(57)【要約】【課題】  インターコネクションの接続パターンが確立された後は、制御光の照射をやめてもその接続が維持される、エネルギー効率の高い装置と手法を提供する。【解決手段】  互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ結晶７，８と、これら両フォトリフラクティブ結晶７，８間に配置されたビームスプリッタ９と、複数のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４を持ち、それぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ結晶７に入力する第１信号光入力部５と、複数のチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８を持ち、それぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ結晶８に入力する第２信号光入力部６と、第１信号光入力部５と第２信号光入力部６のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光１０をビームスプリッタ９に向けて斜めの方向から入力する制御光入力部１３とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ媒質と、これら両フォトリフラクティブ媒質間に配置されたビームスプリッタと、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力する第１信号光入力部と、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入力する第２信号光入力部と、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光を入力する制御光入力部とを有し、前記ビームスプリッタは前記制御光を反射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力する構成と成し、前記制御光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質内に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第２のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第１の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第１回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第１回折光と前記第２の信号光との相互作用によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質内に前記第２信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第１のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第２の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第２回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第２回折光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対同士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】
制御光の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を切り替える制御光分布切り替え手段を有す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】
第１のフォトリフラクティブ媒質の結合強度と第２のフォトリフラクティブ媒質の結合強度を、それぞれ、前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質にそれぞれ位相共役鏡を形成した後に制御光の入力を停止しても第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を維持できる値に形成する結合強度形成手段が設けられてい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】
互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ媒質の間にビームスプリッタを配置し、複数のチャンネルを持つ第１信号光入力部のそれぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力し、複数のチャンネルを持つ第２信号光入力部のそれぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入力し、かつ、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光を前記ビームスプリッタに入力し、該ビームスプリッタにより前記制御光を反射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力し、前記制御光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質内に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第２のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第１の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第１回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第１回折光と前記第２の信号光との相互作用によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質内に前記第２信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第１のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第２の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第２回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第２回折光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部の接続対のチャンネル同士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５】
制御光の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を切り替えることを特徴とする請求項４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を任意の所望のチャネルに接続制御可能な、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スイッチとして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、光の照射により媒質の空間電界が発生し、ポッケルス効果を介し、媒質の屈折率が変化する現象である。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り屈折率格子(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の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一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２つのインコヒーレントな光波を互いの位相共役光として出力するものである。相互励起型位相共役鏡の形成過程を図６に示す。
【０００４】
図６（ａ）に示すように、フォトリフラクティブ結晶７の異なる端面からそれぞれ光波Ａ１、Ａ２を入射した時、フォトリフラクティブ結晶７の端面の粗さや、フォトリフラクティブ結晶７の欠損により生じる散乱光を種とし、２波混合により入射光がＣ軸（結晶軸）方向に大きく広がるビームファニング現象が観測される。そして、入射光とそれ自身の無数のファニング光が干渉し、回折格子を形成する。
【０００５】
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だが、たまたま入射光のファニング光ともう一方の入射光とが対向伝搬となる時に位相整合条件を満たし、図６（ｂ）に示すように、位相共役光として回折されて出力される。そして、もう一方の入射光も同様に位相共役光として回折され、出力される。なお、図中、Ａ１＊、は、光波Ａ１の位相共役光であり、光波Ａ２の回折光となる。Ａ２＊は、光波Ａ２の位相共役光であり、光波Ａ１の回折光となる。
【０００６】
このような回折格子は、入射光とそれ自身のファニング光と、もう一方の入射光とから発生するファニング光により共有され、それらによる増幅を受けて他の共有されていない回折格子に競合で勝ち残る。その結果、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される。このようにして相互励起型位相共役鏡は形成される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
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結晶７のような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により、互いに接続しようとするチャンネル毎の相互励起型位相共役鏡の回折が制御され、望みのチャネル同士が双方向接続される。
【０００８】
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２参照。）。
【０００９】
図７において、フォトリフラクティブ媒質としての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信号光入力部（I/O port）５と第２信号光入力部（I/O port）６が設けられている。第１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。
【００１０】
第１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。
【００１１】
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。
【００１２】
図７（ａ）に示す接続例では、第１信号光入力部５のチャネルｃｈ１の信号光１と第２信号光入力部６のチャネルｃｈ４の信号光４’との間で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信号光入力部５のチャネルｃｈ１から入力された第１信号光１が第２信号光入力部６のチャネルｃｈ４から出力され、第２信号光入力部６のチャネルｃｈ４から入力された第２信号光４’が第１信号光入力部５のチャネルｃｈ１から出力される。
【００１３】
また、図７（ｂ）に示す接続例では、第１信号光入力部５のチャネルｃｈ２の信号光２と第２信号光入力部６のチャネルｃｈ３の信号光３’との間で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信号光入力部５のチャネルｃｈ２から入力された第１信号光２が第２信号光入力部６のチャネルｃｈ３から出力され、第２信号光入力部６のチャネルｃｈ３から入力された第２信号光３’が第１信号光入力部５のチャネルｃｈ２から出力される。
【００１４】
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信号光と第２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信号光入力部５と第２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。
【００１５】
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（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１６】
この例において、消去光３０は、フォトリフラクティブ結晶７中の回折格子を消去し、結晶相互励起型位相共役鏡の生成を阻害する働きを有する光であり、フォトリフラクティブ結晶７において、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は生成されず、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は生成される。消去光３０の光源は、消去に必要な一定の光強度があれば、自然光あるいはレーザ光のいずれでもかまわない。
【００１７】
図８に描かれた状態例では、第１信号光入力部（I/O port）５のチャネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４が、それぞれ、第２信号光入力部（I/O port）６のチャネルｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４、ｃｈ１に相互に接続されている。
【００１８】
ここで、マトリクス状に配置された消去光３０の照射領域を変化させること、つまり、消去光３０の照射パターンを変化させることによって、第１信号光入力部（I/O port）５と第２信号光入力部（I/O port）６の接続パターンを変更することが可能である。
【００１９】
【非特許文献１】M. D. Ewbank, R. A.Vazquez, R. R. Neurgaonkar and  Jack Feinberg, “ Mutually pumped phase  conjugation in photorefractive strontium  bariumniobate :theory and experiment ”, JOSA B, Volume 7, Issue 12, pp.2306-,December 1990.
【非特許文献２】Shimon Weiss, Mordechai Segev, Shmuel Sternklar,and Baruch Fischer, “ Photorefractive dynamic optical interconnects ”, APPLIED  OPTICS, Vol.27, No.16, 1988.
【非特許文献３】Youhei Kawata, Atsushi Okamoto  and Satoshi Honma,“Experiment on all-optical bi-directional cross-connector with double phase  conjugation mirrors in single photorefractive crystal ”, Proceedings of ODF2002,pp151-152 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、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信号光を用いたインターコネクションでは、双方向に信号を通信することができるものの、たとえば図７（ａ）と図７（ｂ）の接続を共に行うなど、第１信号光入力部５のチャネル毎に第２信号光入力部６の対応するチャネルに相互接続し、複数の接続を共に行うためには、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。
【００２１】
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。
【００２２】
一方、図８に示したような、相互励起型位相共役鏡と消去光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。
【００２３】
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、希望するチャネル同士を双方的に、かつ、効率良く接続することができ、さらに、システム全体のエネルギー効率を高めることができる光インターコネクション装置および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】
【００２４】
上記構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、互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ媒質と、これら両フォトリフラクティブ媒質間に配置されたビームスプリッタと、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力する第１信号光入力部と、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入力する第２信号光入力部と、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光を入力する制御光入力部とを有し、前記ビームスプリッタは前記制御光を反射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力する構成と成し、前記制御光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質内に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第２のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第１の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第１回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第１回折光と前記第２の信号光との相互作用によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質内に前記第２信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第１のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第２の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第２回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第２回折光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対同士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。
【００２５】
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、前記制御光の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を切り替える制御光分布切り替え手段を有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
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、前記第１のフォトリフラクティブ媒質の結合強度と第２のフォトリフラクティブ媒質の結合強度を、それぞれ、前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質にそれぞれ位相共役鏡を形成した後に制御光の入力を停止しても第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を維持できる値に形成する結合強度形成手段が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２７】
さらに、第４の発明の光インターコネクション方法は、互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ媒質の間にビームスプリッタを配置し、複数のチャンネルを持つ第１信号光入力部のそれぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力し、複数のチャンネルを持つ第２信号光入力部のそれぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入力し、かつ、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光を前記ビームスプリッタに入力し、該ビームスプリッタにより前記制御光を反射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力し、前記制御光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質内に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第２のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第１の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第１回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第１回折光と前記第２の信号光との相互作用によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質内に前記第２信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第１のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第２の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第２回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第２回折光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部の接続対のチャンネル同士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。
【００２８】
第５の発明の光インターコネクション方法は、上記第４の発明の構成に加え、前記制御光の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対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。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光インターコネクション装置は、互いに間隔を介して配置された第１と第２のフォトリフラクティブ媒質と、これら両フォトリフラクティブ媒質間に配置されたビームスプリッタと、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入力する第１信号光入力部と、複数のチャンネルを持ちそれぞれのチャンネルから第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入力する第２信号光入力部と、前記第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を決定するための強度分布を持つ制御光を前記ビームスプリッタに入力する制御光入力部とを有して構成されており、装置構成を簡単にできる。
【００３０】
そして、本発明は、前記制御光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質内に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成し、該位相共役鏡から前記第２のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第１の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第１回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第１回折光と前記第２の信号光との相互作用によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質内に前記第２信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、前記第１回折光と前記第２の信号光とを制御光の強度分布に応じて接続できる。
【００３１】
そして、第２のフォトリフラクティブ媒質に形成した位相共役鏡から前記第１のフォトリフラクティブ媒質に向けて発生する前記第２の信号光の回折光を前記制御光の強度分布を持った第２回折光として前記ビームスプリッタを透過させて第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記第２回折光と前記第１の信号光との相互作用によって前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１信号光入力部のチャンネルごとの位相共役鏡を形成することにより、第２回折光と第１の信号光とを制御光の強度分布に応じて接続できる。
【００３２】
これらの接続により、第１の信号光と対応する第２の信号光とを対応する１対１の接続対（制御光によって決定されるチャンネル接続対）で双方向接続できる。また、この接続により、前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射した前記第１回折光を回折して第１の信号光として前記第２信号光入力部の対応するチャンネルから出力し、前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射した前記第２回折光を回折して第２の信号光として前記第１信号光入力部の対応するチャンネルから出力することができる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、上記双方向の接続は、同時に複数のチャネル間で実現でき、かつ、チャネル同士の接続は、それぞれ1対1で行われるので、時分割多重信号を用いる必要がなく、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。
【００３４】
さらに、本発明の光インターコネクション装置によれば、第１信号光入力部から入力した第１の信号光を第２信号光入力部の対応するチャンネルから出力し、第２信号光入力部から入力した第２の信号光を第１信号光入力部の対応するチャンネルから出力することができるので、入力と出力に同一のポートを用いるため、送信と受信のそれぞれに別々の素子を用意しなくてもすみ、素子点数の低減を図ることができるし、系の集積化も可能となる。
【００３５】
さらに、本発明において、制御光の強度分布を切り替えることにより第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を切り替える構成によれば、制御光の強度分布を切り替えることにより、第１の信号光と第２の信号光との接続パターンを電気的あるいは機械的な操作を伴う必要なく純光学的に変更することができる。
【００３６】
さらに、本発明において、第１のフォトリフラクティブ媒質の結合強度と第２のフォトリフラクティブ媒質の結合強度を、それぞれ、該第１と第２のフォトリフラクティブ媒質にそれぞれ位相共役鏡を形成した後に制御光の入力を停止しても第１信号光入力部と第２信号光入力部のチャンネル接続対を維持できる値に形成する構成によれば、接続パターンが確立した後は、接続を維持するための制御光を入射する必要がないため、エネルギー損失を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施形態例を図面に基づいて説明する。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する。
【００３８】
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の要部構成が、その動作と共に模式的に示されている。本実施形態例の光インターコネクション装置は、２つの相互励起型位相共役鏡を用いた装置であり、以下にその詳細について説明する。
【００３９】
同図に示すように、本実施形態例の光インターコネクション装置は、第１のフォトリフラクティブ媒質としての第１のフォトリフラクティブ結晶７と、該第１のフォトリフラクティブ結晶７と間隔を介して配置された、第２のフォトリフラクティブ媒質としての第２のフォトリフラクティブ結晶８と、これら両フォトリフラクティブ結晶７，８間に配置されたビームスプリッタ９とを有している。ビームスプリッタ９と第１、第２のフォトリフラクティブ結晶７，８との間には、それぞれ、シリンドリカルレンズ１１，１２が設けられている。
【００４０】
また、本実施形態例の光インターコネクション装置は、第１のフォトリフラクティブ結晶７に第１の信号光を入力する第１信号光入力部（I/O port）５と、第２のフォトリフラクティブ結晶８に第２の信号光を入力する第２信号光入力部（I/O port）６と、制御光１０を前記ビームスプリッタ９に向けて斜めの方向から入力する制御光入力部１３とを有している。
【００４１】
前記第１信号光入力部５は、垂直方向に配列した複数のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４を持ち、それぞれのチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４から、例えば互いに異なる第１の信号光を前記第１のフォトリフラクティブ結晶７に入力するものであり、チャネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４からそれぞれ、信号光１、２、３、４を入力する。
【００４２】
また、前記第２信号光入力部６は、水平方向に配列した複数のチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８を持ち、それぞれのチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８から、例えば互いに異なる第２の信号光を前記第２のフォトリフラクティブ結晶８に入力するものであり、チャネルｃｈ５、ｃｈ６、ｃｈ７、ｃｈ８からそれぞれ、信号光１’、２’、３’、４’を入力する。
【００４３】
前記制御光入力部１３は、前記第１信号光入力部５と第２信号光入力部６のチャンネル接続対を決定するための、ｎ×ｎ（ここでは、ｎは４）の二次元マトリクス状の強度分布を持つ制御光１０を入力するものである。図１の例において、この強度分布は、部位ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４において予め定めた設定強度を有する分布であり、これ以外の部位には制御光１０の分布はないが、図１では、その分布構成を分かりやすくするために、格子線を記している。
【００４４】
また、本実施形態例では、制御光１０の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部５のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４と第２の信号光入力部６のチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８の接続対を切り替えて、第１の信号光と第２の信号光との接続対を切り替える制御光分布切り替え手段（図示せず）を有している。この制御光分布切り替え手段は、例えば制御光入力部１３に設けられており、適宜の部位に光透過領域を有するスリットを複数有し、そのスリットを選択的に切り替えることにより制御光１０の強度分布を切り替える等、適宜の手法を用いて、制御光１０の強度分布を切り替える。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、前記ビームスプリッタ９は前記制御光１０を反射して前記第１のフォトリフラクティブ結晶７に入力する構成と成している。
【００４６】
また、本実施形態例において、２つのフォトリフラクティブ結晶７，８の方位角度、各光波（信号光１〜４、１’〜４’および制御光１０）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７，８中に相互励起型位相共役鏡を誘起するように配置されている。そして、本実施形態例は、以下のようにして、第１と第２のフォトリフラクティブ結晶７，８に、それぞれ、相互励起型の位相共役鏡を形成し、第１の信号光と第２の信号光とを接続する。
【００４７】
すなわち、まず、制御光１０をビームスプリッタ９で反射させ、シリンドリカルレンズ１１を介して第１のフォトリフラクティブ結晶７に入力する。シリンドリカルレンズ１１は、制御光１０を水平方向において縮小してそのマトリクスの行成分を垂直方向に一列に並べ、その状態で、制御光１０をフォトリフラクティブ結晶７に入射する。
【００４８】
そして、制御光１０と前記第１の信号光１〜４とを第１のフォトリフラクティブ結晶７内で交差させ、この交差領域に、両光の相互作用により、前記第１信号光入力部５のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４ごとの相互励起型位相共役鏡（以下、位相共役鏡という）１５を形成する。
【００４９】
すなわち、図１（ａ）においては制御光１０の部位ｃ１とチャンネルｃｈ1からの信号光１との間で位相共役鏡１５が形成され、同様に、部位ｃ２とチャンネルｃｈ２からの信号光２、部位ｃ３とチャンネルｃｈ３からの信号光３、部位ｃ４とチャンネルｃｈ４からの信号光４との間で、それぞれ位相共役鏡１５が形成される。
【００５０】
そして、これらの位相共役鏡１５により、第１信号光入力部５からの第１の信号光１〜４は制御光１０の位相共役光として回折され、位相共役鏡１５から前記第２のフォトリフラクティブ結晶８に向けて、前記第１の信号光１〜４の回折光が発生する。これらの回折光は、図１（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１１に入射した後、水平方向に広げられて、前記制御光１０と同じ空間分布を持つ第１回折光として、ビームスプリッタ９に入射し、透過する。そして、シリンドリカルレンズ１２に入射し、シリンドリカルレンズ１２によって垂直方向が縮小され、水平方向に一列に並べられて、第２のフォトリフラクティブ結晶８に入射する。
【００５１】
そうすると、前記第１回折光と前記第２の信号光との交差領域に、両光の相互作用により、前記第２信号光入力部６のチャンネルごとの位相共役鏡１６が第２のフォトリフラクティブ結晶８内に形成される。
【００５２】
すなわち、図１（ｂ）においてはｃｈ１からの信号光１の回折光とｃｈ８から信号光４’、ｃｈ２からの信号光２の回折光とｃｈ５からの信号光１’、ｃｈ３からの信号光３の回折光とｃｈ６からの信号光２’、ｃｈ４からの信号光４の回折光とｃｈ７からの信号光３’との間で、それぞれ位相共役鏡が形成される。
【００５３】
これらの位相共役鏡１６により、第１信号光入力部５からの第１の信号光の回折光（第１回折光）は、第２の信号光の位相共役光として回折され、第１の信号光として前記第２信号光入力部６の対応するチャンネルから出力される。
【００５４】
また、第２のフォトリフラクティブ結晶８に入射した第２の信号光１’〜４’は、第１回折光の位相共役光として回折され、位相共役鏡１６から前記第１のフォトリフラクティブ結晶７に向けて、前記第２の信号光１’〜４’の回折光が発生する。この回折光は、シリンドリカルレンズ１２に入射し、シリンドリカルレンズ１２内で垂直方向に広げられて、第１回折光と同じ空間分布（つまり、制御光１０と同じ空間分布）を持つ第２回折光として、ビームスプリッタ９に入射する。そして、ビームスプリッタ９を透過した後、シリンドリカルレンズ１１に入射する。その後、シリンドリカルレンズ１１で水平方向が縮小され、垂直方向に一列に並べられて、第１のフォトリフラクティブ結晶７に入射する。
【００５５】
この第１のフォトリフラクティブ結晶７に入射した前記第２回折光は、第１のフォトリフラクティブ結晶７内で、第１の信号光１〜４と交差し、両光の相互作用により、前記第１信号光入力部５のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４ごとの位相共役鏡１５を第１のフォトリフラクティブ結晶７内に形成する。そして、第１の信号光１〜４は第２回折光の位相共役光として回折される。つまり、位相共役鏡１５から前記第２のフォトリフラクティブ結晶８に向けて、前記第１の信号光１〜４の回折光が発生し、この回折光は前記第１回折光として、前記と同様に第２のフォトリフラクティブ結晶８側に進む。
【００５６】
また、第１のフォトリフラクティブ結晶７に入射した前記第２回折光は、位相共役鏡１５で回折して第２の信号光として前記第１信号光入力部の対応するチャンネルに接続され、それぞれのチャンネルから出力される。
【００５７】
このようにして、本実施形態例では、第１信号光入力部５のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４と第２信号光入力部６の対応するチャネルｃｈ５〜ｃｈ８とがそれぞれ双方向的に接続される。図１（ｂ）においてはｃｈ１とｃｈ８、ｃｈ２とｃｈ５、ｃｈ３とｃｈ６、ｃｈ４とｃｈ７とがそれぞれ接続されている。
【００５８】
また、本実施形態例のインターコネクションにおいては、一旦、２つのフォトリフラクティブ結晶７，８中にそれぞれ位相共役鏡１５，１６が形成されると、対応する信号光入力部５，６からそれぞれの結晶７，８に入射している信号光が位相共役鏡１５，１６によって回折され、互いに他方の位相共役鏡１６，１５に入射し、位相共役鏡１５，１６を形成する格子を強める働きをする。
【００５９】
この働きの程度は、フォトリフラクティブ媒質である第１と第２のフォトリフラクティブ結晶７，８の結合強度に依存し、これら２つの結晶７，８中で十分に大きな結合強度が得られる場合には、図１（ｃ）に示すように、制御光１０を遮断した後でも２つの結晶７，８中の位相共役鏡１５，１６は維持されるため、チャネル同士の接続が維持される。
【００６０】
なお、フォトリフラクティブ結晶７，８の結合強度とは、結晶固有のパラメータおよび、位相共役鏡１５，１６を形成するために入力される２つの入射光の角度（２つの入射光同士の成す角度）により決定される結合係数γと、前記２つの入射光の相互作用長Ｌとの積、γＬで与えられるパラメータである。
【００６１】
そこで、本実施形態例では、第１のフォトリフラクティブ結晶７と第２のフォトリフラクティブ結晶８の結合強度を、それぞれ、該第１と第２のフォトリフラクティブ結晶７，８にそれぞれ位相共役鏡１５，１６を形成した後に制御光１０の入力を停止しても、第１信号光入力部５のチャンネルと第２信号光入力部６の対応するチャンネルとの接続対を維持できる値に形成する結合強度形成手段（図示せず）を設けており、上記チャンネル同士の接続が維持できる。
【００６２】
さらに、本実施形態例では、制御光１０の強度分布を切り替えることにより、第１信号光入力部５のチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４と第２の信号光入力部６のチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８の接続対を切り替えて、第１の信号光と第２の信号光との接続対を切り替える制御光分布切り替え手段を有しているので、制御光１０の強度分布を切り替えることにより、第１の信号光と第２の信号光との接続パターンを、電気的あるいは機械的な操作を伴う必要なく純光学的に変更することができる。
【００６３】
以下、本実施形態例のインターコネクションにおいて位相共役鏡１５，１６を形成した後に制御光１０を遮断した場合の、結合強度に対する接続効率について検討する。
【００６４】
まず、本実施形態例のインターコネクションにおける２つの位相共役鏡１５，１６の座標系を図２のように仮定すると、光ビームの変化を表わす結合波動方程式は、以下の式（数１）〜（数５）で表される。
【００６５】
【数１】
2005189844.tif 000003
【００６６】
【数２】
2005189844.tif 000004
【００６７】
【数３】
2005189844.tif 000005
【００６８】
【数４】
2005189844.tif 000006
【００６９】
【数５】
2005189844.tif 000007
【００７０】
ただし、γmはフォトリフラクティブ効果の結合係数であり、Ａｍｎ（ｎ＝１〜４）は各光ビームの複素振幅、Ｉｍ０は全入射強度を表している。また、添え字ｍはそれぞれ、第１のフォトリフラクティブ媒質である第１のフォトリフラクティブ結晶７（ｍ＝１）、第２のフォトリフラクティブ媒質である第２のフォトリフラクティブ結晶８（ｍ＝２）を表している。
【００７１】
ここで、境界条件について考察すると、第１のフォトリフラクティブ結晶７のｚ＝０において、入射ビームＡ１１の回折光であるＡ１２はまだ強度が０であるため、Ａ１２（０）＝０とおける。また、ｚ＝Ｌ１において、Ａ１３の回折光であるＡ１４の強度も０であるため、Ａ１４（Ｌ１）＝０とおける。同様に、第２のフォトリフラクティブ結晶８についても、Ａ２２（０）＝０およびＡ２４（Ｌ２）＝０とおけるから、これらをまとめると以下の式（数６）ようになる。
【００７２】
【数６】
2005189844.tif 000008
【００７３】
以上の式（数１）〜（数６）に対して格子積分法を用いて光ビームの分布を計算すると以下の式（数７）〜（数１０）のようになる。
【００７４】
【数７】
2005189844.tif 000009
【００７５】
【数８】
2005189844.tif 000010
【００７６】
【数９】
2005189844.tif 000011
【００７７】
【数１０】
2005189844.tif 000012
【００７８】
ここでＵｍは以下の式（数１１）で与えられる変数であり、（数１１）のＧｍは（数１２）で与えられる。なお、（数１１）のｚ’は積分変数である。
【００７９】
【数１１】
2005189844.tif 000013
【００８０】
【数１２】
2005189844.tif 000014
【００８１】
Ｕｍはumのｚ＝Ｌｍで以下の式（数１３）を満たす。
【００８２】
【数１３】
2005189844.tif 000015
【００８３】
また、接続効率ＣＥと信号光の入射強度比ｑを以下の式（数１４）、（数１５）ように定義する。
【００８４】
【数１４】
2005189844.tif 000016
【００８５】
【数１５】
2005189844.tif 000017
【００８６】
ここで入射強度比ｑは、本インターコネクションに外部から入力する光信号の強度比を表わしており、実際上は任意に定めることができる量である。これに対し、接続効率ＣＥは、図２において、第１のフォトリフラクティブ結晶７の左側から入力された第１の信号光が、どの程度の割合で、第２のフォトリフラクティブ結晶８の右側に出力されるかを表わしているので、本インターコネクションの性能を直接的にあらわす指標である。この値が大きい方が、当然、性能が良い。
【００８７】
さらに、第１のフォトリフラクティブ結晶７と第２のフォトリフラクティブ結晶８との間にはビームスプリッタが存在するため、この損失を考慮した光ビームの境界条件を以下の式（数１６）、（数１７）のように与えることができる。
【００８８】
【数１６】
2005189844.tif 000018
【００８９】
【数１７】
2005189844.tif 000019
【００９０】
ここで、αはビームスプリッタの反射率を表している。
【００９１】
式(数１３)〜（数１７）を用いると、最終的に接続効率ＣＥは以下の式（数１８）〜（数２０）で表わされる。
【００９２】
【数１８】
2005189844.tif 000020
【００９３】
【数１９】
2005189844.tif 000021
【００９４】
【数２０】
2005189844.tif 000022
【００９５】
式（数１８）〜（数２０）を用い、またフォトリフラクティブ結晶７の結合強度γＬ１とフォトリフラクティブ結晶８の結合強度γＬ２とが等しく、ビームスプリッタの反射率は十分小さくすることができるのでα＝０と仮定し、かつ入射強度比がｑ=1の場合での結合強度を（数２１）として、この結合強度に対する接続効率ＣＥのグラフを書くと図３に示すようになる。
【００９６】
【数２１】
2005189844.tif 000023
【００９７】
図３は、本実施形態例において位相共役鏡１５，１６を形成した後に制御光１０を遮断した場合の、結合強度に対する接続効率を表わしている。この結果より、結合強度が２．５以上の時には制御光遮断後にも接続効率が存在する、つまり２つのフォトリフラクティブ結晶７，８中の位相共役鏡１５，１６が維持されることが分かる。結合強度がより大きい場合には、より大きな接続効率が得られる。そこで、本実施形態例の場合、前記結合強度形成手段により、第１のフォトリフラクティブ結晶７と第２のフォトリフラクティブ結晶８の結合強度を２．５以上としている。なお、接続効率は一つの結合強度に対して２値をとるが、特別な操作をしなければ通常は上の値が観測される。
【００９８】
このことから、２つのフォトリフラクティブ結晶７，８中で結合強度が２．５以上得られる場合には、制御光１０を遮断した後も、信号光のみで位相共役鏡１５，１６は維持され、第１信号光入力部５のチャネルｃｈ１〜ｃｈ４と第２の信号光入力部６の対応するチャンネルｃｈ５〜ｃｈ８同士の接続を保持することができ、エネルギー損失の少ないインターコネクションが可能となる。
【００９９】
（実施例）
以下、本発明のより具体的な実施例について説明する。この実施例の光インターコネクションの実験系を図４に示す。フォトリフラクティブ媒質としてのフォトリフラクティブ結晶７，８として、５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのＢａＴｉＯ３結晶を用い、レーザ光源としてアルゴンイオンレーザ（可視域５１４．５ｎｍ、緑色の光を発信する）７５を用いた。
【０１００】
なお、ここで、本実験は制御光遮断時の接続の維持を目的として行われており、最も基本的な場合として、レーザ７５のレーザ光を利用した１×１のインターコネクションを行っている。図４の実験系において、ＢＳはビームスプリッタ９，４７，４８、Ｍはミラー５１〜５４、ＨＷＰは半波長板４１〜４６、ＰＢＳは偏光ビームスプリッタ３１〜３５、ＰＤは光パワーメータ２１，２２である。実験では制御光を入射してチャネル同士を双方接続した後、光パワーメータ２１，２２で位相共役光を測定することにより接続が保持されている様子を観察した。
【０１０１】
図５（ａ）、（ｂ）に実験結果を示す。図５（ａ）には、ＰＤ（光パワーメータ）２１による観測結果、図５（ｂ）には、ＰＤ２２による観測結果をそれぞれ示す。これらの結果より５００秒以上もの間、第１の信号光と第２の信号光との接続が保持されていることがわかる。
【０１０２】
なお、従来手法では制御光の照射を停止した後、結晶の時定数程度で接続は消滅してしまう。ＢａＴｉＯ３結晶の時定数は1秒程度であり、本発明のインターコネクションでは時定数の５００倍以上もの間、制御光無しでの接続の保持が可能であることになる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施形態例およびその実施例に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。例えば、上記実施形態例では、第１、第２のフォトリフラクティブ媒質は、いずれも結晶７，８により形成したが、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。
【０１０４】
また、上記実施形態例では、２×２のマトリクス状の強度分布を有する制御光１０を用いたが、制御光１０の強度分布は適宜設定されるものであり、この制御光１０の強度分布によって、第１信号光入力部５と第２信号光入力部６のチャンネル接続対を適宜決定できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【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における光インターコネクションの形成過程を示す説明図である。
【図２】光インターコネクションの接続モデルを示す説明図である。
【図３】上記実施形態例における結合強度に対する接続効率を示すグラフである。
【図４】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における接続自己保持の実験系を示す説明図である。
【図５】図４の実験系を用いた実験の結果を示すグラフである。
【図６】位相共役鏡の形成過程を示す説明図である。
【図７】位相共役鏡と時分割多重光信号を用いる光インターコネクションを示す説明図である。
【図８】位相共役鏡と消去光を用いた光インターコネクションを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０６】
５  第１信号光入力部
６  第２信号光入力部
７，８  フォトリフラクティブ結晶
９  ビームスプリッタ
１１，１２  シリンドリカルレンズ
１３  制御光入力部
１５，１６  位相共役鏡
２１，２２  フォトダイオード
【図２】
2005189844.tif 000024
【図３】
2005189844.tif 000025
【図４】
2005189844.tif 000026
【図５】
2005189844.tif 000027
【図６】
2005189844.tif 000028
【図１】
2005189844.tif 000029
【図７】
2005189844.tif 000030
【図８】
2005189844.tif 000031