(57)【要約】【課題】  相互励起型位相共役鏡を用い、任意のチャネル同士の双方向な効率の高い光接続を行う。【解決手段】  第１の信号光入力部５のそれぞれの個別のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２から第１の信号光１，２をフォトリフラクティブ結晶７に入力し、該結晶７に、第２の信号光入力部６のそれぞれの個別のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２から、第１の信号光１，２と偏光成分が異なる第２の信号光１’，２’を入力して両信号光を交差させる。第１と第２の信号光１，２，１’，２’の強度比を、接続対象のチャンネル同士においては信号光交差領域に相互励起型位相共役鏡８を形成可能な共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては相互励起型位相共役鏡８を形成不可能な共役鏡形成可能範囲外の値とする。相互励起型位相共役鏡８を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とを接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリフラクティブ媒質と、該フォトリフラクティブ媒質に複数の個別のチャンネルから第１の信号光を入力する第１の信号光入力部と、該第１の信号光入力部と別の位置から前記フォトリフラクティブ媒質に複数の個別のチャンネルから第２の信号光を入力する第２の信号光入力部を有し、前記第１の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力する第１の信号光と前記第２の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力する第２の信号光とが前記フォトリフラクティブ媒質中で交差するように前記第１と第２の信号光入力部が配置され、前記第１の信号光と前記第２の信号光とは互いに偏光成分が異なる光波により形成されて、前記第１の信号光と第２の信号光の強度比が共役鏡形成可能範囲内の値の時には前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互位相共役鏡が形成され、前記強度比が共役鏡形成可能範囲外の値の時には前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互位相共役鏡が形成されない構成と成しており、前記第１の信号光と第２の信号光との強度比を接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲外の値とする信号光強度比制御部を有し、該信号光強度比制御部の制御に基づき前記接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との前記フォトリフラクティブ媒質中での交差領域に相互励起型位相共役鏡が形成され、該相互励起型位相共役鏡を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とが接続されることを特徴とする光インターコネクション装置。
【請求項２】
信号光強度比制御部により第１の信号光と第２の信号光との強度比を可変切り替え制御することによって、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との接続が切り替えられることを特徴とする請求項１記載の光インターコネクション装置。
【請求項３】
フォトリフラクティブ媒質中に、相互励起型位相共役鏡をマトリックス状に形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光インターコネクション装置。
【請求項４】
第１の信号光と第２の信号光との交差位置にそれぞれ個別にフォトリフラクティブ媒質を配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光インターコネクション装置。
【請求項５】
第１と第２の信号光のうち一方を常光線とし、他方を異常光線としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の光インターコネクション装置。
【請求項６】
第１の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから第１の信号光をフォトリフラクティブ媒質に入力し、前記第１の信号光入力部と異なる位置に配置した第２の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから前記第１の信号光と偏光成分が異なる第２の信号光を前記フォトリフラクティブ媒質に入力して、前記第１の信号光と前記第２の信号光とを前記フォトリフラクティブ媒質中で交差させ、前記第１と第２の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力される第１と第２の信号光の強度比を、接続対象のチャンネル同士においては前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成可能な共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成不可能な共役鏡形成可能範囲外の値とすることにより、前記接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との前記フォトリフラクティブ媒質中での交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成し、該相互励起型位相共役鏡を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とを接続することを特徴とする光インターコネクション方法。
【請求項７】
第１の信号光と第２の信号光との強度比を可変切り替え制御することにより、接続対象の第１の信号光と第２の信号光の組み合わせを切り替えることを特徴とする請求項６記載の光インターコネクション方法。
【請求項８】
接続対象のチャンネル同士の第１の信号光と第２の信号光とによって、フォトリフラクティブ媒質中にマトリックス状に相互励起型位相共役鏡を形成することを特徴とする請求項６または請求項７記載の光インターコネクション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の空間光チャネル中の任意のチャネル同士を接続制御可能な、装置間、ボート間、モジュール間、およびチップ間の光通信におけるチャネル接続を行うために用いられる光インターコネクション装置および光インターコネクション方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において、フォトリフラクティブ効果を用いた光インターコネクションが注目されている。フォトリフラクティブ効果とは、光の照射により発生する媒質の空間電界が、ポッケルス効果を介し、媒質の屈折率を変化させる現象である。フォトリフラクティブ効果を用いた光インターコネクションは、比較的低出力のレーザ光によっても屈折率格子(回折格子)を形成できるという特徴を有しており、光により制御可能な光スイッチなど、光能動素子としての応用が期待されている。
【０００３】
フォトリフラクティブ効果を用いた光インターコネクションの１つに相互励起型位相共役鏡を用いたものがある。相互励起型位相共役鏡とは、フォトリフラクティブ効果を発揮できる媒質（フォトリフラクティブ媒質）に２つのインコヒーレントな光波を入力し、かつ、これらの光波を互いの位相共役光として出力するものをいう。
【０００４】
相互励起型位相共役鏡の形成過程を図６に示す。図６（ａ）に示すように、フォトリフラクティブ媒質であるフォトリフラクティブ結晶７に、異なる結晶端面から２つの光波Ａ１、Ａ２を入射した場合、端面の粗さやフォトリフラクティブ結晶７の欠損により光の散乱現象が生じる。この散乱光は、入射光との２波混合により増幅され、ｃ軸方向に大きく広がる。これは、ビームファニング現象と呼ばれる。フォトリフラクティブ媒質中では、入射光とそれ自身の無数のファニング光が干渉し、無数の回折格子を形成する。これらの回折格子の波数ベクトルは大きさも方向も千差万別である。
【０００５】
ここで、入射光とファニング光とが位相整合条件を満たす場合、図６（ｂ）に示すように、一方の入射光Ａ１が他方の入射光の位相共役光Ａ２＊として回折されると同時に、他方の入射光Ａ２も対向する入射光の位相共役光Ａ１＊として回折される。このような回折格子は、双方の入射光とそれ自身のファニング光により共有及び増幅され、他の共有されていない回折格子に対して支配的となる。この結果、一定時間が経過すると、互いの位相共役光を効率良く発生するような回折格子のみが残る。このような過程により、相互励起型位相共役鏡が形成される。
【０００６】
相互励起型位相共役鏡を用いた光インターコネクションでは、信号光、または、制御光によって、フォトリフラクティブ媒質中の相互励起型位相共役鏡の分布を制御することが行われる。この制御によって、例えば、複数のチャネルを持つ信号光が、相互励起型位相共役鏡によりチャンネル毎にそれぞれ回折され、望みのチャンネル同士が接続される。
【０００７】
相互励起型位相共役鏡を用いた代表的な光インターコネクションとして、例えば図７に示すような、時分割多重光信号を用いたものがある（例えば非特許文献１、参照）。
【０００８】
同図において、フォトリフラクティブ結晶７の一端側と他端側とにはそれぞれ、シリンドリカルレンズ１１，１２を介して、第１の信号光入力部（I/O  port）５と第２の信号光入力部（I/O  port）６が設けられている。第１の信号光入力部５は、複数のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４を持ち、それぞれのチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４から第１の信号光を入力するものである。また、第２の信号光入力部（I/O  port）６は、複数のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４を持ち、それぞれのチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４から第２の信号光を入力するものである。
【０００９】
第１の信号光入力部５の各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４から発信される第１の信号光は、シリンドリカルレンズ１１によって垂直方向に広げられて、フォトリフラクティブ結晶７に入射される。また、第２の信号光入力部６の各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４から発信される第２の信号光は、シリンドリカルレンズ１２によって水平方向に広げられ、それぞれ異なる面から結晶フォトリフラクティブ結晶７に入射される。
【００１０】
そして、フォトリフラクティブ結晶７中において、入射された第１の信号光と第２の信号光との交差領域に、両信号光の相互作用により、相互励起型位相共役鏡が誘起され、それぞれ、第１の信号光のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４と、第２の信号光の対応するチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４とが相互に接続される。
【００１１】
図７（ａ）に示す接続例では、第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ１の信号光１と第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ４の信号光４’とが交差し、この交差領域に相互励起型位相共役鏡が誘起され、これらのチャネルが相互接続されている。そして、第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ１から入力された第１の信号光１が第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ４から出力され、第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ４から入力された第２の信号光４’が第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ１から出力される。
【００１２】
また、図７（ｂ）に示す接続例では、第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ２の信号光２と第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ３の信号光３’とが交差し、この交差領域に相互励起型位相共役鏡が誘起され、これらのチャネルが相互接続されている。つまり、この接続により、第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ２から入力された第１の信号光２が第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ３から出力され、第２の信号光入力部６のチャネルｃｈ３から入力された第２の信号光３’が第１の信号光入力部５のチャネルｃｈ２から出力される。
【００１３】
なお、図７（ａ）に示す接続例と図７（ｂ）に示す接続例とを同時に行うと、第１の信号光と第２の信号光との交差領域の重なりが生じ、チャネル間で混信・漏話が生じてしまう。そこで、第１の信号光入力部５と第２の信号光入力部６のすべてのチャネルｃｈ１〜ｃｈ４に時分割信号を加え、図７（ａ）に示す接続例と図７（ｂ）に示す接続例とを時間的に切り替える等、接続状態を切り替えて用いることにより、見かけ上、複数の任意のチャネルｃｈ１〜ｃｈ４間での相互接続を可能にしている。
【００１４】
また、相互励起型位相共役鏡を用いた代表的な光インターコネクションの別の例として、例えば図８に示すような、相互励起型位相共役鏡の形成を阻害する消去光３０を用いたものがある。
【００１５】
この例は、フォトリフラクティブ結晶７の上部から消去光（制御光）３０を照射することにより、相互励起型位相共役鏡８の形成を制御している。消去光３０が照射されている部分には相互励起型位相共役鏡８が形成されず、消去光３０の照射されていない部分には相互励起型位相共役鏡８が形成される。
【００１６】
図８に示す状態では、第１の信号光入力部５（I/O  port１）のｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４が、それぞれ、第２の信号光入力部６（I/O  port２）のｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４、ｃｈ１に接続されている。ここで、マトリクス状の制御光３０の照射パターンを変化させることにより、第１の信号光入力部５と第２の信号光入力部６の接続パターンを任意に変更することが可能である。
【００１７】
【非特許文献１】Shimon Weiss、Mordechai Segev、 Shmuel Sternklar、 and Baruch Fischer、  “Photorefractive dynamicoptical interconnects”、 APPLIED OPTICS、  Vol．２７、Ｎｏ．１６、１９８８．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の相互励起型位相共役鏡８を用いたインターコネクションでは、相互励起型位相共役鏡８を形成する２光波が全て同一の偏光であるため、双方向接続を行う場合、入力光と出力光の分離にビームスプリッタを用いる必要があった。そして、光波は、ビームスプリッタにより入射時と出射時の２度にわたり分割されるため、信号のエネルギー効率が低下するという問題があった。
【００１９】
また、図７に示したような、相互励起型位相共役鏡と時分割多重光信号を用いる手法においては、例えば、図７（ａ）と図７（ｂ）の接続を同時に行うなど、第１の信号光入力部５のチャネル毎に第２の信号光入力部６の対応するチャネルに相互接続し、複数の接続を同時に行うためには、信号光を時分割で伝送する必要がある。そのため、１チャネル当りの実効的な伝送速度が低下してしまうといった問題があった。
【００２０】
また、この例では、シリンドリカルレンズ１１によって垂直方向に広げられた第１の信号光と、シリンドリカルレンズ１２によって水平方向に広げられた第２の信号光とが重なり合う領域で接続が行われるため、入力信号の一部のみが出力信号として伝送されるため、信号のエネルギー効率が低下するという問題があった。
【００２１】
一方、図８に示したような、相互励起型位相共役鏡８と消去光３０を用いたインターコネクションでは、時分割多重信号光を用いなくても双方的に信号を通信することができるが、チャネル同士の接続を維持するには、接続が確立された後も消去機能を伴った制御用の消去光３０を照射し続けなくてはならないため、そのためのエネルギーロスが大きくなる問題があった。
【００２２】
また、消去光３０を用いる場合、上部から照射した消去光３０は結晶７を透過するため、例えば図８において、１層の４×４インターコネクションとなっているように、異なる接続パターンを同一のフォトリフラクティブ結晶７で層状に形成することは不可能であった。
【００２３】
ここで、同一のフォトリフラクティブ結晶７で層状に異なる接続パターンを形成すること、つまり、多層化とは、異なる接続パターンを図８におけるフォトリフラクティブ結晶７の上下方向に積み重ねることであるが、その場合、ある層に対する消去光３０がすべての層に入射してしまうため、層毎に独立した接続パターンを制御することは不可能になってしまう。
【００２４】
すなわち、消去光３０を用いる手法においては、一つのフォトリフラクティブ媒質で同時に制御できるのは、一層の接続だけであり、フォトリフラクティブ結晶７の厚みは、例えば数ミリ程度あるにもかかわらず、その利用効率に限界を生じるという問題があった。
【００２５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、相互励起型位相共役鏡を用いることにより、任意のチャネル同士の双方向な接続を可能とし、かつ、実効的な接続効率を改善できる光インターコネクション装置および光インターコネクション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
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、フォトリフラクティブ媒質と、該フォトリフラクティブ媒質に複数の個別のチャンネルから第１の信号光を入力する第１の信号光入力部と、該第１の信号光入力部と別の位置から前記フォトリフラクティブ媒質に複数の個別のチャンネルから第２の信号光を入力する第２の信号光入力部を有し、前記第１の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力する第１の信号光と前記第２の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力する第２の信号光とが前記フォトリフラクティブ媒質中で交差するように前記第１と第２の信号光入力部が配置され、前記第１の信号光と前記第２の信号光とは互いに偏光成分が異なる光波により形成されて、前記第１の信号光と第２の信号光の強度比が共役鏡形成可能範囲内の値の時には前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互位相共役鏡が形成され、前記強度比が共役鏡形成可能範囲外の値の時には前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互位相共役鏡が形成されない構成と成しており、前記第１の信号光と第２の信号光との強度比を接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲外の値とする信号光強度比制御部を有し、該信号光強度比制御部の制御に基づき前記接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との前記フォトリフラクティブ媒質中での交差領域に相互励起型位相共役鏡が形成され、該相互励起型位相共役鏡を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とが接続される構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２７】
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、前記信号光強度比制御部により第１の信号光と第２の信号光との強度比を可変切り替え制御することによって、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との接続が切り替えられる構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２８】
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、前記フォトリフラクティブ媒質中に、相互励起型位相共役鏡をマトリックス状に形成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２９】
さらに、第４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、前記第１の信号光と第２の信号光との交差位置にそれぞれ個別にフォトリフラクティブ媒質を配置する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３０】
さらに、第５の発明の光インターコネクション装置は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１と第２の信号光のうち一方を常光線とし、他方を異常光線とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３１】
さらに、第６の発明の光インターコネクション方法は、第１の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから第１の信号光をフォトリフラクティブ媒質に入力し、前記第１の信号光入力部と異なる位置に配置した第２の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから前記第１の信号光と偏光成分が異なる第２の信号光を前記フォトリフラクティブ媒質に入力して、前記第１の信号光と前記第２の信号光とを前記フォトリフラクティブ媒質中で交差させ、前記第１と第２の信号光入力部のそれぞれのチャンネルから前記フォトリフラクティブ媒質に入力される第１と第２の信号光の強度比を、接続対象のチャンネル同士においては前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成可能な共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては前記フォトリフラクティブ媒質内の前記第１の信号光と第２の信号光との交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成不可能な共役鏡形成可能範囲外の値とすることにより、前記接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との前記フォトリフラクティブ媒質中での交差領域に相互励起型位相共役鏡を形成し、該相互励起型位相共役鏡を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とを接続する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３２】
さらに、第７の発明の光インターコネクション方法は、上記第６の発明の構成に加え、前記第１の信号光と第２の信号光との強度比を可変切り替え制御することにより、接続対象の第１の信号光と第２の信号光の組み合わせを切り替える構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３３】
さらに、第８の発明の光インターコネクション方法は、上記第６または第７の発明の構成に加え、前記接続対象のチャンネル同士の第１の信号光と第２の信号光とによって、フォトリフラクティブ媒質中にマトリックス状に相互励起型位相共役鏡を形成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、第１の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから第１の信号光をフォトリフラクティブ媒質に入力し、第２の信号光入力部のそれぞれの個別のチャンネルから第２の信号光をフォトリフラクティブ媒質に入力して、第１と第２の信号光をフォトリフラクティブ媒質中で交差させるが、第１の信号光と第２の信号光との強度比を制御することにより、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との前記フォトリフラクティブ媒質中での交差領域にのみ相互励起型位相共役鏡を形成し、該相互励起型位相共役鏡を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とを接続できる。
【００３５】
つまり、本発明においては、チャネル同士の接続はそれぞれ１対１の空間接続で行われるので、従来例の時分割多重を用いる手法と異なり、１チャネル当りの伝送効率を大幅に向上させることができる。
【００３６】
また、本発明によれば、第１の信号光と第２の信号光とは互いに偏光成分が異なる光波により形成されているので、従来のような同一偏光の信号光を用いる場合と異なり、信号光の入出力を偏光ビームスプリッタで分離することができるため、接続効率を改善することができる。つまり、本発明においては、偏光ビームスプリッタを用いることにより、相互励起型位相共役鏡に入射する光波とこれにより回折された後の光波とを、それぞれの光波の光強度を損失無く分離することで、実効的な接続効率を改善することができる。
【００３７】
さらに、本発明によれば、第１と第２の信号光は、情報伝達手段であると同時に接続を制御するための制御光でもあるので、例えば制御光としての消去光を用いた従来例のように新たに制御光を入射する必要が無く、接続が確立された後も消去機能を伴った制御用の消去光を照射し続けなくてはならないといったエネルギーロスの問題を回避できる。
【００３８】
そして、本発明において、第１の信号光と第２の信号光との強度比を可変切り替え制御することによって、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との接続を切り替える構成によれば、純光学的に、第１の信号光と第２の信号光との接続パターンを切り替えることができ、光スイッチや光能動素子等への応用を可能にできる。
【００３９】
さらに、本発明は、フォトリフラクティブ媒質の垂直方向からの光の照射を必要とせず、単一面内でマトリクス接続とその制御を行えるので、フォトリフラクティブ媒質中に、相互励起型位相共役鏡をマトリックス状に形成する構成や、第１の信号光と第２の信号光との交差位置にそれぞれ個別にフォトリフラクティブ媒質を配置する構成とすることにより、装置構成の自由度を高めることができる。
【００４０】
そして、本発明において、フォトリフラクティブ媒質内に形成される相互励起型位相共役鏡は、第１と第２の信号光の強度比によってのみ、その形成が制御されるため、単一平面内に自在に相互励起型位相共役鏡を形成でき、例えば、互いに独立に動作する複数のインターコネクションを一つのフォトリフラクティブ媒質中で層状に重ねれば、媒質の利用効率の向上に寄与するし、単位面積あたりに集積可能なチャネル数を大幅に増加させることが可能となり装置の小型化に寄与することができる。
【００４１】
つまり、本発明によれば、フォトリフラクティブ媒質中に、相互励起型位相共役鏡をマトリックス状に形成する構成によって、例えば１つのフォトリフラクティブ媒質中に複数の独立したインターコネクションを同時に形成することが可能になるので、例えば、独立したｎ×ｍ（ｎ、ｍは、それぞれ正の整数）のインターコネクションを、複数層(個)、単一素子でまかなえることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
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または簡略化する。
【００４３】
図１には、本発明に係る光インターコネクション装置の一実施形態例が、その動作状態例と共に模式的に示されている。この光インターコネクション装置は、本発明に係る光インターコネクション方法を適用して、フォトリフラクティブ結晶７内に、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光による交差偏光相互励起型位相共役鏡を形成し、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光とを接続するものである。
【００４４】
図１に示すように、本実施形態例は、フォトリフラクティブ媒質としての複数（ここでは４個）のフォトリフラクティブ結晶７（７ａ〜７ｄ）と、第１の信号光入力部５と第２の信号光入力部６とを有している。
【００４５】
第１の信号光入力部５は、前記フォトリフラクティブ結晶７に、複数の個別のチャンネル（ここでは、ｃｈ１、ｃｈ２）から、それぞれ、第１の信号光１，２を入力するものである。第２の信号光入力部６は、第１の信号光入力部５と別の位置から、前記フォトリフラクティブ結晶７に、複数の個別のチャンネル（ここでは、ｃｈ１、ｃｈ２）から第２の信号光１’，２’を入力するものである。
【００４６】
第１の信号光入力部５のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２と、第２の信号光入力部６のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２には、それぞれ、図２に示すように、光入出力装置１６が設けられており、これらの光入出力装置１６は、それぞれ、光強度制御装置１５と、偏光ビームスプリッタ１７を有している。なお、図２（ａ）が第１の信号光入力部５の１つのチャンネルに設けられた光入出力装置１６の構成を示し、図２（ｂ）が第２の信号光入力部６の１つのチャンネルに設けられた光入出力装置１６の構成を示している。
【００４７】
また、図１に示すように、第１の信号光入力部５と第２の信号光入力部６とは、第１の信号光入力部５のそれぞれのチャンネルからフォトリフラクティブ結晶７に入力する第１の信号光１，２と、第２の信号光入力部６のそれぞれのチャンネルからフォトリフラクティブ結晶７に入力する第２の信号光１’，２’とが、フォトリフラクティブ結晶７ａ〜７ｄのいずれかの結晶７中で交差するように配置されている。
【００４８】
言い換えれば、フォトリフラクティブ結晶７ａ〜７ｄは、それぞれ、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との交差位置に、それぞれ個別に配置されている。また、フォトリフラクティブ結晶７の方位角度、各光波の入射角度を含む光学配置は、それぞれのフォトリフラクティブ結晶７中に、相互励起型位相共役鏡８を誘起可能なように配置されている。
【００４９】
第１の信号光入力部５のチャンネルｃｈ１から出力される第１の信号光１は、フォトリフラクティブ結晶７ｂ，７ｄに、チャンネルｃｈ２から出力される第１の信号光２は、フォトリフラクティブ結晶７ａ，７ｃに、それぞれ入力される。また、第２の信号光入力部６のｃｈ１から出力される第２の信号光１’は、フォトリフラクティブ結晶７ａ，７ｂに、チャンネルｃｈ２から出力される第２の信号光２’は、フォトリフラクティブ結晶７ｃ，７ｄに、それぞれ入力される。
【００５０】
そして、第１の信号光１と第２の信号光１’とがフォトリフラクティブ結晶７ｂで交差し、第１の信号光１と第２の信号光２’とがフォトリフラクティブ結晶７ｄで交差し、第１の信号光２と第２の信号光１’とがフォトリフラクティブ結晶７ａで交差し、第１の信号光２と第２の信号光２’とがフォトリフラクティブ結晶７ｃで交差する。
【００５１】
なお、図１は、本実施形態例の光インターコネクション装置の動作状態例が示されているので、上記交差領域のうち、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光と第２の信号光との交差領域にのみ、相互励起型位相共役鏡８が形成されて、この相互励起型位相共役鏡８を介して、対応する信号光同士が接続されている状態が示されている。
【００５２】
つまり、図１（ａ）は、第１と第２の信号光入力部５，６のチャネルｃｈ１とチャネルｃｈ２とを接続した例を示し、図５（ｂ）は、第１と第２の信号光入力部５，６のチャネルｃｈ１同士、チャネルｃｈ２同士を接続した場合を示している。
【００５３】
相互励起型位相共役鏡８の形成は、それぞれの信号光を形成する光波の性質に依存するものであり、本実施形態例において、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’とは、互いに偏光が異なる光波により形成されている。本実施形態例では、第１と第２の信号光１，２，１’，２’のうち、一方の光である第１の信号光１，２を異常光線とし、他方の光である第２の信号光１’，２’を常光線としており、互いに直交する偏光としている。なお、図１において、各光波を示す矢印の太さは、光強度に対応する。
【００５４】
そして、本実施形態例は、異常光線である第１の信号光１，２と、常光線である第２の信号光１’，２’との強度比が、共役鏡形成可能範囲内の値の時には、フォトリフラクティブ結晶７内の第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との交差領域に相互位相共役鏡８が形成され、前記強度比が共役鏡形成可能範囲外の値の時には、フォトリフラクティブ結晶７内の第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との交差領域に相互位相共役鏡８が形成されない構成と成している。
【００５５】
つまり、図３（ａ）に示すように、図の実線で示す異常光線と、図の破線で示す常光線とがフォトリフラクティブ結晶７等のフォトリフラクティブ媒質で交差する場合、図３（ｂ）に示すように、その回折効率は、常光線と異常光線との強度比に依存して変化するものである。
【００５６】
そして、相互励起型位相共役鏡８を形成可能な回折効率（例えば図３のＳ）以上のときにのみ、フォトリフラクティブ結晶７中に相互励起型位相共役鏡８が形成されるものであり、常光線と異常光線との強度比が図に示すＯｎの範囲のときには、前記強度比が共役鏡形成可能範囲内となって相互励起型位相共役鏡８が形成され、常光線と異常光線との強度比が図に示すＯｆｆの範囲のときは、前記強度比が共役鏡形成可能範囲内となって相互励起型位相共役鏡８が形成されない。
【００５７】
フォトリフラクティブ結晶７中に、上記のようにして相互励起型位相共役鏡８が形成された場合、その回折効果によって、入射した異常光線は常光線入射側のポートに、常光線は異常光線側のポートに各々出力される(双方向接続状態＝ＯＮ状態)。一方、フォトリフラクティブ結晶７中に相互励起型位相共役鏡８が形成されない場合、各々の入射光は結晶中を回折することなく直進し、出力ポートへは出力されない(遮断状態＝ＯＦＦ状態)。
【００５８】
したがって、フォトリフラクティブ結晶７に入力する光の強度比、本実施形態例においては第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’の強度を適切に調整することで、信号光同士の光接続(光路が回折して曲がる)と遮断(回折せずに直進)の二つの状態を選択(スイッチング)することができる。
【００５９】
なお、一般に、相互励起型位相共役鏡８は、同一の偏光を有する２光波により形成されるが、図４（ａ）、（ｂ）から明らかなように、交差偏光の相互励起型位相共役鏡８を形成することができる入射光の光強度比（図４（ａ）参照）は、平行偏光の相互励起型位相共役鏡を形成することができる入射光の光強度比（図４（ｂ）参照）と比較して極めて狭い。従って、光強度比によって相互励起型位相共役鏡８の形成を制御する本実施形態例のインターコネクションにおいては、交差偏光の相互励起型位相共役鏡を用いることが有用であることが分かる。
【００６０】
なお、ここで、回折効率は、フォトリフラクティブ媒質内に形成される相互励起型位相共役鏡からの出力信号光強度をフォトリフラクティブ媒質への入力信号光強度で規格化したものとして定義している。交差偏光の相互励起型位相共役鏡の回折効率は、光波の伝搬軸と結晶のｃ軸との角度関係で決定する異常光線、常光線の結合係数、並びに入射光（本実施形態例においては、第１の信号光と第２の信号光と）の光強度比に依存する。
【００６１】
図４（ａ）は、交差偏光の相互励起型位相共役鏡において、異常光線、常光線の結合係数をそれぞれγｅ＝１７００、γｏ＝１３０、相互作用長Lを３mmとした場合の、２本の入射光の光強度比の変化に対する異常光線の回折効率について解析したものである。また、図４（ｂ）は、結合係数・相互作用長について同様に設定した場合の、２本の入射光の光強度比の変化に対する平行偏光の相互励起型位相共役鏡の回折効率について解析したものである。
【００６２】
これらの解析の結果より、交差偏光相互励起型位相共役鏡は、平行偏光相互励起型位相共役鏡に比較して、光強度比について、より狭い閾値幅を持つことがわかる。ここで、閾値幅とは光強度比における上閾値と下閾値の幅である。つまり、交差偏光相互励起型位相共役鏡は、共役鏡形成可能範囲が狭いので、チャネル数と同数の異なる光強度が必要な本インターコネクションにおいて、意図しないチャネルとの接続を避けるために必要な光強度変化の幅を低く設定できることから、インターコネクションの多チャネル化に寄与することを意味する。
【００６３】
また、共役鏡形成可能範囲が小さいことは、相互励起型位相共役鏡の形成をより低い光強度で制御可能であることを示し、低エネルギーのインターコネクションの実現に寄与することを意味する。
【００６４】
以上の理由から、本実施形態例では、交差偏光相互励起型位相共役鏡を形成できるように、第１と第２の信号光を互いに異なる偏光の光波（互いに異なる偏光）により形成している。なお、本実施形態例では、図４（ａ）の解析に用いた条件を適用しているので、この場合、共役鏡形成可能範囲は、０．２〜０．５となる。
【００６５】
本実施形態例の光インターコネクション装置は、前記の如く、第１と第２の信号光入力部５，６のそれぞれのチャンネルｃｈ１、ｃｈ２が、図２に示したような光強度制御装置１５を備えた光入出力装置１６を有している。光強度制御装置１５は、利得可変な光増幅器や減衰器等を有しており、それぞれ、対応する第１、第２の信号光１，２，１’，２’の光強度を可変できる。
【００６６】
この光強度制御装置１５は、前記第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との強度比を、接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲内の値となり、非接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲外の値となるように制御する信号光強度比制御部として機能する。
【００６７】
そして、本実施形態例の光インターコネクション装置は、この光強度制御装置１５の制御に基づき、前記接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との、フォトリフラクティブ結晶７中での交差領域に相互励起型位相共役鏡８が形成され、該相互励起型位相共役鏡８を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’とが接続されることを特徴とする。
【００６８】
つまり、偏光成分が互いに異なる第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との２つの光波（接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’）は、フォトリフラクティブ結晶７中で交差して相互励起型位相共役鏡８の形成条件を満たした場合に、互いの位相共役光として回折される。
【００６９】
また、本実施形態例の光インターコネクション装置は、光強度制御装置１５により、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との強度比を可変切り替え制御することによって、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との接続が切り替えられるように構成されている。
【００７０】
この切り替えは、光強度制御装置１５により制御する光強度を手動により変化させて行ってもよいし、図示されていない接続切り替え装置（スイッチング装置等）を設けて、この接続切り替え装置からの指令に基づき、光強度制御装置１５により制御する光強度を変化させてもよい。
【００７１】
本実施形態例は以上のように構成されており、第１の信号光入力部５のそれぞれの個別のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２から第１の信号光１，２をフォトリフラクティブ結晶７に入力し、第１の信号光入力部５と異なる位置に配置した第２の信号光入力部６のそれぞれの個別のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２から第１の信号光１，２と偏光成分が異なる第２の信号光１’，２’を、フォトリフラクティブ結晶７に入力して、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’とをフォトリフラクティブ結晶７中で交差させる。
【００７２】
この際、フォトリフラクティブ結晶７に入力する第１と第２の信号光１，２，１’，２’の強度を光強度制御装置１５によって制御することにより、第１と第２の信号光１，２，１’，２’の強度比を、接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲内の値とし、非接続対象のチャンネル同士においては前記共役鏡形成可能範囲外の値とする。
【００７３】
そして、この強度比制御によって、接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’とのフォトリフラクティブ結晶７中での交差領域に相互励起型位相共役鏡８を形成し、該相互励起型位相共役鏡８を介して接続対象のチャンネル同士における第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’のみを接続する。
【００７４】
また、第１と第２の信号光入力部５，６の各チャンネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ１、ｃｈ２に設けた光入出力装置１６の光強度制御装置１５によって、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との強度比を可変切り替え制御することにより、接続対象の第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’の組み合わせを切り替える。
【００７５】
例えば、第１の信号光入力部５のチャンネルｃｈ１の光強度を１[ｍＷ]、チャンネルｃｈ２の光強度を３[ｍＷ]とし、第２の信号光入力部６のチャンネルｃｈ１の光強度を０．９[ｍＷ]、チャンネルｃｈ２の光強度を０．３[ｍＷ]に設定すると、それぞれのフォトリフラクティブ結晶７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおける光強度比(常光線/異常光線)は、順に、０．３、０．９、０．１、０．３となる。
【００７６】
前記の如く、本実施形態例において、共役鏡形成可能範囲は、０．２〜０．５であるので、第１の信号光と第２の信号光との光強度比が０．２〜０．５の範囲内の時には、相互励起型位相共役鏡８が形成され、第１の信号光と第２の信号光との接続が可能（ＯＮ状態）となる。
【００７７】
したがって、それぞれのフォトリフラクティブ結晶７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおける光強度比が、それぞれ上記値の場合、図１に示すように、フォトリフラクティブ結晶７ａには相互励起型位相共役鏡８（８ａ）が形成されて、第１の信号光２と第２の信号光１’とが光接続され（接続ＯＮとなり）、また、フォトリフラクティブ結晶７ｂには相互励起型位相共役鏡８が形成されないので、第１の信号光１と第２の信号光１’とは光接続されない（接続ＯＦＦとなる）。
【００７８】
同様に、フォトリフラクティブ結晶７ｄには相互励起型位相共役鏡８（８ｄ）が形成されて、第１の信号光１と第２の信号光２’とが光接続され（接続ＯＮとなり）、フォトリフラクティブ結晶７ｃには相互励起型位相共役鏡８が形成されないので、第１の信号光２と第２の信号光２’とは光接続されない（接続ＯＦＦとなる）。このようにして、第１と第２の信号光入力部５，６のチャネルｃｈ１とチャネルｃｈ２とが１：１で双方向に接続される。
【００７９】
また、図１（ｂ）に示すように、接続を切り替える場合には、同様の方法で、フォトリフラクティブ結晶７ｂ，７ｃにそれぞれ、相互励起型位相共役鏡８ｂ，８ｃが形成され、フォトリフラクティブ結晶７ａ，７ｄには相互励起型位相共役鏡８が形成されないように、第１と第２の信号光入力部５，６のそれぞれのチャンネルｃｈ１、ｃｈ２からフォトリフラクティブ７に入力する光強度を決定して、第１と第２の信号光１，２，１’，２’の光強度比を制御する。
【００８０】
本実施形態例は上記のように構成され、上記のように動作することにより、所望のチャンネル同士を１：１で双方向に光接続することができる光インターコネクション装置を実現することができる。
【００８１】
また、本実施形態例によれば、対向する入出力ポートの光、つまり、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’とは、互いに偏光が直交しているので、偏光ビームスプリッタ１７により損失無く分離することが可能となり、低エネルギーでのインターコネクションが可能となる。
【００８２】
なお、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示したように、一般に、交差偏光相互励起型位相共役鏡の回折効率は、平行偏光相互励起型位相共役鏡の回折効率よりも劣る場合が多いが、平行偏光型では入出力ポートでの光波の分離にビームスプリッタ(２枚)を用いる必要があるため、システム（装置）全体の効率が１/４(２５％)に低下してしまう。これに対し、交差偏光型では偏光ビームスプリッタを用いることでこの損失を原理的には０に抑えられる利点がある。
【００８３】
したがって、交差偏光相互励起型位相共役鏡は、平行偏光相互励起型位相共役鏡に比べると相互励起型位相共役鏡そのものの回折効率が多少小さくても、装置全体の効率が高い、高効率の光インターコネクション装置を実現できる。
【００８４】
また、本実施形態例によれば、図８に示した従来例のように、消去光３０をフォトリフラクティブ結晶７の上部（入出力ポートの面に対して垂直方向）から照射することなく、信号光の光強度の変更のみで接続パターンを制御することが可能となるため、単一媒質中で多層のインターコネクションを実装することができる。つまり、各層が独立して動くインターコネクションを一つのフォトリフラクティブ結晶中に複数形成することが可能となり、フォトリフラクティブ結晶７の利用効率の向上ならびに集積化が可能となる。
【００８５】
さらに、本実施形態例によれば、上記例では、２×２の接続の例を示したが、第１、第２の信号光入力部５，６のそれぞれのチャンネル数と、フォトリフラクティブ結晶７の配置とを増やすことにより、単位面積当たりに集積可能なチャネル数も増加させることが可能であり、装置の小型化等にも寄与する。加えて、第１、第２の信号光はそれぞれ、独立の交差偏光の相互励起型位相共役鏡８で回折され、双方向接続されるため、時分割多重光信号およびそのための制御装置を用いることなく双方向通信が可能となる。
【００８６】
以上のように、本実施形態例によれば、信号光の偏光が第１の信号光入力部５と第２の信号光入力部６とにより異なることから、偏光ビームスプリッタ１７によって損失無く第１と第２の信号光を分岐することが可能である。また、図７に示した従来例のように、シリンドリカルレンズ１１，１２により信号光を広げる必要も無い為、比較的低エネルギーでのインターコネクションが可能となる。
【００８７】
さらに、交差偏光相互励起型位相共役鏡は各チャネルについてそれぞれ独立に形成される為、本実施形態例は、時分割多重信号を用いることなくインターコネクションが可能となる。加えて、信号光の光強度の変更のみにより接続パターンの切り替えが可能なことから、各々独立した入出力チャネルと接続パターンを単一媒質中に層状に形成することが可能であり、フォトリフラクティブ媒質の利用効率の向上、及び集積化が可能となる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、様々な態様を採り得る。例えば上記実施形態例では、第１の信号光入力部５の２つのチャンネルと第２の信号光入力部６の２つのチャンネルとを接続する２×２の接続の例を示したが、第１、第２の信号光入力部５，６のそれぞれのチャンネル数は適宜設定されるものであり、このチャンネル数を適宜設定し、その設定に対応させてフォトリフラクティブ結晶７等のフォトリフラクティブ媒質の配置を設定することにより、様々な数のチャンネル同士の接続を行うことができる。
【００８９】
また、上記実施形態例では、第１の信号光と第２の信号光との交差位置にそれぞれ個別にフォトリフラクティブ結晶７を配置したが、例えば、図５に示すように、１つのフォトリフラクティブ結晶７等のフォトリフラクティブ媒質中に、相互励起型位相共役鏡８をマトリックス状に形成してもよい。なお、図５においては、第１の信号光１，２と第２の信号光１’，２’との交差領域を符号９により示している。
【００９０】
このようにフォトリフラクティブ結晶７にマトリクス状に相互励起型位相共役鏡８を形成しても、上記実施形態例のように第１の信号光と第２の信号光との交差位置にそれぞれ個別にフォトリフラクティブ結晶７を配置しても、いずれの場合も、平面状に複数配置した相互励起型位相共役鏡８を複数層状に配置して独立に動作させることが可能である。そのため、フォトリフラクティブ媒質の利用効率の向上に寄与するし、単位面積あたりに集積可能なチャネル数を大幅に増加させることが可能となり装置の小型化に寄与することができる。
【００９１】
さらに、上記実施形態例では、フォトリフラクティブ媒質はフォトリフラクティブ結晶７としたが、フォトリフラクティブ媒質は、フォトリフラクティブ効果を発揮できる媒質であれば、結晶以外の媒質により形成してもよい。
【００９２】
さらに、上記実施形態例では、第１の信号光を異常光線とし、第２の信号光を常光線としたが、その逆に、第１の信号光を常光線とし、第２の信号光を異常光線としてもよい。また、第１の信号光と第２の信号光とは互いに異なる偏光により形成すればよいので、いずれか一方を異常光線とし、他方を常光線にするとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係る光インターコネクション装置の一実施形態例を模式的に示す要部構成図である。
【図２】上記実施形態例に適用した入出力装置の概念図である。
【図３】光強度による接続制御の概念図である。
【図４】交差偏光の偏光相互励起型位相共役鏡と平行偏光の相互励起型位相共役鏡の光強度比に対する回折効率をそれぞれ示すグラフである。
【図５】本発明に係る光インターコネクション装置の他の実施形態例を模式的に示す要部構成図である。
【図６】相互励起型位相共役鏡の形成過程におけるビームファニング現象の説明図（ａ）と位相共役光の発生の説明図（ｂ）である。
【図７】相互励起型位相共役鏡と時分割多重方式を用いた光インターコネクションの接続例を示す説明図である。
【図８】相互励起型位相共役鏡と消去光を用いた光インターコネクションの説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１〜４  第１の信号光
１’〜４’  第２の信号光
５  第１の信号光入力部
６  第２の信号光入力部
７  フォトリフラクティブ結晶
１１，１２  シリンドリカルレンズ
１５  光強度制御装置
１６  光入出力装置
１７  偏光ビームスプリッタ
【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】
2005309385.tif 000007
【図６】
2005309385.tif 000008
【図７】
2005309385.tif 000009
【図８】
2005309385.tif 000010