(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質を配置した偏光サニャック干渉光路と、
第１方向に偏光した第１信号光を前記偏光サニャック干渉光路に供給する光パルス光源と、
第２方向に偏光した第２信号光と、前記第２方向に直交する第３方向に偏光した第３信号光とに前記第１信号光を分割し、前記カー媒質の一方の側に前記第２信号光を供給し、前記カー媒質の他方の側に前記第３信号光を供給するために、前記偏光サニャック干渉光路に設けられた第１偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、
前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、
前記第２信号光と前記第３信号光との間の位相差を検出するために設けられた検出手段とを備えたことを特徴とする光学非線形評価装置。
【請求項２】
前記第２信号光の波長と前記制御光の波長とは、互いに異なっており、
前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記カー媒質の一方の側に配置され、前記第２信号光を透過して、前記制御光を反射する第１二色性ミラーであり、
前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離するために前記カー媒質の他方の側に配置され、前記第２信号光を透過して、前記制御光を反射する第２二色性ミラーである請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項３】
前記制御光は、前記第２信号光の偏光方向と直交する方向に偏光しており、
前記カー媒質の一方の側に配置されて、第１ファラデー回転子と第１の１／２波長板とを有する第１ファラデーユニットと、
前記カー媒質の他方の側に配置されて、第２ファラデー回転子と第２の１／２波長板とを有する第２ファラデーユニットとをさらに備え、
前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記１ファラデーユニットと前記カー媒質との間に設けられた第３偏光ビームスプリッタであり、
前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離するために前記第２ファラデーユニットと前記カー媒質との間に設けられた第４偏光ビームスプリッタである請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項４】
前記制御光の波長は、前記第１信号光の波長と等しい請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項５】
前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記カー媒質の一方の側に配置されたガラス板であり、
前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離する前記第１偏光ビームスプリッタである請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項６】
前記カー媒質は、光ファイバによって構成される請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項７】
前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、
前記検出手段は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、
前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、
前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記直線偏光の偏光角度に応じて第５信号光と第６信号光とに分割する第２偏光ビームスプリッタとを含む請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項８】
前記第１方向は、＋４５度方向である請求項１記載の光学非線形評価装置。
【請求項９】
光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質を配置した偏光サニャック干渉光路と、
第１方向に偏光した第１信号光を前記偏光サニャック干渉光路に供給する第１光パルス光源と、
第２方向に偏光した第２信号光と、前記第２方向に直交する第３方向に偏光した第３信号光とに前記第１信号光を分割し、前記カー媒質の一方の側に前記第２信号光を供給し、前記カー媒質の他方の側に前記第３信号光を供給するために、前記偏光サニャック干渉光路に設けられた第１偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を、前記カー媒質中における相互位相変調によって前記第２信号光と前記第３信号光との間に１８０度の位相差を生じさせるために供給する第２光パルス光源と、
前記第２光パルス光源から供給された前記制御光を前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかに同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、
前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、
前記第２光パルス光源による前記制御光の供給のオンオフを制御する制御手段とを備えた光スイッチング素子であって、
前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、
前記光スイッチング素子は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、
前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、
前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記制御手段による前記制御光の供給のオンオフに応じて異なるポートに出射する第２偏光ビームスプリッタとをさらに備えることを特徴とする光スイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光サニャック干渉計により、カー媒質における相互位相変調により生じた位相シフトを、偏光の情報として検出する光学非線形評価装置及び光スイッチング素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、偏光サニャック干渉計により、光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質に制御光を照射し、信号光の相互位相変調により生じた位相シフトを、偏光の情報として検出して評価する光学非線形評価装置が使われている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。【０００３】
上記非特許文献１に記載の光学非線形評価装置では、偏光サニャック干渉計の偏光サニャック干渉光路に光ファイバ等の導波路タイプのカー媒質を配置し、レーザ光源から供給された信号光を偏光ビームスプリッタにより時計回りの信号光と反時計回りの信号光とに分割する。分割された時計回りの信号光と反時計回りの信号光とは、互いに逆回りに偏光サニャック干渉光路を進み、互いに逆方向にカー媒質を透過して、偏光ビームスプリッタに戻る。偏光サニャック干渉計に設けた減衰器（ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）により、カー媒質を透過する両信号光の光強度に差をつけ、これにより生じた両信号光の位相差を、偏光サニャック干渉計内に設けたバビネソレイユ補償器（Ｂａｂｉｎｅｔ−Ｓｏｌｅｉｌ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）と干渉計外に設けた偏光子により検出している。【０００４】
バビネソレイユ補償器は、くさび型の波長板を２枚重ねて構成され、２枚のくさび型波長板の入れ込みを変えることによって、透過する光の位相を変化させる。くさび型波長板の入れ込みの位置に応じて、１／２波長板または１／４波長板として動作させることもできる。【０００５】
上記非特許文献１に記載の光学非線形評価装置では、バビネソレイユ補償器の入れ込みを変化させながら検出器により光強度を検出して位相を掃引し、両信号光の干渉波形を得ている。【０００６】
また、偏光サニャック干渉計の代わりに通常のサニャック干渉計を用いた測定系も上記非特許文献１に提案されている。この測定系では、通常のサニャック干渉計の入射口に、偏光ビームスプリッタではなく、偏光に依存せずに光を１：１に分割するビームスプリッタ（ＢＳ）を設けている。従って、サニャック干渉計内の信号光は、両回りとも同じ偏光になり、この信号光の偏光と直交する偏光の制御光を入射することにより、時計回りの信号光のみに制御光を適切に重ね合わせることができる。【０００７】
制御光を時計回りの信号光に重ね合わせないときは、光の干渉効果により、通常のサニャック干渉計に入射した信号光は、入射したポートと同じ入射ポートに出射され、出射ポートには出射されないが、制御光を入射して信号光に重ね合わせると、相互位相変調が時計回りの信号光に生じて、両回りの信号光の間の相対位相が変化し、出射ポートに出射される光の量が変化する。この変化を読み取ることにより、位相シフトを測定することができる。【０００８】
上記特許文献１に記載の光学非線形評価装置は、フェトム秒領域の制御光をカー媒質に照射して生ずるカー媒質の非線形特性を、偏光サニャック干渉計中で単一の光パルスを分割して生成した互いに偏光方向が直交する信号光を用いて測定している。偏光サニャック干渉光路中で両信号光の偏光方向を９０度回転する１／２波長板からなる偏光方向変換機構により、カー媒質面での偏光方向を揃え、偏光サニャック干渉光路を出力した両信号光間の位相差を、１／４波長板と偏光子とからなる位相差掃引機構により掃引し、掃引する各々の位相差における両信号光との干渉光強度を測定して非線形特性を求めている。
【特許文献１】特開２００４−１６３３８４号公報（平成１６年６月１０日（２００４．６．１０）公開）
【非特許文献１】Ｍ．Ｃ．Ｇａｂｒｉｅｌ，ｅｔ  ａｌ．著  「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｓａｇｎａｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１７（１９９１）
【発明の開示】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載の光学非線形評価装置は、光スイッチング素子としてではなく、カー媒質の非線形性を測定するための装置として考案されており、制御光を信号光に重ね合わせた状態で位相差を検出しているため、原理的な損失が生まれ、量子情報処理のための高速スイッチングに利用することができないという問題がある。
【００１０】
また、上記した通常のサニャック干渉計を用いた測定系の構成では、両回りの信号光の位相差を光強度の変化に変換して観測するので、微小な位相シフトの領域における検出感度が低いという問題がある。
【００１１】
また、上記した特許文献１に記載の光学非線形評価装置は、偏光の回転角を偏光子によって検出しているので、信号光が偏光子を透過できるか、透過できずに信号光が偏光子によって吸収されてしまうかによって検出することになる。このため、スイッチングという観点から見ると、相互位相変調によって生じた偏光回転によって、信号光を損失することなく、偏光ビームスプリッタのいずれか一方の出力ポートに空間的に振り分けることができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カー媒質による相互位相変調により生じた位相差に基づいて、カー媒質の光学非線形性を正確に評価することができる光学非線形評価装置を実現することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、量子情報処理のために高速にスイッチングする光スイッチング素子を実現することにある。
【００１４】
本発明に係る光学非線形評価装置は、上記課題を解決するために、光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質を配置した偏光サニャック干渉光路と、第１方向に偏光した第１信号光を前記偏光サニャック干渉光路に供給する光パルス光源と、第２方向に偏光した第２信号光と、前記第２方向に直交する第３方向に偏光した第３信号光とに前記第１信号光を分割し、前記カー媒質の一方の側に前記第２信号光を供給し、前記カー媒質の他方の側に前記第３信号光を供給するために、前記偏光サニャック干渉光路に設けられた第１偏光ビームスプリッタと、前記第１偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、前記第２信号光と前記第３信号光との間の位相差を検出するために設けられた検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記特徴によれば、偏光ビームスプリッタからカー媒質の一方の側に向かう第２信号光とカー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、第２信号光と第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせて、カー媒質中における相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に位相差を生じさせ、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光を分離して、相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に生じた位相差を検出することができる。第２信号光と第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせ、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光を分離して、相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に生じた位相差を検出するので、フェムト秒パルスにより高速に動作する量子情報処理のための高速スイッチングのための２入力２出力型の光スイッチング素子に応用することができるという効果を奏する。
【００１６】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記第２信号光の波長と前記制御光の波長とは、互いに異なっており、前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記カー媒質の一方の側に配置され、前記第２信号光を透過して、前記制御光を反射する第１二色性ミラーであり、前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離するために前記カー媒質の他方の側に配置され、前記第２信号光を透過して、前記制御光を反射する第２二色性ミラーであることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、第１二色性ミラー及び第２二色性ミラーは、第２信号光を透過して、制御光を反射する。第２信号光を透過して、制御光を反射する第１二色性ミラー及び第２二色性ミラーは、第２信号光の波長に対しては透過率が１００％、反射率が０％であるが、制御光に対しては反射率が１００％、透過率が０％のミラーによって構成することができる。このため、第２信号光に制御光を重ね合わせる際の原理的な損失、第２信号光から制御光を分離する際の原理的な損失を極めて小さくすることができる。また、第２信号光から制御光を分離するので、損失のない２入力２出力型の光スイッチング素子に応用することができる。
【００１８】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記制御光は、前記第２信号光の偏光方向と直交する方向に偏光しており、前記カー媒質の一方の側に配置されて、第１ファラデー回転子と第１の１／２波長板とを有する第１ファラデーユニットと、前記カー媒質の他方の側に配置されて、第２ファラデー回転子と第２の１／２波長板とを有する第２ファラデーユニットとをさらに備え、前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記１ファラデーユニットと前記カー媒質との間に設けられた第３偏光ビームスプリッタであり、前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離するために前記第２ファラデーユニットと前記カー媒質との間に設けられた第４偏光ビームスプリッタであることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、第１ファラデー回転子と第１の１／２波長板とを有する第１ファラデーユニットと、第２ファラデー回転子と第２の１／２波長板とを有する第２ファラデーユニットとにより、偏光に関して非相反な素子を構成することができる。カー媒質の一方の側から第１ファラデーユニットに入射した垂直偏光の第２信号光は、第１ファラデーユニットにより９０度回転した水平偏光の信号光に変換されてカー媒質を透過し、第２ファラデーユニットにより再び９０度回転した垂直偏光の信号光に変換される。一方、カー媒質の他方の側から第２ファラデーユニットに入射した水平偏光の第３信号光は、水平偏光のまま第２ファラデーユニット、カー媒質及び第１ファラデーユニットを透過する。このため、時計回り・反時計回りの第２信号光及び第３信号光を同一の水平偏光にてカー媒質中を通過させることができる。従って、偏光が第２信号光とは９０度異なる光を制御光として用いれば、１ファラデーユニットとカー媒質との間に設けられた第３偏光ビームスプリッタによって第２信号光に重ね合わされた制御光を１００％カー媒質に入れることができ、さらに、カー媒質を通過後の制御光を第４偏光ビームスプリッタにより１００％外部に抽出することが可能である。このため、第２信号光に制御光を重ね合わせる際の原理的な損失、第２信号光から制御光を分離する際の原理的な損失を極めて小さくすることができる。また、第２信号光から制御光を分離するので、損失のない２入力２出力型の光スイッチング素子に応用することができる。
【００２０】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記制御光の波長は、前記第１信号光の波長と等しいことが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、制御光の光源として、第１信号光の光源である光パルス光源を使用することができ、レーザ光源が１台で十分になる。
【００２２】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記重ね合わせ手段は、前記第２信号光に前記制御光を重ね合わせるために前記カー媒質の一方の側に配置されたガラス板であり、前記分離手段は、前記第２信号光から前記制御光を分離する前記第１偏光ビームスプリッタであることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、簡単な構成により、カー媒質中における相互位相変調により生じた光学非線形性に基づく微小な位相差を検出し、評価することができる。
【００２４】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記カー媒質は、光ファイバによって構成されることが好ましい。
【００２５】
上記構成によれば、簡単な構成により、カー媒質中における相互位相変調により生じた光学非線形性に基づく微小な位相差を検出し、評価することができる。
【００２６】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、前記検出手段は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記直線偏光の偏光角度に応じて第５信号光と第６信号光とに分割する第２偏光ビームスプリッタとを含むことが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、第２偏光ビームスプリッタによって分割された第５信号光に基づく電圧と第６信号光に基づく電圧との差分の変化を測定することによって、直線偏光の回転角を高精度に検出することができ、カー媒質中における相互位相変調により生じた光学非線形性に基づく微小な位相差を高精度に検出し評価することができる。
【００２８】
本発明に係る光学非線形評価装置では、前記第１方向は、＋４５度方向であることが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、偏光ビームスプリッタからカー媒質の一方の側に向かう第２信号光とカー媒質の他方の側に向かう第３信号光との強度の比を１対１にすることができ、前記第２信号光と前記第３信号光とを合成した光の偏光状態が直線偏光になり、位相シフト量を容易に解析することができる。また、カー媒質中における相互位相変調により生じた位相差φと偏光回転角θとを、φ＝２θ、という簡単な関係式によって表すことができる。
【００３０】
本発明に係る光スイッチング素子は、上記課題を解決するために、光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質を配置した偏光サニャック干渉光路と、第１方向に偏光した第１信号光を前記偏光サニャック干渉光路に供給する第１光パルス光源と、第２方向に偏光した第２信号光と、前記第２方向に直交する第３方向に偏光した第３信号光とに前記第１信号光を分割し、前記カー媒質の一方の側に前記第２信号光を供給し、前記カー媒質の他方の側に前記第３信号光を供給するために、前記偏光サニャック干渉光路に設けられた第１偏光ビームスプリッタと、前記第１偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を、前記カー媒質中における相互位相変調によって前記第２信号光と前記第３信号光との間に１８０度の位相差を生じさせるために供給する第２光パルス光源と、前記第２光パルス光源から供給された前記制御光を前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかに同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、前記第２光パルス光源による前記制御光の供給のオンオフを制御する制御手段とを備えた光スイッチング素子であって、前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、前記光スイッチング素子は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記制御手段による前記制御光の供給のオンオフに応じて異なるポートに出射する第２偏光ビームスプリッタとをさらに備えることを特徴とする。
【００３１】
上記特徴によれば、前記偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記カー媒質中における相互位相変調によって前記第２信号光と前記第３信号光との間に１８０度の位相差を生じさせるための制御光を供給する第２光パルス光源と、前記第２光パルス光源から供給された前記制御光を前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかに同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、前記第２光パルス光源による前記制御光の供給のオンオフを制御する制御手段とを備え、前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、前記光スイッチング素子は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記制御手段による前記制御光の供給のオンオフに応じて異なるポートに出射する第２偏光ビームスプリッタとをさらに備えるので、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光が分離され、制御手段による制御光の供給のオンオフに応じて直線偏光が異なるポートに出射される。このため、フェムト秒パルスにより高速に動作する量子情報処理のための高速スイッチングに使用する２入力２出力型の光スイッチング素子を提供することができるという効果を奏する。
【００３２】
本発明に係る光学非線形評価装置は、以上のように、前記第１偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、前記第２信号光と前記第３信号光との間の前記位相差を検出するために設けられた検出手段とを備えている。
【００３３】
このため、偏光ビームスプリッタからカー媒質の一方の側に向かう第２信号光とカー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、第２信号光と第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせて、カー媒質中における相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に位相差を生じさせ、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光を分離して、相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に生じた位相差を検出することができる。第２信号光と第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を同軸に重ね合わせ、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光を分離して、相互位相変調により第２信号光と第３信号光との間に生じた位相差を検出するので、フェムト秒パルスにより高速に動作する量子情報処理のための高速スイッチングのための２入力２出力型の光スイッチング素子に応用することができるという効果を奏する。
【００３４】
本発明に係る光スイッチング素子は、以上のように、前記偏光ビームスプリッタから前記カー媒質の一方の側に向かう第２信号光と前記カー媒質の他方の側に向かう第３信号光とのいずれかに、前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかと光学特性が異なる制御光を、前記カー媒質中における相互位相変調によって前記第２信号光と前記第３信号光との間に１８０度の位相差を生じさせるために供給する第２光パルス光源と、前記第２光パルス光源から供給された前記制御光を前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかに同軸に重ね合わせる重ね合わせ手段と、前記カー媒質を透過した前記第２信号光と前記第３信号光とのいずれかから前記制御光を分離する分離手段と、前記第２光パルス光源による前記制御光の供給のオンオフを制御する制御手段とを備え、前記第１偏光ビームスプリッタは、前記カー媒質を透過した前記第２信号光及び前記第３信号光を第４信号光に合成し、前記光スイッチング素子は、前記第４信号光を直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直線偏光の偏光角度を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過した直線偏光を、前記制御手段による前記制御光の供給のオンオフに応じて異なるポートに出射する第２偏光ビームスプリッタとをさらに備えている。
【００３５】
このため、カー媒質を透過した第２信号光と第３信号光とのいずれかから制御光が分離され、制御手段による制御光の供給のオンオフに応じて直線偏光が異なるポートに出射される。このため、フェムト秒パルスにより高速に動作する量子情報処理のための高速スイッチングに使用する２入力２出力型の光スイッチング素子を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る光学非線形評価装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る光学非線形評価装置における１／２波長板の角度と出力信号の光強度との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る光学非線形評価装置における制御光の平均強度と位相シフト量との関係を示すグラフである。
【図４】実施の形態２に係る光学非線形評価装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３に係る光学非線形評価装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態４に係る光学非線形評価装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    光学非線形評価装置
２    偏光サニャック干渉計
３    偏光サニャック干渉光路
４    カー媒質
５、６  側面
７    光パルス光源（第１光パルス光源）
８    光パルス光源（第２光パルス光源）
９    制御回路（制御手段）
１０  検出部（検出手段）
１１  信号光（第４信号光）
１２  信号光（第５信号光）
１３  信号光（第６信号光）
１４  ガラス板
ＰＢＳ１  偏光ビームスプリッタ（第１偏光ビームスプリッタ）
ＰＢＳ２  偏光ビームスプリッタ（第２偏光ビームスプリッタ）
ＰＢＳ３  偏光ビームスプリッタ（第３偏光ビームスプリッタ）
ＰＢＳ４  偏光ビームスプリッタ（第４偏光ビームスプリッタ）
ＤＭ１  二色性ミラー（重ね合わせ手段）
ＤＭ２  二色性ミラー（分離手段）
Ｄｓｉｇ  信号光（第１信号光）
Ｈｓｉｇ  信号光（第２信号光）
Ｖｓｉｇ  信号光（第３信号光）
Ｖｃｏｎｔ  制御光
ＦＵ１、ＦＵ２  ファラデーユニット
ＦＲ１、ＦＲ２  ファラデー回転子
ＨＷＰ１、ＨＷＰ２  １／２波長板
ＱＷＰ  １／４波長板
ＨＷＰ３  １／２波長板
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。【００３９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光学非線形評価装置１の構成を示すブロック図である。光学非線形評価装置１は、偏光サニャック干渉計２を備えている。偏光サニャック干渉計２には、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１が設けられている。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１は、ポートＰ０・Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３を有している。ポートＰ０・Ｐ１が互いに対向して形成されており、ポートＰ２・Ｐ３が互いに対向して形成されている。【００４０】
偏光サニャック干渉計２は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１のポートＰ２側に配置されたミラーＭ１と、ポートＰ１側に配置されたミラーＭ２とを有している。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１及びミラーＭ１・Ｍ２によって三角形の偏光サニャック干渉光路３が形成されている。【００４１】
ミラーＭ１・Ｍ２間の中央には、光の強度に応じて屈折率が変化する光学非線形効果を引き起こすカー媒質４が配置されている。カー媒質４は、例えばフォトニック結晶ファイバによって構成されており、ミラーＭ２側に形成された側面５とミラーＭ１側に形成された側面６とを有している。【００４２】
光学非線形評価装置１は、光パルス光源７を備えている。光パルス光源７は、＋４５度方向に偏光した信号光Ｄｓｉｇを、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１のポートＰ０に出射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１は、信号光Ｄｓｉｇを０度方向に偏光した信号光Ｈｓｉｇと９０度方向に偏光した信号光Ｖｓｉｇとに分割し、信号光Ｈｓｉｇは１００％透過してポートＰ１からミラーＭ２に向かって出射し、信号光Ｖｓｉｇは１００％反射してポートＰ２からミラーＭ１に向かって出射する。【００４３】
＋４５度方向に偏光した信号光Ｄｓｉｇは、下記の（数１）の偏光ベクトルに示すように、０度方向に偏光した信号光Ｈｓｉｇと９０度方向に偏光した信号光Ｖｓｉｇとを位相差０にて同じ強度で足し合わせた光として見ることができる。【００４４】
【数１】
0004627549.tif 000002
このように、＋４５度方向に偏光した信号光Ｄｓｉｇは、０度方向に偏光した信号光Ｈｓｉｇと９０度方向に偏光した信号光Ｖｓｉｇとに１対１の強度で分割される。【００４５】
ポートＰ２を出射した信号光Ｖｓｉｇは、ミラーＭ１によってカー媒質４の側面６に向かって反射され、ポートＰ１を出射した信号光Ｈｓｉｇは、ミラーＭ２によってカー媒質４の側面５に向かって反射される。【００４６】
光学非線形評価装置１は、光パルス光源８を備えている。光パルス光源８は、９０度方向に偏光したパルス状の制御光Ｖｃｏｎｔを出射する。【００４７】
偏光サニャック干渉計２は、カー媒質４とミラーＭ２との間に挿入されたガラス板１４を有している。ガラス板１４は、光パルス光源８から出射された制御光Ｖｃｏｎｔを反射し、ガラス板１４を透過する信号光Ｈｓｉｇに制御光Ｖｃｏｎｔを時間的、空間的に同軸に重ね合わせて、カー媒質４の側面５に供給する。制御光Ｖｃｏｎｔを同軸に重ね合わせられた信号光Ｈｓｉｇは、カー媒質４を透過して側面６からミラーＭ１に向かって出射し、ミラーＭ１によって反射されて偏光ビームスプリッタＰＢＳ１のポートＰ２に入射する。【００４８】
信号光Ｖｓｉｇは、カー媒質４の側面６に入射し、カー媒質４を透過して側面５から出射し、ガラス板１４を透過してミラーＭ２によって反射されて偏光ビームスプリッタＰＢＳ１のポートＰ１に入射する。【００４９】
ガラス板１４は、信号光Ｈｓｉｇを９０％以上透過し、１０％程度反射する。そのため、ガラス板１４による信号光Ｈｓｉｇのロスは小さい。また、ガラス板１４は、制御光Ｖｃｏｎｔの１０％程度を反射する。そのため、信号光Ｈｓｉｇの９０％以上をカー媒質４に入射させることができる。このように、ガラス板１４による信号光Ｈｓｉｇのロスは小さい。【００５０】
光学非線形評価装置１には、制御回路９が設けられている。制御回路９は、光パルス光源８による制御光Ｖｃｏｎｔの供給のオンオフを制御するとともに、制御光Ｖｃｏｎｔの強度を制御する。偏光サニャック干渉計２内への制御光Ｖｃｏｎｔの入射効率は小さいが、制御回路９により制御光Ｖｃｏｎｔの強度を強めることによって、これを補うことができる。【００５１】
このように、信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇは、反対方向周りに同じ偏光サニャック干渉光路３を通り、それぞれ出射したポートＰ１・Ｐ２とは逆のポートＰ２・Ｐ１から同一の偏光ビームスプリッタＰＢＳ１にそれぞれ入射する。【００５２】
これらの信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって信号光１１に合成されて全ての光がポートＰ３から出射する。即ち、０度方向に偏光した信号光Ｈｓｉｇは偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過してポートＰ３から出射し、９０度方向に偏光した信号光Ｖｓｉｇは偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって１００％反射されてポートＰ３から出射する。信号光Ｈｓｉｇに重ね合わせられた制御光Ｖｃｏｎｔは、９０度方向に偏光した光であるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって１００％反射されてポートＰ０から出射する。従って、制御光Ｖｃｏｎｔは、偏光サニャック干渉計２の外部へポートＰ３から出射する信号光１１には影響を及ぼさない。【００５３】
このように、偏光サニャック干渉計２では、分割された２つの信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇは、同一の光路を通る。そのため、制御回路９により制御光Ｖｃｏｎｔの入射をオフにした状態では、信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇは、同じ外乱による影響を受け、２つの信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇの間の位相差は変化しない。それゆえに、ポートＰ３から出射する信号光１１は、下記の（数２）の偏光ベクトルに示すように、信号光Ｄｓｉｇと同じ４５度方向に偏光した光になる。【００５４】
【数２】
0004627549.tif 000003
これに対して、制御回路９により制御光Ｖｃｏｎｔの入射をオンにすると、カー媒質中では光の強度に応じて屈折率が変化するため、相互位相変調が生じて信号光Ｈｓｉｇ・Ｖｓｉｇの間の位相差が変化し、ポートＰ３から出射する信号光１１は、下記の（数３）の偏光ベクトルに示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に入射した信号光Ｄｓｉｇとは異なる偏光状態となる。【００５５】
【数３】
0004627549.tif 000004
位相差は、カー媒質４中の相互位相変調によって生じる。この相互位相変調の大きさは、時間平均ではなく、瞬間的な光の強度、すなわち、パルス光の尖頭値に応じて変化する。このため、位相差は、制御光Ｖｃｏｎｔの瞬間的な強度を制御回路９によって変化させることにより調整する。また、位相差は、信号光Ｈｓｉｇと制御光Ｖｃｏｎｔとが相互作用する長さによっても変化する。信号光Ｈｓｉｇと制御光Ｖｃｏｎｔとが相互作用する長さとは、例えば、光ファイバーによってカー媒質を構成した場合には、光ファイバーの長さである。【００５６】
偏光ビームスプリッタＰＢＳ１のポートＰ３から出射した信号光１１は、１／４波長板ＱＷＰを通過する。１／４波長板ＱＷＰを通過した信号光１１の偏光状態は、下記の（数４）の偏光ベクトルに示すように、右回り（Ｒ）の円偏光と左回り（Ｌ）の円偏光との重ね合わせによって表現することができる。【００５７】
【数４】
0004627549.tif 000005
右回り（Ｒ）の円偏光と左回り（Ｌ）の円偏光とを同一強度で重ね合わせた光は、その位相差に応じて角度の異なる直線偏光となる。すなわち、偏光サニャック干渉計２の外部から制御光Ｖｃｏｎｔが入射したことによって生じた位相差は、直線偏光の回転角度として現れる。【００５８】
１／４波長板ＱＷＰを通過した信号光１１は、１／２波長板ＨＷＰ３を通過する。１／２波長板ＨＷＰ３は、信号光１１の直線偏光の偏光角を回転させる。【００５９】
１／２波長板ＨＷＰ３の１／４波長板ＱＷＰと反対側には、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２が設けられている。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２は、ポートＰ４・Ｐ５・Ｐ６・Ｐ７を有している。ポートＰ４・Ｐ５が互いに対向して形成されており、ポートＰ６・Ｐ７が互いに対向して形成されている。【００６０】
１／２波長板ＨＷＰ３を通過した信号光１１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２のポートＰ４に入射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２は、ポートＰ５から出射する信号光１２とポートＰ７から出射する信号光１３とに分割する。光強度の分割比は、信号光１１の直線偏光の偏光角に応じて変化する。【００６１】
このように、実施の形態１では、相互位相変調によって生じた位相差に応じて、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１から出力された信号光１１の偏光角が回転する。そのため、同一角度の１／２波長板ＨＷＰ３に対して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２による光強度の分割比が、相互位相変調によって生じた位相差に応じて変化する。このよる光強度の分割比の変化を検出することにより、相互位相変調によって生じた位相差に基づく直線偏光の偏光角を求めることができる。そして、求めた直線偏光の偏光角に基づいて、相互位相変調によって生じた位相差を算出することができる。【００６２】
偏光ビームスプリッタＰＢＳ２のポートＰ７から出射した信号光１３は、フォトダイオードＰＤ１によって電圧信号に変換され、ポートＰ５から出射した信号光１１は、フォトダイオードＰＤ２によって電圧信号に変換される。フォトダイオードＰＤ１からの電圧信号とフォトダイオードＰＤ２からの電圧信号との差分信号を差動増幅回路１４により増幅する。【００６３】
制御光Ｖｃｏｎｔが入射されない場合に、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２によって分割される信号光１２・１３の強度が等分割されるように１／２波長板ＨＷＰ３の角度を調整する。このように１／２波長板ＨＷＰ３の角度を調整すると、フォトダイオードＰＤ１によって変換された電圧信号とフォトダイオードＰＤ２によって変換された電圧信号との差分をとると、その差はゼロになる。【００６４】
これに対して、制御光Ｖｃｏｎｔを入射すると、信号光１１の直線偏光の偏光角が回転し、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２による光の分割比が変化するため、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２によってそれぞれ変換された電圧信号の差分も変化する。この電圧信号の差分の変化を検出することによって、信号光１１の直線偏光の偏光角の回転を高精度に検出することができる。すなわち、カー媒質における相互位相変調により生じた微小な位相差を高精度に検出することができる。【００６５】
１／４波長板ＱＷＰと１／２波長板ＨＷＰ３と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２とフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２と差動増幅回路１４とにより、検出部１０が構成される。【００６６】
このように、１／２波長板ＨＷＰ３と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２とによる構成により、２個のポートＰ０・Ｐ３からの出力を差動増幅により検出することができ、測定精度を向上させることができる。【００６７】
光パルス光源８から供給される制御光Ｖｃｏｎｔの瞬間的な強度を調整して位相差が１８０度になれば、出射する信号光１１は、下記の（数５）の偏光ベクトルで表される−４５度方向に偏光した光になり、【００６８】
【数５】
0004627549.tif 000006
制御光が無い場合の＋４５度方向に偏光した信号光Ｄｓｉｇとは９０度偏光角の異なった光となる。【００６９】
１／２波長板ＨＷＰ３の角度を、信号光１１の偏光が、下記の（数６）の偏光ベクトルで示されるように、【００７０】
【数６】
0004627549.tif 000007
となるように決めれば、制御光Ｖｃｏｎｔをオンしたときは、信号光１１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２によって１００％反射されてポートＰ５からポートＰ７から出射し、制御光Ｖｃｏｎｔをオフしたときは、信号光１１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を１００％透過して出射する。このように、制御光Ｖｃｏｎｔのオンオフによって、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２における信号光１１の出力ポートをポートＰ５とポートＰ７とのいずれかに制御することができる。このため、この光学非線形評価装置１を光スイッチング素子に応用することができる。【００７１】
前述した特許文献１の構成は、偏光の回転角を偏光子によって検出しているのに対し、実施の形態１の構成は、１／２波長板ＨＷＰ３と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２とを設け、１／２波長板ＨＷＰ３の角度を掃引することによって偏光回転角を検出する点で特許文献１の構成と異なっている。この構成により、信号光１１は、その偏光回転角に応じて、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２のポートＰ５・Ｐ７のいずれか一方に損失なく振り分けられる。このため、光学非線形評価装置１を量子情報処理のための高速スイッチングに利用することができる。【００７２】
また、実施の形態１によれば、位相差が１８０度でなく、光スイッチング素子として機能しなくても、相互位相変調により生じた光学非線形性を正確に評価することができる光学非線形評価装置１を得ることができる。【００７３】
この光学非線形評価装置１の系では、制御光Ｖｃｏｎｔと、この制御光Ｖｃｏｎｔに同軸に重ね合わせる信号光Ｈｓｉｇとの光学特性（モード）が互いに異なっていることがポイントとなる。実施の形態１では、制御光Ｖｃｏｎｔと信号光Ｈｓｉｇとの偏光方向が互いに異なっており、制御光Ｖｃｏｎｔと信号光Ｈｓｉｇとの波長は互いに同一であってもよい。この場合は、２台の光パルス光源７・８を１台の光パルス光源によって構成してもよい。後述する実施の形態２のように、制御光Ｖｃｏｎｔと信号光Ｈｓｉｇとの波長が互いに異なっている場合は、制御光Ｖｃｏｎｔと信号光Ｈｓｉｇとの偏光方向は同一であってもよい。【００７４】
図２は、光学非線形評価装置１における１／２波長板ＨＷＰ３の角度と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２からの出力信号の光強度との関係を示すグラフである。横軸は１／２波長板ＨＷＰ３の角度を示しており、縦軸は偏光ビームスプリッタＰＢＳ２の一方のポートからの出力信号の光強度を示している。１／２波長板ＨＷＰ３の角度を回転させながら偏光ビームスプリッタＰＢＳ２の一方のポートからの出力信号の光強度を測定した。実際には、入射させる制御光Ｖｃｏｎｔの強度を変化させながら出力信号の光強度を測定した。【００７５】
曲線Ｗ１は、制御光Ｖｃｏｎｔをオフして入射させなかったときの１／２波長板ＨＷＰ３の角度と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２からの出力信号の光強度との関係を示している。曲線Ｗ２は、制御光Ｖｃｏｎｔを入射させて、その強度を０．５ｍＷにしたときの１／２波長板ＨＷＰ３の角度と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２からの出力信号の光強度との関係を示している。曲線Ｗ３は、制御光Ｖｃｏｎｔの強度を１．０ｍＷにしたときの１／２波長板ＨＷＰ３の角度と出力信号の光強度との関係を示している。曲線Ｗ４は、制御光Ｖｃｏｎｔの強度を２．０ｍＷにしたときの関係を示しており、曲線Ｗ５は、強度を３．０ｍＷにしたときの関係を示している。【００７６】
これらの曲線Ｗ１・Ｗ２・Ｗ３・Ｗ４・Ｗ５を比較すると、制御光Ｖｃｏｎｔの強度を増大させるに従って、紙面上において左方向に曲線がシフトしている様子が分かる。これは、制御光Ｖｃｏｎｔの強度の変化によって信号光の偏光が回転していることを示している。【００７７】
図３は、光学非線形評価装置１における制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度と位相シフト量との関係を示すグラフである。横軸は制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度を示しており、縦軸は位相シフト量を示している。偏光の回転角に基づいて求めた位相シフト量を制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度の関数としてプロットした。曲線Ｗ６は、レーザの波長が７６０ｎｍのときの制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度と位相シフト量との関係を示す。曲線Ｗ７は、レーザの波長が７８０ｎｍのときの制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度と位相シフト量との関係を示し、曲線Ｗ８は、レーザの波長が８００ｎｍのときの、曲線Ｗ９は、レーザの波長が８２０ｎｍのときの制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度と位相シフト量との関係を示す。【００７８】
図３に示すように、用いたレーザの波長が７８０ｎｍのときに、制御光Ｖｃｏｎｔの平均強度が２ｍＷ近傍において、スイッチングに必要な１８０度の位相シフトが実際に得られている。【００７９】
前述した実施の形態１では、信号光Ｈｓｉｇに制御光Ｖｃｏｎｔを重ね合わせる例を示したが、本発明はこれに限定されない。信号光Ｖｓｉｇに制御光Ｖｃｏｎｔを重ね合わせてもよいことは言うまでも無い。後述する実施の形態２・３・４においても同様である。【００８０】
また、実施の形態１では、信号光Ｄｓｉｇが＋４５度方向に偏光している例を示したが、本発明はこれに限定されない。信号光Ｄｓｉｇは、＋４５度方向以外の方向に偏光していてもよい。但し、信号光Ｄｓｉｇが＋４５度方向に偏光していると、以下の点で好ましい。すなわち、信号光Ｄｓｉｇが＋４５度方向に偏光していると、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇとの強度比が１：１となり、偏光サニャック干渉計２を出射して１／４波長板ＱＷＰを通過した信号光１１が直線偏光になり、位相シフト量を容易に解析することができる。また、信号光Ｄｓｉｇが＋４５度方向に偏光していると、相互位相変調によって生じた位相差Φと偏光回転角θとは、
Φ＝２θ、
という簡単な関係式により表すことができる。後述する実施の形態２・３・４においても同様である。【００８１】
また、ミラーＭ１・Ｍ２間の中央にカー媒質４を配置した例を示したが、本発明はこれに限定されない。制御光Ｖｃｏｎｔを信号光Ｈｓｉｇに同軸に重ねあわせ、カー媒質４を光ファイバのように相互作用長が長い部材によって構成した場合には、時計回りの信号光Ｖｓｉｇと反時計回りの信号光Ｈｓｉｇとが重なり合う時間よりも、制御光Ｖｃｏｎｔとそれに同軸に重ね合わせた信号光Ｈｓｉｇとが相互位相変調を引き起こしながら伝播する時間の方が十分長くなる。このため、信号光Ｖｓｉｇと信号光Ｈｓｉｇとが重なり合う地点での制御光Ｖｃｏｎｔによる相互位相変調は、両回りの信号光Ｖｓｉｇ・Ｈｓｉｇに影響を及ぼしてしまうので位相差がつかなくなるという効果は、相対的に小さくなるため無視することができる。従って、カー媒質４の配置位置に制限はない。【００８２】
また、ミラーＭ１・Ｍ２を配置した例を示したが、本発明はこれに限定されない。ミラーＭ１・Ｍ２を使用しなくても、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１からカー媒質４へ、またはカー媒質４から偏光ビームスプリッタＰＢＳ１へ導く光ファイバーのような手段を設ければ、ミラーを配置する必要はない。【００８３】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る光学非線形評価装置１ａの構成を示すブロック図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【００８４】
実施の形態２では、制御光Ｖｃｏｎｔの波長と信号光Ｈｓｉｇの波長とは、互いに異なっている。実施の形態２に係る光学非線形評価装置１ａでは、波長によって制御光Ｖｃｏｎｔと信号光Ｈｓｉｇとを区別するため、制御光Ｖｃｏｎｔの偏光方向は任意である。【００８５】
光学非線形評価装置１ａは、偏光サニャック干渉計２ａを備えている。偏光サニャック干渉計２ａは、カー媒質４とミラーＭ２との間に設けられた二色ミラーＤＭ１を有している。二色ミラーＤＭ１は、信号光Ｈｓｉｇを１００％透過して、光パルス光源８から供給された制御光Ｖｃｏｎｔを１００％反射し、信号光Ｈｓｉｇに制御光Ｖｃｏｎｔを同軸に重ね合わせる。【００８６】
偏光サニャック干渉計２ａには、カー媒質４とミラーＭ１との間に設けられた二色ミラーＤＭ２を有している。二色ミラーＤＭ２は、制御光Ｖｃｏｎｔを１００％反射し、信号光Ｈｓｉｇを１００％透過して、信号光Ｈｓｉｇから制御光Ｖｃｏｎｔを分離する。【００８７】
このように、実施の形態２の光学非線形評価装置１ａでは、二色ミラーＤＭ１は、信号光Ｈｓｉｇを１００％透過して、光パルス光源８から供給された制御光Ｖｃｏｎｔを１００％反射し、信号光Ｈｓｉｇに制御光Ｖｃｏｎｔを同軸に重ね合わせて、カー媒質４に供給するので、カー媒質４において損失が無ければ、系自体の原理的な損失がない。【００８８】
また、二色ミラーＤＭ２は、制御光Ｖｃｏｎｔを１００％反射し、信号光Ｈｓｉｇを１００％透過して、信号光Ｈｓｉｇから制御光Ｖｃｏｎｔを分離するので、カー媒質４を透過後に、制御光Ｖｃｏｎｔを信号光Ｈｓｉｇから分離して取り出すことができる。従って、２入力２出力型のスイッチング素子として機能させることができる。【００８９】
近年注目を集めている量子コンピュータに代表される量子情報処理技術に適用される光スイッチング素子には、信号光も制御光も単一光子で機能することが要求される。さらに、カー媒質を通過した後に、制御光子、信号光子を取り出す必要がある。つまり、素子自体に原理的な損失が無いことが必要であり、損失の無い２入力２出力型のスイッチング素子が要求される。【００９０】
実施の形態２の光学非線形評価装置１ａは、系自体の原理的な損失がなく、２入力２出力型のスイッチング素子として機能させることができるので、量子情報処理のために高速にスイッチングする光スイッチング素子を構成することができる。【００９１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係る光学非線形評価装置１ｂの構成を示すブロック図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【００９２】
実施の形態３では、制御光Ｖｃｏｎｔの偏光方向は信号光Ｈｓｉｇの偏光方向と９０度異なっている。制御光Ｖｃｏｎｔの波長と信号光Ｈｓｉｇの波長とは、互いに同一であってもよい。【００９３】
光学非線形評価装置１ｂは、偏光サニャック干渉計２ｂを備えている。偏光サニャック干渉計２ｂは、カー媒質４とミラーＭ２との間に配置されて、ファラデー回転子ＦＲ１と１／２波長板ＨＷＰ１とを有するファラデーユニットＦＵ１と、カー媒質４とミラーＭ１との間に配置されて、ファラデー回転子ＦＲ２と１／２波長板ＨＷＰ２とを有するファラデーユニットＦＵ２とを有している。【００９４】
偏光サニャック干渉計２ｂは、ファラデーユニットＦＵ１とカー媒質４との間に設けられた偏光ビームスプリッタＰＢＳ３と、ファラデーユニットＦＵ２とカー媒質４との間に設けられた偏光ビームスプリッタＰＢＳ４とを有している。【００９５】
右回りの円偏光の光と左周りの円偏光の光とに対して屈折率が異なる光学素子（ファラデー回転子ＦＲ１・ＦＲ２）と、直線偏光を回転させる光学素子である１／２波長板ＨＷＰ１・ＨＷＰ２を組み合わせると、偏光に関して不可逆な素子を構成することができる。すなわち、ある直線偏光を一方から入射したときには偏光が９０度回転するが、逆方向から入射したときには偏光が変化しない素子を構成することができる。【００９６】
図５に示すように、ファラデーユニットＦＵ１・ＦＵ２の間にカー媒質４を配置することによって、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇとが同一の偏光状態によりカー媒質４を通過する。【００９７】
信号光Ｖｓｉｇが、ファラデー回転子ＦＲ２と１／２波長板ＨＷＰ２とによって構成されたファラデーユニットＦＵ２を通過すると、その偏光が９０度回転し（Ｖ→Ｈ）、信号光Ｈｓｉｇと同じ０度方向に偏光した信号光としてカー媒質４を通過する。その後、ファラデー回転子ＦＲ１と１／２波長板ＨＷＰ１とによって構成されたファラデーユニットＦＵ１を通過すると、その偏光が−９０度回転し（Ｈ→Ｖ）、９０度方向に偏光した信号光Ｖｓｉｇに戻る。【００９８】
これに対して、逆回りの信号光Ｈｓｉｇは、ファラデーユニットＦＵ１・ＦＵ２のどちらの素子を通過しても偏光は回転せず変化しない。【００９９】
このため、偏光が信号光Ｈｓｉｇとは９０度異なる制御光Ｖｃｏｎｔを光パルス光源８から偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に供給すると、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射した制御光Ｖｃｏｎｔを１００％カー媒質４に供給することができる。また、カー媒質４を通過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４により制御光Ｖｃｏｎｔを１００％外部に分離することができる。【０１００】
制御光Ｖｃｏｎｔの波長と信号光Ｈｓｉｇの波長とは、互いに同一である場合は、２台の光パルス光源７・８を１台の光パルス光源によって構成することができる。【０１０１】
このように実施の形態３では、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇとが同一の偏光状態でカー媒質４を通過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射した制御光Ｖｃｏｎｔが１００％カー媒質４に供給されるので、系自体の原理的な損失がない。【０１０２】
また、カー媒質４を通過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４により制御光Ｖｃｏｎｔを１００％外部に分離して取り出すことができる。従って、２入力２出力型のスイッチング素子として機能させることができる。【０１０３】
このように、実施の形態３の光学非線形評価装置１ｂは、実施の形態２の光学非線形評価装置１ａと同様に、系自体の原理的な損失がなく、２入力２出力型のスイッチング素子として機能させることができるので、量子情報処理のために高速にスイッチングする光スイッチング素子を構成することができる。【０１０４】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４に係る光学非線形評価装置の要部構成を示すブロック図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【０１０５】
カー媒質４が、例えば半導体のように薄い形状を有している場合には、図６に示すように、カー媒質４内において信号光Ｈｓｉｇと制御光Ｖｃｏｎｔとが交差するように、制御光Ｖｃｏｎｔをカー媒質４に入射させてもよい。この場合、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇと制御光Ｖｃｏｎｔとが同時にカー媒質４に入射すると、制御光Ｖｃｏｎｔによる相互位相変調が、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇと双方に生じるので、信号光Ｈｓｉｇと信号光Ｖｓｉｇとが重ならない位置にカー媒質４を配置する。【０１０６】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用の可能性】
【０１０７】
本発明は、偏光サニャック干渉計により、カー媒質における相互位相変調により生じた位相シフトを、偏光の情報として検出する光学非線形評価装置及び光スイッチング素子に適用できる。
【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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