド・ポンプの消光比を表している）となる。ポンプ間のラマン相互作用は無視している。したがって、ここで切り替えられた信号に関する最悪のケースの消光は次の（式２）に従って特徴付けることができる。
【数２】
0004813791.tif 000003
上述した実験的設定のパラメータ（γ＝１０ｋｍ−１Ｗ−１、ａ＝−１２ｄＢ、Ｌｅｆｆ〜１ｋｍ、およびＰ１，２＝２５０ｍＷ）の場合、最悪のケースの消光比は−１４ｄＢであると推定される。最大利得の仮定は、本質的に無色的（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ）であり、消光比の下側限界推定のために使用する必要がある。実際に、観測される信号／アイドラ消光は−１４ｄＢより良好である。ポンプの立ち上がり／立ち下がり時間の間に最悪の消光が予測されることに留意すべきである。
【００３０】
２つの光ポンプを備えるファイバ・パラメトリック・スイッチ（ＦＰＳ）に関連させて本発明のさまざまな実施形態について上で記載しかつ例証してきたが、本発明の教示の知識を得た当業者であれば本発明に従ったファイバ・パラメトリック・スイッチ（ＦＰＳ）の別の実施形態は３つ以上の光ポンプを備えることができることを理解されよう。たとえば、本発明によるファイバ・パラメトリック・スイッチ（ＦＰＳ）は３つの光ポンプを備えることがあり、またこのため本発明の非線形媒質内で３つの光ポンプと合成した際の入力データ信号は少なくとも６つの変換バンドを生成させることになる。この実施形態では、本発明の光学スイッチングを実行するために、単一のポンプまたは光ポンプの実質的に任意の組み合わせのいずれを変調させることもできる。
【００３１】
以上は本発明のさまざまな実施形態に向けられたものであるが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明に関する別の追加的な実施形態を考案することもできる。このため、本発明の適正な範囲は、添付の特許請求の範囲に従って判定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による２ポンプ式ファイバ・パラメトリック・スイッチ（ＦＰＳ）の一実施形態の高水準ブロック図である。
【図２】図１のＦＰＳの例示的な変換出力を、存在する光ポンプの両者からの信号と共に表したグラフの図である。
【図３】本発明によるＦＰＳの光ポンプの複数の組み合わせに関する入力信号バンド並びに生成させるさまざまなアイドラ・バンドを表したグラフの図である。
【図４ａ】入力データ信号のない状態でのＦＰＳの一実施形態の出力を表したグラフである。
【図４ｂ】Ｃバンド・ポンプおよびＬバンド・ポンプ用に２つの異なるポンプ・パワーを備えた状態で入力データ信号が印加されており、かつＬバンド・ポンプがＯＦＦ状態とＯＮ状態の両方にあるような図４ａのＦＰＳの出力を表したグラフの図である。
【図５】波長の変換と切り替えの両方を実行する本発明のＦＰＳの一実施形態の出力を表したグラフの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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