(57)【要約】【課題】パラレル信号光を、直接かつ容易に、高ビットレートで多重化することができる光多重装置を提供する。【解決手段】光スイッチ３０の光入射側にレンズアレイ４０を配置し、このレンズアレイ４０の対応するレンズによって光スイッチ３０上にパラレル信号光１Ａを集光させるので、パラレル信号光１Ａのスリット走査方向の照射幅を小さくすることができ、切り出される出力光３Ａの時間幅Δｔを１００ｆｓ程度にすることができる。これにより、多チャンネルのパラレル信号光１Ａを、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレートのシリアル信号光３に変換することができる。また、パラレル信号光１Ａに制御光２Ａを合波した合波光を照射して光スイッチをオンオフして出力光を切り出す場合に、制御光２Ａのパルス時間幅Δｔを１００ｆｓ程度と短くすることで、切り出される出力光３Ａの時間幅Δｔを１００ｆｓ程度にすることができ、同様の効果を得ることができる。【選択図】図４
2005173508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチと、
前記パラレル信号光の各々を該信号光毎に集光して前記光スイッチに入射させる集光手段と、
前記パラレル信号光の各々が異なるタイミングで前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されるように、前記制御光を前記光スイッチのパラレル信号光入射部に照射する制御光照射手段と、
前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々を集光し、シリアル信号光として出力する集光光学系と、
を含む光多重装置。
【請求項２】
前記集光手段は、前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の時間幅が１００フェムト秒以下になるように、前記パラレル信号光の各々を集光する請求項１に記載の光多重装置。
【請求項３】
前記集光手段は、各信号光の光スイッチ上でのスポット径ｌが下記式を満たすように、前記パラレル信号光の各々を集光する請求項１に記載の光多重装置。
【数１】
2005173508.tif 000007
式中、ｃは光速（メートル／秒）、θは制御光の入射角度、及びｔｓはスイッチの応答時間（秒）を表す。
【請求項４】
前記制御光を前記光スイッチの法線方向から照射すると共に、前記パラレル信号光を前記光スイッチの法線方向と異なる方向から入射する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項５】
前記制御光を前記光スイッチの法線方向と異なる方向から照射すると共に、前記パラレル信号光を前記光スイッチの法線方向から入射する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項６】
制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチと、
異なるタイミングで前記光スイッチに照射される複数の制御光を生成する制御光生成手段と、
前記制御光の１つと前記パラレル信号光の１つとが対応するように、前記複数の制御光の各々と前記パラレル信号光の各々とを合波し、前記光スイッチに照射する合波照射手段と、
前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々を集光し、シリアル信号光として出力する集光光学系と、
を含む光多重装置。
【請求項７】
前記制御光生成手段が、入射された制御光を複数の制御光に分割する光分割装置と、該光分割装置で得られた複数の制御光を制御光毎に遅延させる時間遅延装置と、を備えた請求項６に記載の光多重装置。
【請求項８】
前記光スイッチは材料の吸収係数の変化を利用してオンオフ動作を行う請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項９】
前記光スイッチは材料のカー効果を利用してオンオフ動作を行う請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項１０】
前記光スイッチは色素分子膜で構成された請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項１１】
前記色素分子膜はスクエアリリウム色素のＪ会合体で構成された請求項１０に記載の光多重装置。
【請求項１２】
前記パラレル信号光の各々が発光素子により生成される請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光多重装置。
【請求項１３】
前記発光素子が半導体レーザである請求項１２に記載の光多重装置。
【請求項１４】
前記半導体レーザが垂直共振器型面発光レーザである請求項１３に記載の光多重装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いる光多重装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信側において、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側において、その多重化されたシリアル信号光を多チャンネルの信号光に分配する光通信システムでは、光多重（光マルチプレックス）の方法が種々研究されている。
【０００３】
従来、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化する方法としては、一般に、信号光の位相を変化させる位相シフト法や、信号光の周波数（波長）を変化させる周波数シフト法が知られている。
【０００４】
しかしながら、位相シフト法や周波数シフト法では、基本的に一度に２チャンネルの信号光しか多重化できず、多チャンネルの信号光を多重化するには、チャンネル数をＮとすると（Ｎ−１）回に渡って多重化を繰り返さなければならず、光学系が著しく複雑になる。このため、チャンネル数が多くなるほど多重化が困難になる。
【０００５】
そこで、出願人らは、高速応答性の光スイッチを用いて、多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易にシリアル信号光に変換することができる光多重装置を提案している（特許文献１）。
【０００６】
この光多重装置では、図１１（Ａ）に示すように、信号光１Ｆ〜１Ａが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｕに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させると、信号光１Ｆ〜１Ａが光スイッチ３０に到達した時点で、光スイッチ３０の領域Ｗｕが透過状態とされ、信号光１Ｆの一部が領域Ｗｕを透過して、図１１（Ｂ）に示すように、パルス時間幅の短い出力光３Ｆとして切り出される。次に、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｔに到達して、領域Ｗｔが透過状態とされ、信号光１Ｅの一部が領域Ｗｔを透過して、図１１（Ｃ）に示すように、パルス時間幅の短い出力光３Ｅとして切り出される。
【０００７】
この通り、制御光パルス２ａが光スイッチ３０に斜めに入射することで、光スイッチ３０は高速で走査する細長いスリットとして動作する。その結果、図１０に示すように、時間的に幅の広い信号光１Ｆ〜１Ａの一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ｆ〜３Ａとして順次、切り出される。出力光３Ｆ〜３Ａは、集光光学系２０により集光され、光導波路１０に入射される。これによって、信号光（出力光）３Ｆ〜３Ａが時間的に多重化されたシリアル信号光３を得ることができる。
【０００８】
一方、増大する情報量に対応したＴｂｉｔ／ｓ（テラビット／秒）オーダーの超高速の光通信網を実現するためには、それに対応した光多重（光マルチプレックス）の方法が必要である。多重化後のシリアル信号光のビットレートを１Ｔｂｉｔ／ｓにする場合には、そのシリアル信号光のパルス時間間隔を１ｐｓ（ピコ秒）程度にしなければならず、そのためには多重化前のそれぞれの信号光のパルス時間幅をその１／１０の１００ｆｓ（フェムト秒）程度というように非常に短いものにしなければならない。
【特許文献１】特開平１１−１５０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、光スイッチに照射される信号光には有限の照射面積があり、切り出される出力光の時間幅を１００ｆｓ程度にすることは難しい。図１２に、図１０のパラレル信号光１Ａから光スイッチ３０により切り出される出力光３Ａの時間幅を示す。図示した通り、出力光３Ａの時間幅は、信号光１Ａの照射面積に応じて大きくなる。例えば、照射スポット径（直径）を１ｍｍ（ミリメートル）とすると、光スイッチ３０に対し信号光１Ａを法線方向から照射すると共に制御光２を斜め方向４５°から照射した場合には、応答速度が１００ｆｓの光スイッチ３０を用いたとしても、切り出される出力光３Ａの時間幅は１０００ｆｓ（＝１ｐｓ）以上となってしまい、テラビット／秒の時分割多重の光通信で用いられるような超高速光信号の生成は不可能となる。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、パラレル信号光を、直接かつ容易に、高ビットレートで多重化することができる光多重装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の第１の光多重装置は、制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチと、前記パラレル信号光の各々を該信号光毎に集光して前記光スイッチに入射させる集光手段と、前記パラレル信号光の各々が異なるタイミングで前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されるように、前記制御光を前記光スイッチのパラレル信号光入射部に照射する制御光照射手段と、前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々を集光し、シリアル信号光として出力する集光光学系と、を含んで構成されたことを特徴としている。
【００１２】
第１の光多重装置は、制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチを備えている。パラレル信号光の各々が、集光手段により信号光毎に集光されて光スイッチに入射する。一方、制御光は、パラレル信号光の各々が異なるタイミングで光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されるように、制御光照射手段により光スイッチのパラレル信号光入射部に照射される。そして、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々は、集光光学系で集光されてシリアル信号光として出力される。
【００１３】
この通り、集光手段により集光された信号光を光スイッチに入射させるので、信号光の照射部分を小さくすることができ、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の時間幅を短くすることができる。これにより、パラレル信号光を、直接かつ容易に、高ビットレートで多重化することができる。
【００１４】
また、第１の光多重装置では、集光手段は、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の時間幅が１００フェムト秒以下になるように、パラレル信号光の各々を集光する。これにより、パラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレートで多重化することができる。
【００１５】
例えば、各信号光の光スイッチ上でのスポット径ｌが下記式を満たすように、パラレル信号光の各々を集光することで、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の時間幅を１００フェムト秒以下にすることができる。
【００１６】
【数２】
2005173508.tif 000003
式中、ｃは光速（メートル／秒）、θは制御光の入射角度、及びｔｓはスイッチの応答時間（秒）を表す。
【００１７】
上記の第１の光多重装置においては、制御光を光スイッチの法線方向から照射すると共に、パラレル信号光を光スイッチの法線方向と異なる方向から入射するように構成してもよい。また、制御光を光スイッチの法線方向と異なる方向から照射すると共に、パラレル信号光を光スイッチの法線方向から入射するように構成してもよい。
【００１８】
上記目的を達成するために本発明の第２の光多重装置は、制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチと、異なるタイミングで前記光スイッチに照射される複数の制御光を生成する制御光生成手段と、前記制御光の１つと前記パラレル信号光の１つとが対応するように、前記複数の制御光の各々と前記パラレル信号光の各々とを合波し、前記光スイッチに照射する合波照射手段と、前記光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々を集光し、シリアル信号光として出力する集光光学系と、を含んで構成されたことを特徴としている。
【００１９】
第２の光多重装置は、制御光が照射された部分に、入射されたパラレル信号光を透過または反射させるオン状態の領域が形成される平面型の光スイッチを備えている。制御光生成手段により、異なるタイミングで光スイッチに照射される複数の制御光が生成される。生成された複数の制御光の各々は、制御光の１つとパラレル信号光の１つとが対応するように、合波照射手段によってパラレル信号光の各々と合波され、光スイッチに照射される。そして、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の各々は、集光光学系で集光されてシリアル信号光として出力される。
【００２０】
この通り、時間幅を短くすることが容易な制御光とパラレル信号光とを合波して、光スイッチに入射させるので、光スイッチのオン状態の領域を透過またはオン状態の領域で反射されたパラレル信号光の時間幅を短くすることができ、パラレル信号光を、直接かつ容易に、高ビットレートで多重化することができる。また、最初から時間幅の短い制御光を用いることで、制御光の利用効率が向上する。更に、制御光とパラレル信号光とを同一方向から光スイッチに入射させるので、制御光及び信号光の照射位置や照射タイミングの制御が容易になる。
【００２１】
また、第２の光多重装置では、制御光生成手段を、入射された制御光を空間的に並列な複数の制御光に分割する光分割装置と、該光分割装置で得られた複数の制御光を制御光毎に遅延させる時間遅延装置と、で構成することができる。
【００２２】
上記の第１及び第２の光多重装置においては、光スイッチは、材料の吸収係数の変化を利用してオンオフ動作を行うものでもよく、材料のカー効果を利用してオンオフ動作を行うものでもよい。また、光スイッチは、色素分子膜で構成されていることが好ましく、色素分子膜としてはスクエアリリウム色素のＪ会合体が好ましい。
【００２３】
また、パラレル信号光の各々は発光素子により生成することができる。発光素子としては、半導体レーザが好ましい。半導体レーザの中でも、アレイ化が容易な、垂直共振器型面発光レーザがより好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、パラレル信号光を、直接かつ容易に、高ビットレートで多重化することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る光多重装置は、図１に示すように、複数チャンネルのパラレル信号光１をシリアル信号光３に変換する装置である。パラレル信号光１は、十分に長いパルス時間幅を備え、同一方向に進行する相互に並列な６チャンネルの信号光１Ａ〜１Ｆから構成されている。パラレル信号光１を得るための光源としては、半導体レーザ等の発光素子を並列配置した光源を用いることができる。半導体レーザとしては、例えば、アレイ化が容易な垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等を用いることができる。また、シリアル信号光３は、信号光１Ａ〜１Ｆの各々から切り出された出力光３Ａ〜３Ｆが時間的に多重化されて構成されている。
【００２６】
この光多重装置は、図１に示すように、パラレル信号光１をチャンネル毎に集光するレンズアレイ４０と、制御光２の照射によるオンオフ動作により信号光１から出力光パルス３Ａ〜３Ｆを切り出す透過型の光スイッチ３０と、光スイッチ３０によって切り出された出力光パルス３Ａ〜３Ｆをチャンネル毎に平行光化するレンズアレイ５０と、複数のレンズを組み合わせて構成された集光光学系２０と、集光光学系２０により集光された出力光パルス３Ａ〜３Ｆをシリアル信号光３として伝送する光ファイバなどの光導波路１０と、を備えている。
【００２７】
光スイッチ３０は、長尺状に構成され、その長さ方向が信号光１の進行方向に対して垂直で且つ信号光１Ａ〜１Ｆの配列方向と平行になるように配置されている。この配置により、光スイッチ３０の長さ方向に所定幅Ｗの広がりを有する信号光１を、その所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させると共に、制御光２の進行方向を光スイッチ３０の長さ方向に対して傾けて、制御光２を所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。なお、図１では、制御光２を信号光１の入射側から光スイッチ３０に入射させているが、制御光２を信号光１の出射側から光スイッチ３０に入射させてもよい。
【００２８】
また、光スイッチ３０は、その長さ方向に沿って配列された複数の領域Ｗｐ〜Ｗｕを備えている。これらの領域Ｗｐ〜Ｗｕは、制御光２が照射されるか否かにより吸収係数（吸光度）が変化し且つ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成されており、領域Ｗｐ〜Ｗｕの各々は、制御光２が照射された瞬間だけ透過率が変化して、信号光１を所定値以上の透過率で透過させる光シャッター部として独立に機能する。即ち、光スイッチ３０は、非線形光学材料の過飽和吸収を利用してオンオフ動作を行う。
【００２９】
上記の透過型の光スイッチ３０としては、例えば、特開平１１−１５０３１号公報に記載された平面型の光−光スイッチを好適に使用することができる。この光−光スイッチは、図２に示すように、石英基板３１上に、フェムト秒オーダーで可飽和吸収を示す機能性薄膜３２を形成し、その機能性薄膜３２上に、アルミニウムの蒸着およびエッチングにより、遮光層３３を所定パターンに形成して、機能性薄膜３２の遮光層３３で覆われていない部分３４を、互いに独立の複数の光シャッタ部として機能させるものである。
【００３０】
機能性薄膜３２としては、ＡｌＰｏ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）、ポリジアセチレン、ポリチオフェンなどのπ共役系高分子、スクエアリリウムなどの色素会合体、Ｃ60薄膜などを用いることができる。機能性薄膜３２をこれら有機材料で構成することにより、膜厚の制御が容易になり、光スイッチの大面積化が可能となる。これらの中でも、スクエアリリウム色素の色素分子膜が好ましい。スクエアリリウム色素の色素分子膜は、そのＪ−会合体を用いることで効率良くスイッチング動作を行うことができる。なお、上記の光スイッチは、特開平１１−１５０３１号公報に記載された方法により製造することができる。
【００３１】
レンズアレイ４０は、パラレル信号光１の６つのチャンネルに対応した６個の集光レンズを備えており、図３に示すように、信号光１Ａ〜１Ｆの各々は、レンズアレイ４０の対応する集光レンズにより光スイッチ３０上の所定位置に集光される。また、レンズアレイ５０は、パラレル信号光１の６つのチャンネルに対応した６個のコリメータレンズを備えており、図３に示すように、光スイッチ３０から拡散光として出力された出力光パルス３Ａ〜３Ｆの各々は、レンズアレイ５０の対応するコリメータレンズによって平行光化される。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る光多重装置の動作について説明する。
【００３３】
図１に示す装置では、信号光１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｐに到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる。従って、信号光１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０に到達した時点で、光スイッチ３０の領域Ｗｐが透過状態とされ、信号光１Ａの一部が領域Ｗｐを透過して、パルス時間幅の短い出力光３Ａとして切り出される。
【００３４】
次に、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｑに到達して、領域Ｗｑが透過状態とされ、信号光１Ｂの一部が領域Ｗｑを透過して、パルス時間幅の短い出力光３Ｂとして切り出される。次に、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｒに到達して、領域Ｗｒが透過状態とされ、信号光１Ｃの一部が領域Ｗｒを透過して、パルス時間幅の短い出力光３Ｃとして切り出される。以下、同様にして、信号光１Ａ〜１Ｆのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ａ〜３Ｆとして順次、切り出される。
【００３５】
即ち、この光スイッチ３０では、図４に示すように、制御光２の伝搬に伴いあたかもスリット部ＳＬが光スイッチ３０の長さ方向に移動するように、光スイッチ３０の複数の領域Ｗｐ〜Ｗｕが順次制御光と交差して透過状態とされ、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０に到達したときに透過状態になる領域に対応する信号光の一部が出力光として切り出される。
【００３６】
この場合、それぞれの出力光３Ａ〜３Ｆは、空間的にはパラレル信号光１の進行方向の同一位置で切り出されるが、切り出された時点が、制御光パルス２ａの領域Ｗｐ〜Ｗｕへの到達時間の差分ずつ、すなわち得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔分ずつ順次ずれるようになる。
【００３７】
切り出された出力光３Ａ〜３Ｆは、レンズアレイ５０の対応するコリメータレンズによって平行光化され、集光光学系２０で集光されて、光導波路１０に入力される。光導波路１０に入力される時点が、上記の時間間隔分ずつ順次ずれるので、出力光３Ａ〜３Ｆは、互いの間に所定の時間差を持って集光され、信号光（出力光）３Ａ〜３Ｆが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。すなわち、信号光１Ａ〜１Ｆからなる空間的に１次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００３８】
図４を参照して、光スイッチ３０によりパラレル信号光１Ａの一部が出力光３Ａとして切り出される場合を例にとり、出力光の時間幅について説明する。光速をｃ、制御光２の入射角度θとすると、スリット部ＳＬの移動速度（走査速度）は、ｃｓｉｎθで表される。ここで、パラレル信号光１Ａのスポットサイズ、即ち、パラレル信号光のスリット走査方向の照射幅をｌ（メートル）と仮定すると、スポットサイズｌの領域を走査するのに要する走査時間ｔ（秒）は下記式で表される。
【００３９】
【数３】
2005173508.tif 000004
出力光の時間幅Δｔは、走査時間ｔ（秒）に更にスイッチの応答時間ｔｓ（秒）を加算したものである。Ｔｂｉｔ／ｓオーダーの超高速の光通信網を実現するためには、下記式で表すように、この時間幅Δｔをその１／１０の１００ｆｓ程度にしなければならない。
【００４０】
【数４】
2005173508.tif 000005
上記の式から、スポットサイズｌについて、下記式で表される条件が求められる。、
【００４１】
【数５】
2005173508.tif 000006
例えば、制御光２を光スイッチ３０に対して入射角１７．５°で入射させたときには、光スイッチ３０は１ｐｓ当り１ｍｍの速度で走査する細長いスリットとして動作する。このとき、レンズ等の集光装置を用いず、パラレル信号光のスリット走査方向の照射幅を１ｍｍと仮定すると、光スイッチ３０の応答速度がどんなに高速でも、切り出される出力光の時間幅Δｔは３ｐｓ以上となってしまう。
【００４２】
これに対し、本実施の形態では、レンズアレイ４０等の集光装置によって光スイッチ３０上にパラレル信号光を集光させるので、パラレル信号光のスリット走査方向の照射幅を１０μｍ程度にすることができる。これにより、制御光２を光スイッチ３０に対して入射角１７．５°で入射させた場合でも、走査時間３２ｆｓに光スイッチの応答時間を加えた時間幅Δｔで出力光を切り出すことができる。
【００４３】
以上説明した通り、本実施の形態では、光スイッチの光入射側にレンズアレイ等の集光装置を配置し、この集光装置によって光スイッチ上にパラレル信号光を集光させるので、パラレル信号光のスリット走査方向の照射幅を小さくすることができ、切り出される出力光の時間幅Δｔを１００ｆｓ程度にすることができる。これにより、多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００４４】
なお、上記では、透過型の光スイッチにパラレル信号光を垂直に入射させる例について説明したが、図５に示すように、透過型の光スイッチ３０を用い、これに制御光２を垂直に入射させ、パラレル信号光１を斜めに入射させてもよい。また、図６に示すように、反射型の光スイッチ３０を用い、これに制御光２を垂直に入射させ、パラレル信号光１を斜めに入射させてもよい。
【００４５】
いずれの場合も、本実施の形態と同様に、光スイッチ３０の光入射側にパラレル信号光１をチャンネル毎に集光するレンズアレイ４０を配置することで、光スイッチ３０上にパラレル信号光１を集光させて、切り出される出力光３Ａ〜３Ｆの時間幅を短くすることができる。
【００４６】
また、光スイッチ３０からは、出力光３Ａ〜３Ｆの各々が拡散光として出力されるので、本実施の形態と同様に、光スイッチ３０の光出射側には、出力光３Ａ〜３Ｆの各々を平行光化するレンズアレイ５０を配置する。これにより、切り出された出力光３Ａ〜３Ｆは、レンズアレイ５０の対応するコリメータレンズによって平行光化された後、集光光学系２０で集光されて、光導波路１０に入力される。
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る光多重装置は、図７に示すように、複数チャンネルのパラレル信号光１をシリアル信号光３に変換する装置であり、信号光１Ａ〜１Ｅとこれに対応する制御光パルス２Ａ〜２Ｅとを合波して光スイッチ３０に照射する以外は、第１の実施の形態に係る装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
なお、パラレル信号光１は、十分に長いパルス時間幅を備え、同一方向に進行する相互に並列な５チャンネルの信号光１Ａ〜１Ｅから構成されている。また、シリアル信号光３は、信号光１Ａ〜１Ｅの各々から切り出された出力光３Ａ〜３Ｅが時間的に多重化されて構成されている。
【００４８】
この光多重装置は、図７に示すように、制御光２を複数の制御光パルス２Ａ〜２Ｅに分割する光分割装置６０と、制御光パルス２Ａ〜２Ｅの各々を遅延させる時間遅延装置７０と、信号光１Ａ〜１Ｅとこれに対応する制御光パルスとを合波して合波光４Ａ〜４Ｅとする光合波装置８０と、合波光４Ａ〜４Ｅに含まれる制御光成分の照射によるオンオフ動作により合波光４Ａ〜４Ｅから出力光パルス３Ａ〜３Ｅを切り出す透過型の光スイッチ３０と、複数のレンズを組み合わせて構成された集光光学系２０と、集光光学系２０により集光された出力光パルス３Ａ〜３Ｆをシリアル信号光３として伝送する光ファイバなどの光導波路１０と、を備えている。
【００４９】
光分割装置６０は、入力された制御光２を、信号光１のチャンネル数に応じた複数チャンネルのパラレルな制御光パルス２Ａ〜２Ｅに分割する装置である。例えば、出力光の光路長がすべて等しくなるように複数のハーフミラーが配置された光分割装置を使用することができる。この光分割装置６０にパルス時間幅の短い制御光２を入力することで、同様にパルス時間幅の短い制御光パルス２Ａ〜２Ｅを出力することができる。チタンサファイアレーザ等を光源に用いることで、パルス時間幅の短い制御光を得ることができる。
【００５０】
半導体レーザ等は並列配置が容易（特に、ＶＥＣＳＥＬはアレイ化が容易）であり、パラレル信号光の生成に適しているが、出力信号の時間幅を短くすることが難しく、数ｎｓ程度の信号しか得られない。一方、チタンサファイアレーザー等の光源では、パルス幅１００ｆｓの時間幅の短い出力信号を得ることができるが、狭い間隔で並列配置することが難しい。本実施の形態では、パラレル信号光の光源として並列化が容易な光源を選択すると共に、制御光の光源としてパルス時間幅の短い制御光を得ることができるチタンサファイアレーザー等を使用することで、光スイッチと時間幅の短い制御光パルスを利用して、光信号の多重化を行うことができる。
【００５１】
時間遅延装置７０は、各制御光パルスが得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔分ずつ順次ずれるように、同期して入射された制御光パルス２Ａ〜２Ｅの各々を遅延させる。時間遅延装置７０としては、例えば、図８に示すように、チャンネル毎に厚さの異なる透過媒体を配置した時間遅延素子を用いることができる。透過媒体は、空気より屈折率の高い媒体であればよく、例えば、ガラス等の材料を用いることができる。この時間遅延装置７０では、光路に透過媒体が配置されていない制御光パルス２Ａは遅延されないが、制御光パルス２Ｂ〜２Ｅの各々は光路に配置された透過媒体内を伝播することにより、透過媒体の厚さに応じて遅延される。
【００５２】
光合波装置８０は、パラレル信号光１Ａ〜１Ｅとこれに対応する制御光パルス２Ａ〜２Ｅとを合波して、制御光成分を含んだ合波光４Ａ〜４Ｅを生成する。光合波装置８０としては、例えば、図９に示すように、信号光１を透過し且つ制御光２を反射するハーフミラーを用いることができる。例えば、信号光１Ａと対応する制御光２Ａとが合波されて合波光４Ａが生成される場合について説明すると、ハーフミラーを透過した信号光１Ａとハーフミラーで反射された制御光パルス２Ａとが同じ光路上を進行するようにハーフミラーを配置することで、信号光１Ａと制御光パルス２Ａとが合波されて、合波光４Ａが生成する。
【００５３】
次に、本実施の形態に係る光多重装置の動作について説明する。
【００５４】
図７に示す装置では、制御光２が光分割装置６０に入力されると、制御光２はパラレルな制御光パルス２Ａ〜２Ｅに分割される。制御光パルス２Ａ〜２Ｅは、時間遅延装置７０により、得ようとするシリアル信号光３のパルス時間間隔分ずつ順次ずれるように遅延される。光分割装置６０にパルス時間幅が１００ｆｓ程度の制御光２を入力することは容易であり、この通りパルス時間幅の短い制御光２を入力することで、同様にパルス時間幅の短い制御光パルス２Ａ〜２Ｅを出力することができる。
【００５５】
信号光１Ａ〜１Ｆが光合波装置８０に到達する時点で、制御光パルス２Ａが光合波装置８０に到達するように、制御光２をパラレル信号光１に対して同期させる。従って、信号光１Ａ〜１Ｆが光合波装置８０に到達した時点で、信号光１Ａに制御光パルス２Ａが合波される。次に、制御光パルス２Ｂが光合波装置８０に到達した時点で、信号光１Ｂに制御光パルス２Ｂが合波され、制御光パルス２Ｃが光合波装置８０に到達した時点で、信号光１Ｃに制御光パルス２Ｃが合波される。以下、同様にして、信号光１Ａ〜１Ｆの各々にそれぞれパルス時間幅の短い制御光パルス２Ａ〜２Ｅが順次合波され、合波光４Ａ〜４Ｅが生成される。
【００５６】
光合波装置８０で生成された合波光４Ａ〜４Ｅは、光スイッチ３０に同時に到達する。合波光４Ａの制御光成分が光スイッチ３０に到達した時点で、光スイッチ３０の所定領域が透過状態とされ、合波光４Ａの一部がこの領域を透過して、出力光３Ａとして切り出される。制御光成分としてパルス時間幅の短い制御光パルス２Ａが合波されているので、同様にパルス時間幅の短い出力光３Ａが切り出される。以下、同様にして、合波光４Ａ〜４Ｅの一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光３Ａ〜３Ｅとして順次切り出される。
【００５７】
切り出された出力光３Ａ〜３Ｅは、集光光学系２０で集光されて、光導波路１０に入力される。これにより、出力光３Ａ〜３Ｅが時間的に多重化されたシリアル信号光３が得られる。即ち、信号光１Ａ〜１Ｅからなる空間的に１次元のパラレル信号光１が、多重化されたシリアル信号光３に変換されることになる。
【００５８】
以上説明した通り、本実施の形態では、パラレル信号光の各々にそれぞれパルス時間幅の短い制御光を合波し、得られた合波光を照射して光スイッチをオンオフして出力光を切り出すので、制御光のパルス時間幅を１００ｆｓ程度と短くすることで切り出される出力光の時間幅Δｔを１００ｆｓ程度にすることができる。これにより、多チャンネルのパラレル信号光を、直接かつ容易に、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレートのシリアル信号光に変換することができる。
【００５９】
また、最初からパルス時間幅の短い制御光を用いるので、制御光の利用効率が高いという利点もある。更に、制御光とパラレル信号光とを同一方向から光スイッチに入射させるので、制御光及び信号光の照射位置や照射タイミングの制御が容易になるという利点もある。
【００６０】
なお、上記の第１及び第２の実施の形態では、非線形光学材料の過飽和吸収を利用してオンオフ動作を行う光スイッチを使用する例について説明したが、特開２００２−２５８３３３号公報に記載されているように、制御光によって偏光面が回転する光カー効果を利用してオンオフ動作を行う光スイッチを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施の形態に係る光多重装置の構成を示す概略図である。
【図２】透過型光スイッチの具体的な構成を示す断面図である。
【図３】光スイッチへの入射光及び出射光の光路を示す図である。
【図４】集光された信号光の照射幅と出力光の時間幅との関係を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る光多重装置の変形例を示す概略図である。
【図６】第１の実施の形態に係る光多重装置の他の変形例を示す概略図である。
【図７】第２の実施の形態に係る光多重装置の構成を示す概略図である。
【図８】時間遅延装置の構成を示す概略図である。
【図９】光合波装置の構成を示す概略図である。
【図１０】従来の光多重装置の構成を示す図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の光多重装置の出力光の切り出しの様子を順を追って示す図である。
【図１２】集光されていない信号光の照射幅と出力光の時間幅との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  パラレル信号光
１Ａ〜１Ｆ  信号光
２  制御光
２Ａ〜２Ｅ  制御光パルス
３  シリアル信号光
３Ａ〜３Ｆ  出力光
４Ａ〜４Ｅ  合波光
１０  光導波路
２０  集光光学系
３０  光スイッチ
４０  レンズアレイ
５０  レンズアレイ
６０  光分割装置
７０  時間遅延装置
８０  光合波装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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