(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号が時分割で多重化された時分割多重信号光を分離するための分離回路であって、
テラヘルツ波発生器を有して構成され、前記時分割多重信号光を前記テラヘルツ波発生器に入力させテラヘルツ波に変換して出力するテラヘルツ波発生部と、
複数のテラヘルツ波検出器を有して構成され、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれでゲート光が入射されることによって前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、を備え、
前記テラヘルツ波検出部は、
前記テラヘルツ波検出器による前記テラヘルツ波の検出タイミングを決定する前記ゲート光の前記テラヘルツ波検出器への入射タイミングが、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、前記時分割多重信号光に含まれる前記複数の信号のそれぞれに対応する異なるタイミングに設定されることを特徴とする時分割光分離回路。
【請求項２】
前記テラヘルツ波検出部は、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに前記ゲート光を供給する複数のゲート光源と、前記複数のゲート光源からの前記ゲート光の出射タイミングをそれぞれ異なるタイミングに設定するゲート光制御手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の時分割光分離回路。
【請求項３】
前記テラヘルツ波検出部は、前記ゲート光を供給するゲート光源と、前記ゲート光源からの前記ゲート光を分岐して前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに供給する光分岐手段と、前記光分岐手段によって分岐された前記ゲート光のそれぞれに対して設置されて、それぞれ異なる遅延時間を与える光遅延手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の時分割光分離回路。
【請求項４】
前記テラヘルツ波発生器から出力された前記テラヘルツ波を、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに入力されるように導光するテラヘルツ波導光部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の時分割光分離回路。
【請求項５】
前記テラヘルツ波発生部に入力される前記時分割多重信号光を前記複数のテラヘルツ波検出器の個数と同一数の信号光に分配する光分配部をさらに備えるとともに、
前記テラヘルツ波発生部は、前記光分配部において分配された信号光のそれぞれが入力されるように設置された複数の前記テラヘルツ波発生器を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の時分割光分離回路。
【請求項６】
複数の前記テラヘルツ波発生器のそれぞれと、前記複数のテラヘルツ波検出器のうちのそれぞれ対応する前記テラヘルツ波検出器とが一体化された複数のテラヘルツ波素子を備えることを特徴とする請求項５記載の時分割光分離回路。
【請求項７】
前記テラヘルツ波検出部は、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、前記テラヘルツ波検出器内を通過した前記ゲート光を検出する光検出器を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の時分割光分離回路。
【請求項８】
前記テラヘルツ波検出部において、前記テラヘルツ波検出器に入射される前記ゲート光の波長が、前記複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、異なる波長に設定されるとともに、
前記テラヘルツ波検出部の前記複数のテラヘルツ波検出器内をそれぞれ通過した前記ゲート光を単一の信号光に合波する光合波部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の時分割光分離回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数１ＴＨｚ（テラヘルツ）周辺の電磁波であるテラヘルツ波を利用した時分割光分離回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムのさらなる大容量化の要請を背景として、光ファイバの持つ広帯域性を活かす大容量伝送技術の研究開発が活発に行われている。このような大容量化を実現するための多重化方式としては、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）、及び時分割多重方式（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）がある。このうち、ＴＤＭ方式では、複数の信号が時分割で多重化された時分割多重信号光によって大容量伝送を実現する（「レーザー研究, ２７巻４号, pp.231-239 (1999)」参照）。
【０００３】
ＴＤＭ方式においては、高速で動作する多重化回路（マルチプレクサ、ＭＵＸ）及び分離回路（デマルチプレクサ、ＤＥＭＵＸ）の開発が不可欠である。時分割多重信号光に対して時分割多重分離を行う分離回路としては、従来は主に電子回路が利用されている。しかしながら、ＴＤＭ方式で高速化を進めて、さらに増大する情報量に対応しようとすると、電子回路の動作速度は現状では１００Ｇｂｉｔ／ｓ程度が上限となるため、分離回路の動作速度の高速化などが制限されてしまう。この動作速度の問題を克服するため、時分割分離回路として、光回路を用いて信号光を多重分離する全光信号処理による時分割光分離回路が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
全光信号処理による時分割光分離回路としては、（１）高強度の制御パルスのＸＰＭ（Cross-Phase Modulation）効果により信号パルス列の周波数がシフトするほど位相変調を加え、光ＷＤＭのように信号を分離する方法、（２）制御光としてチャープしたクロック光を用い、信号光パルスとの四光波混合効果によってＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路を構成する方法、（３）１：２の光カースイッチをツリー状に多段に接続する方法、などが提案されている（例えば、「Electron. Lett., vol.28, pp.1070-1072 (1992)」、「OplusE, １４巻７号, pp.101-110 (1992)」参照）。
【０００５】
上記した全光型の時分割光分離回路では、非線型効果であるＸＰＭ、四光波混合、カー効果などを利用しており、光回路として１ｐｓ以下の応答速度が期待される。しかしながら、強力な制御光やチャープ光などを扱う必要があるため、装置構成の簡単化や取り扱いの容易さの点で問題がある。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、高速な応答速度が得られるとともに、その構成を簡単化することが可能な時分割光分離回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による時分割光分離回路は、複数の信号が時分割で多重化された時分割多重信号光を分離するための分離回路であって、（１）テラヘルツ波発生器を有して構成され、時分割多重信号光をテラヘルツ波発生器に入力させテラヘルツ波に変換して出力するテラヘルツ波発生部と、（２）複数のテラヘルツ波検出器を有して構成され、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれでゲート光が入射されることによってテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、を備え、（３）テラヘルツ波検出部は、テラヘルツ波検出器によるテラヘルツ波の検出タイミングを決定するゲート光のテラヘルツ波検出器への入射タイミングが、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、時分割多重信号光に含まれる複数の信号のそれぞれに対応する異なるタイミングに設定されることを特徴とする。
【０００８】
本願発明者は、時分割光分離回路に用いるものとして、光信号（光波）と高速電気信号（電波）との中間の周波数域にあるテラヘルツ波に着目した。テラヘルツ波は、周波数１ＴＨｚ（テラヘルツ）周辺の電磁波領域（テラヘルツ波領域、例えばおよそ１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、あるいはさらにその周辺領域を含んだ広い周波数領域を指す）にある電磁波である。近年、光スイッチ素子や電気光学結晶（ＥＯ結晶、Electro-Optic Crystal）などを用いたそのようなテラヘルツ波光源・発生器や検出器の開発が進められつつあり、様々な技術分野への応用が検討されている（例えば、「レーザー研究２６巻７号 pp.515−521 (1998)」参照）。
【０００９】
テラヘルツ波検出器では、光スイッチ素子やＥＯ結晶を用いた場合のプローブ光など、検出器にゲート光を入射することによってテラヘルツ波の検出が行われる。したがって、それぞれの検出器によるテラヘルツ波の検出タイミングはこのゲート光供給のタイミングによって制御可能である。
【００１０】
上記した時分割光分離回路においては、時分割多重信号光をテラヘルツ波発生部でテラヘルツ波に一端変換し、そのテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部の複数のテラヘルツ波検出器に入力させる。そして、それぞれのテラヘルツ波検出器に対して設定されるゲート光による検出タイミングを、時分割多重信号光に含まれる複数の信号のそれぞれに対応するテラヘルツ波成分が検出器に到達するそれぞれ異なるタイミングとする。これによって、時分割で多重化された各信号をそれぞれのテラヘルツ波検出器で検出して分離する光分離回路が実現される。
【００１１】
テラヘルツ波としては、例えば１０ＴＨｚ以上などの高周波数のテラヘルツ波を用いることが可能であり、高速の分離処理が実現される。また、強力な制御光やチャープ光などの特殊な光を扱う必要がないので、その装置構成についても簡単化することができる。また、装置の取り扱いもこれによって容易化される。
【００１２】
テラヘルツ波検出部の構成としては、例えば、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれにゲート光を供給する複数のゲート光源と、複数のゲート光源からのゲート光の出射タイミングをそれぞれ異なるタイミングに設定するゲート光制御手段と、を有する構成とすることが、検出タイミングの設定を効率的に行う上で好ましい。この構成では、各ゲート光源からの出射タイミングによって、検出器へのゲート光の入射タイミングを設定することができる。
【００１３】
あるいは、テラヘルツ波検出部は、ゲート光を供給するゲート光源と、ゲート光源からのゲート光を分岐して複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに供給する光分岐手段と、光分岐手段によって分岐されたゲート光のそれぞれに対して設置されて、それぞれ異なる遅延時間を与える光遅延手段と、を有する構成とすることが好ましい。この構成では、それぞれのテラヘルツ波検出器へのゲート光に対して設けられた光遅延手段において、それぞれ異なる遅延時間によって異なるタイミングを設定することができる。
【００１４】
また、テラヘルツ波発生器から出力されたテラヘルツ波を、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに入力されるように導光するテラヘルツ波導光部を備えることを特徴とする。
【００１５】
テラヘルツ波をそのまま自由空間を伝搬させてテラヘルツ波検出部に入力することも可能であるが、レンズやミラーなどの光学要素を組み合わせた導光部を用いることによって、それぞれのテラヘルツ波検出器へのテラヘルツ波の入力を良好な条件で実現することができる。
【００１６】
また、テラヘルツ波発生部に入力される時分割多重信号光を複数のテラヘルツ波検出器の個数と同一数の信号光に分配する光分配部をさらに備えるとともに、テラヘルツ波発生部は、光分配部において分配された信号光のそれぞれが入力されるように設置された複数のテラヘルツ波発生器を有することを特徴とする。
【００１７】
単一のテラヘルツ波発生器からのテラヘルツ波をすべてのテラヘルツ波検出器に入力させるのではなく、それぞれのテラヘルツ波検出器に対応させてテラヘルツ波発生器を設ける構成とすることによって、各検出器へのテラヘルツ波の入力条件を一様にすることができる。この場合さらに、複数のテラヘルツ波発生器のそれぞれと、複数のテラヘルツ波検出器のうちのそれぞれ対応するテラヘルツ波検出器とが一体化された複数のテラヘルツ波素子を備える構成とすることが好ましい。このとき、発生器から検出器へのテラヘルツ波の伝搬の効率を特に向上させることができる。
【００１８】
また、テラヘルツ波検出部は、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、テラヘルツ波検出器内を通過したゲート光を検出する光検出器を有することを特徴としても良い。このような構成はプローブ光をゲート光として、テラヘルツ波検出器を通過した出力ゲート光によってテラヘルツ波を検出する場合に用いることができる。このようなテラヘルツ波検出器としては、ＥＯ結晶などがある。なお、光スイッチ素子の場合には、その出力として直接電気信号が得られるので、出力光を電気信号に変換する光検出器を設ける必要はない。
【００１９】
さらに、テラヘルツ波検出部において、テラヘルツ波検出器に入射されるゲート光の波長が、複数のテラヘルツ波検出器のそれぞれに対して、異なる波長に設定されるとともに、テラヘルツ波検出部の複数のテラヘルツ波検出器内をそれぞれ通過したゲート光を単一の信号光に合波する光合波部をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
上記したように出力ゲート光を利用する場合、その出力ゲート光の段階で既に時分割多重信号が分離されている。したがって、その光をそのまま合波して利用するなど、光検出器によって電気信号に変換しない構成が可能である。さらに、それらのゲート光の波長をそれぞれ異なるものとしておけば、ＴＤＭ−ＷＤＭ変換を実現することが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による時分割光分離回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、時分割光分離回路の第１の実施形態を示す構成図である。この時分割光分離回路は、テラヘルツ波発生部１、テラヘルツ波導光部２、及びテラヘルツ波検出部３から構成されている。
【００２３】
テラヘルツ波発生部１は、テラヘルツ波発生器１０を備えている。本実施形態においては、テラヘルツ波発生器１０としてＺｎＴｅ結晶やＤＡＳＴなどの電気光学結晶（ＥＯ結晶）１０ａが用いられている。このＥＯ結晶１０ａに、光伝送路である光ファイバ線路６０を伝送されてきた時分割多重信号光（時分割で多重化された複数の信号を含む信号光）が集光レンズ６１を介して入力されると、時分割多重信号光に含まれる光パルスが励起光となって、電気光学効果（ＥＯ効果）である逆ポッケルス効果による光整流作用が生じ、これによってテラヘルツ波が発生される。
【００２４】
テラヘルツ波発生部１のＥＯ結晶１０ａからのテラヘルツ波は、シリコンレンズ２１、軸外し放物面ミラー２２、及びシリコンレンズ２３を含むテラヘルツ波導光部２によって、テラヘルツ波検出部３へと導光される。すなわち、ＥＯ結晶１０ａで時分割多重信号光によって発生されたテラヘルツ波は、シリコンレンズ２１を介して自由空間に出力される。そして、自由空間を伝搬するテラヘルツ波は、軸外し放物面ミラー２２によってその伝搬方向がテラヘルツ波検出部３への入力方向に変換されるともに、ほぼ平行な光にコリメートされる。コリメートされたテラヘルツ波は、シリコンレンズ２３を介してテラヘルツ波検出部３へと入力される。
【００２５】
テラヘルツ波検出部３は、所定個数（複数）のテラヘルツ波検出器３０を備えて構成される。図１に示されている構成例においては、複数のテラヘルツ波検出器として４個のテラヘルツ波検出器３０1〜３０4を示してある。テラヘルツ波検出器３０としては、いずれもテラヘルツ波発生器１０と同様に、ＺｎＴｅ結晶やＤＡＳＴなどのＥＯ結晶３０ａが用いられている。このＥＯ結晶３０ａにテラヘルツ波がシリコンレンズ２３を介して入力されると、テラヘルツ波の電界の影響により、ポッケルス効果によってＥＯ結晶内で複屈折率変化を生じる。
【００２６】
さらに、このテラヘルツ波検出部３には、テラヘルツ波検出器３０（３０1〜３０4）のそれぞれに対して、ゲート光源３１、偏光ビームスプリッタ３３、及び光検出器３４が設置されている。ゲート光源３１は、テラヘルツ波検出器３０に対して、テラヘルツ波検出を行うための光パルスをゲート光として供給するものである。ゲート光源３１から出射されたゲート光は、偏光ビームスプリッタ３３を通過して所定の偏光状態とされて、プローブ光としてＥＯ結晶３０ａへと入射される。
【００２７】
ＥＯ結晶３０ａのシリコンレンズ２３側（テラヘルツ波が入力される側）の面には、ゲート光を反射させる反射面３６が、蒸着されたミラーなどによって形成されている。これにより、ゲート光はＥＯ結晶３０ａ内を通過した後に反射面３６によって反射されてＥＯ結晶３０ａから外部に再び出射される。そして、その偏光状態によって一部が偏光ビームスプリッタ３３で分岐されずに通過して、光検出器３４へと到達して検出される。光検出器３４としては、例えば高速フォトダイオード（ＰＤ）などを適用することができる。
【００２８】
ここで、ＥＯ結晶３０ａにテラヘルツ波が入力されると、ゲート光が通過するＥＯ結晶３０ａ内の複屈折率が、上記したようにポッケルス効果によって通常の状態から変化する。このとき、反射面３６によって反射されて戻っていく出力ゲート光の偏光状態が変化し、したがって、偏光ビームスプリッタ３３を通過して光検出器３４で検出される光の強度（入射されたゲート光の強度に対する強度比）が変化する。その強度変化は、複屈折率の変化度、すなわち入力されたテラヘルツ波の強度に依存する。
【００２９】
以上より、光検出器３４で検出される出力ゲート光の強度変化は、それぞれのテラヘルツ波検出器３０のＥＯ結晶３０ａに入力されたテラヘルツ波の強度に対応している。また、テラヘルツ波発生部１において生成されてテラヘルツ波検出部３へと導光されるテラヘルツ波は、上述したように、テラヘルツ波発生器１０のＥＯ結晶１０ａに入力された時分割多重信号光に対応している。したがって、光検出器３４で検出される光強度変化を示す信号として得られる光検出器３４からの電気信号は、ゲート光のＥＯ結晶３０ａへの入射タイミングによって決定される検出タイミングにおける時分割多重信号光に含まれる光パルスの状態を示すものとなる。
【００３０】
各ゲート光源３１からのゲート光の出射タイミング（ＥＯ結晶３０ａへのゲート光の入射タイミング＝検出タイミング）は、ゲート光制御部３２によって制御されている。この時分割光分離回路では、このゲート光制御部３２によって制御されるゲート光の出射タイミングを、それぞれのテラヘルツ波検出器３０1〜３０4に対応する各ゲート光源３１に対して異なるタイミングに設定することによって、各検出器３０で検出されるテラヘルツ波に対応する時分割多重信号光の各信号（光パルス）をそれぞれ異なる信号に設定して、時分割多重信号の分離を実現している。
【００３１】
時分割多重信号の分離について、具体的な例を示しつつさらに説明する。図１には、光ファイバ線路６０に沿って、時分割光分離回路に入力される時分割多重信号光の信号列（光パルス列）の一例を示してある。この例での多重信号光は、時分割された４つの入力信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を、この時間順序で光パルスとして含んでいる。これらの信号のうち、入力信号Ａ１、Ａ３、Ａ４は１の状態（光パルスＯＮ）、入力信号Ａ２は０の状態（光パルスＯＦＦ）にあり、（１０１１）の信号列となっている。この信号列は、テラヘルツ波発生器１０においてテラヘルツ波へと変換される。変換されたテラヘルツ波は、テラヘルツ波導光部２を介して、テラヘルツ波検出部３のすべてのテラヘルツ波検出器３０1〜３０4に同様に入力される。
【００３２】
これに対して、ゲート光源３１からテラヘルツ波検出器３０1に供給されるゲート光によるテラヘルツ波検出タイミングを、入力信号Ａ１に起因して発生器１０で発生したテラヘルツ波が検出器３０に到達するタイミングとなるように設定する。同様に、それぞれのゲート光源３１からテラヘルツ波検出器３０2、３０3、３０4に供給されるゲート光による検出タイミングを、入力信号Ａ２、Ａ３、Ａ４に起因したテラヘルツ波が検出器３０に到達するタイミングとなるようにそれぞれ設定する。
【００３３】
このとき、テラヘルツ波検出器３０1〜３０4に対応する光検出器３４で検出される出力ゲート光強度による出力信号パルスとして、それぞれ入力信号Ａ１〜Ａ４に対応した電気信号である出力信号Ｂ１〜Ｂ４が得られる。図１の例では、上記した各入力信号の信号列（１０１１）に対して、検出器３０1、３０3、３０4に対応する出力信号Ｂ１、Ｂ３、Ｂ４は１（ＯＮ）、検出器３０2に対応する出力信号Ｂ２は０（ＯＦＦ）の信号パルスが得られる。すなわち、光ファイバ線路６０を伝送されてきた時分割多重信号光に含まれる複数の信号が、テラヘルツ波検出器３０1〜３０4に対応した４個の光検出器３４のそれぞれの出力信号として分離されて得られる。
【００３４】
ここで、テラヘルツ波発生器１０は、１０ＴＨｚ以上の高速なテラヘルツ波を容易に発生させることができるので、時分割で多重化された信号光を変換し分離するために充分な高速応答が可能である。また、テラヘルツ波検出器３０も同様の応答速度を有する。したがって、自由空間を伝搬し空間的に分離されてそれぞれの検出器に入力されたテラヘルツ波の信号に対して、ゲート光の入射タイミングによる検出タイミングをずらしておくことによって、テラヘルツ波に変換された時分割多重信号の各信号成分を、例えば１Ｔｂｉｔ／ｓを超える高速の処理速度によって分離することが可能である。
【００３５】
さらに、テラヘルツ波を利用する上記の分離回路によれば、強力な制御光やチャープ光などの特殊な光を扱う必要がなく、その装置構成についても簡単化することができる。また、装置の取り扱いもこれによって容易化される。
【００３６】
図２は、時分割光分離回路の第２の実施形態を示す構成図である。この時分割光分離回路の構成は、図１に示したものとほぼ同様であるが、テラヘルツ波発生器１０、及びテラヘルツ波検出器３０として、ＥＯ結晶１０ａ、３０ａにかわって光スイッチ素子１０ｂ、３０ｂが用いられている。
【００３７】
図３は、光スイッチ素子によるテラヘルツ波の発生について示した図である。この光スイッチ素子では、ＧａＡｓなど高速応答する半導体の基板９５と低温成長（例えば６００℃）のＧａＡｓなどの光伝導薄膜９６上に伝送線路９２ａ及び９２ｂからなる平行伝送線路９２が形成され、その中央部分に微小ダイポールアンテナからなる単一の光スイッチ９０が設けられている。光スイッチ９０の中央には、例えば数μm程度の微小なギャップ９１があり、ギャップ９１にはバイアス電源９７によって適当な電圧が印加される。
【００３８】
このギャップ９１間に半導体のバンドギャップよりも高いエネルギーのレーザ光などの光パルスを入射すると、半導体中に自由キャリアが生成されてパルス状の電流が流れ、このパルス状の電流によってテラヘルツ波が発生される。また、バイアス電源９７の代わりに電流計を接続し、光スイッチ素子に励起光となるゲート光を入射させると、ゲート光の入射タイミングにおいて光スイッチ素子を通過しているテラヘルツ波の振幅に比例した電流が流れるので、これによってテラヘルツ波を検出することができる。
【００３９】
図２に示した時分割光分離回路においては、バイアス電源１１によって光スイッチのギャップに適当な電圧が印加されているテラヘルツ波発生器１０の光スイッチ素子１０ｂに対して、光ファイバ線路６０を伝送されてきた時分割多重信号光が集光レンズ６１を介して入力される。このとき、時分割多重信号光に含まれる各信号の光パルスが励起光となってパルス状の電流が流れて、テラヘルツ波が発生される。
【００４０】
また、テラヘルツ波発生器１０からのテラヘルツ波がテラヘルツ波検出器３０の光スイッチ素子３０ｂに入力されると、ゲート光の入射時に光スイッチ素子３０ｂの光スイッチに流れる電流量が変化する。この電流をテラヘルツ波検出器３０1〜３０4のそれぞれの光スイッチ素子３０ｂから、電流電圧変換アンプ３５を介して電気信号として読み出すことによって、図１に示したＥＯ結晶の場合と同様に時分割多重信号を分離することができる。
【００４１】
なお、各ゲート光源３１からのゲート光の出射タイミングの設定等については、図１に示した実施形態と同様である。また、光スイッチ素子を検出器３０に用いた場合には、出力が電気信号として得られるので、出力ゲート光を検出する光検出器は用いられない。
【００４２】
図４は、時分割光分離回路の第３の実施形態を示す構成図である。この時分割光分離回路の構成は、テラヘルツ波検出部３については、図１に示したものと同様である。一方、テラヘルツ波発生部１については、テラヘルツ波発生器１０にＥＯ結晶１０ａを適用している点では図１と同様であるが、単一のテラヘルツ波発生器１０を用いている図１の実施形態に対して、本実施形態では、テラヘルツ波検出部３に設けられた複数のテラヘルツ波検出器３０と同一個数、図４においては４個、のテラヘルツ波発生器１０が設置されている。さらに、これらのテラヘルツ波発生器１０、及びそれぞれに対応するテラヘルツ波検出器３０は、高抵抗のシリコン基板２４の両側に接着されて、一体型のテラヘルツ波素子とされている。
【００４３】
テラヘルツ波発生部１においてテラヘルツ波発生器１０が複数設置されていることに対応して、光ファイバ線路６０からの時分割多重信号光の入力に、光分配器４０を有する光分配部４が設けられている。光ファイバ線路６０からの信号光は光分配器４０に入力され、テラヘルツ波発生器１０と同一本数の光ファイバ４１に分配される。分配された信号光は、分配による減衰を補償するための光増幅器４２によって増幅された後、集光レンズ４３を介してそれぞれ対応するテラヘルツ発生器１０へと入力される。そして、テラヘルツ波発生器１０で発生されたテラヘルツ波は、シリコン基板２４を透過してテラヘルツ波検出器３０へと入力されて検出される。
【００４４】
このように、テラヘルツ波発生器１０をテラヘルツ波検出器３０と同様に複数設けた場合、単一のテラヘルツ波発生器からのテラヘルツ波を複数のテラヘルツ波検出器に導光する構成に比べて、各検出器へのテラヘルツ波の入力条件が一様化される。特に、上記のように発生器１０及び検出器３０が一体化されたテラヘルツ波素子を用いた場合、発生器１０から検出器３０へのテラヘルツ波の伝搬効率を向上させることが可能である。なお、図４の例では入力される信号光の分配後に光増幅器４２が用いられているが、この光増幅器は、分配された信号光の強度によっては設置しない構成としても良い。
【００４５】
以上、本発明による時分割光分離回路について、テラヘルツ波発生器及び検出器として電気光学結晶、光スイッチ素子を用いた場合の構成を示したが、その構成については上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。また、テラヘルツ波発生器及び検出器としては、上記以外にも、ＩｎＡｓ等の半導体表面電位を利用したテラヘルツ波発生器など、様々なものを用いることができる。また、発生器に電気光学結晶、検出器に光スイッチ素子を用いるなど、発生器と検出器とで異なるものを用いても良い。
【００４６】
テラヘルツ波導光部２については、シリコンレンズや軸外し放物面ミラーはいずれも必須ではなく、これ以外の構成や、あるいは導光部２を介さずにテラヘルツ波発生部１からのテラヘルツ波をそのまま自由空間を伝搬させてテラヘルツ波検出部３に入力しても良い。
【００４７】
また、ゲート光源３１については、上記の実施形態では複数個のゲート光源３１がゲート光制御部３２によってタイミング制御される構成となっているが、これ以外にも様々な構成が可能である。例えば、非常に短いパルス光を出力する単一のゲート光源を用い、そのゲート光源からのゲート光を光分岐手段によって複数のゲート光に分岐させる。そして、分岐されたゲート光のそれぞれに対して、それぞれ異なる遅延時間を与える光遅延手段を設置し、ゲート光のタイミングをそれぞれ異なるタイミングに設定して、それぞれのテラヘルツ波検出器３０に入力する構成としても良い。
【００４８】
また、図１、図２及び図４に示した実施形態では、分離された時分割多重信号をいずれも電気信号として取り出している。これに対して、電気光学結晶を用いた図１の場合などには、テラヘルツ波検出器３０で反射されて偏光ビームスプリッタ３３を通過した出力ゲート光の段階で時分割多重信号が分離されており、電気信号を介さずに直接この出力ゲート光を利用することも可能である。
【００４９】
図５は、そのような時分割光分離回路の一例として第４の実施形態を示す構成図である。ここで、図５においては、テラヘルツ波発生部１及びテラヘルツ波導光部２については、図１に示した実施形態と同一であるので図示を省略している。一方、テラヘルツ波検出部３については、図１とほぼ同様の構成となっているが、出力ゲート光を検出する光検出器３４が設置されておらず、また、テラヘルツ波検出器３０1〜３０4のＥＯ結晶３０ａのそれぞれに供給されるゲート光源３１からのゲート光の波長が、それぞれ異なる波長λ１〜λ４に設定されている。この構成において、ＥＯ結晶３０ａを通過した出力ゲート光は、偏光ビームスプリッタ３３を通過した後、そのまま光合波部５に入力される。
【００５０】
光合波部５は、光合波器５０を有して構成されている。ＥＯ結晶３０ａからの出力ゲート光は、集光レンズ５１を介してそれぞれの光ファイバ５２に信号光として入力される。そして、光ファイバ５２を伝送された各信号光は光合波器５０で合波され、多波長信号光となって光ファイバ５３に出力される。この多波長信号光においては、時分割光分離回路に入力された時分割多重信号光に含まれる入力信号Ａ１〜Ａ４（図１参照）が、それぞれ波長λ１〜λ４の信号光成分となる。すなわち、この時分割光分離回路は、ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路として機能している。
【００５１】
本実施形態は、時分割光分離回路の変形・応用の一例であり、これ以外にも様々な構成が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明による時分割光分離回路は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、時分割で多重化された複数の信号を含む時分割多重信号光に対して、テラヘルツ波発生部において信号光をテラヘルツ波に変換するとともに、テラヘルツ波検出部に設置されている複数のテラヘルツ波検出器でテラヘルツ波を検出する。
【００５３】
このとき、ゲート光の入射タイミングによって決定されるそれぞれのテラヘルツ波検出器での検出タイミングを、時分割多重信号光に含まれる各信号のタイミングに合わせて、それぞれ異なるタイミングに設定する。これによって、時分割で多重化された複数の信号をそれぞれ異なるテラヘルツ波検出器で別々に検出して分離する光分離回路が実現される。
【００５４】
上記した分離回路は、信号の分離に電子回路を用いない光分離回路であり、また、テラヘルツ波としては、例えば１０ＴＨｚ以上などの高周波数のテラヘルツ波を用いることが可能であるので、高速な応答速度が実現可能である。また、強力な制御光やチャープ光などの特殊な光を扱う必要がないので、その装置構成についても簡単化することができる。このような光分離回路を用いれば、光通信システムにおける伝送のさらなる大容量化に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】時分割光分離回路の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】時分割光分離回路の第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】光スイッチ素子を用いたテラヘルツ波の発生について示す図である。
【図４】時分割光分離回路の第３の実施形態を示す構成図である。
【図５】時分割光分離回路の第４の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１…テラヘルツ波発生部、１０…テラヘルツ波発生器、１０ａ…電気光学結晶（ＥＯ結晶）、１０ｂ…光スイッチ素子、１１…バイアス電源、
２…テラヘルツ波導光部、２１…シリコンレンズ、２２…軸外し放物面ミラー、２３…シリコンレンズ、２４…シリコン基板、
３…テラヘルツ波検出部、３０…テラヘルツ波検出器、３０ａ…電気光学結晶（ＥＯ結晶）、３０ｂ…光スイッチ素子、３１…ゲート光源、３２…ゲート光制御部、３３…偏光ビームスプリッタ、３４…光検出器、３５…電流電圧変換アンプ、３６…反射面、
４…光分配部、４０…光分配器、４１…光ファイバ、４２…光増幅器、４３…集光レンズ、５…光合波部、５０…光合波器、５１…集光レンズ、５２、５３…光ファイバ、６０…光ファイバ線路、６１…集光レンズ。
【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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