(57)【要約】【課題】光減衰を防ぐことができ、光学系の簡略化や光配線の自由度の拡大を図れる自由空間中での双方向光配線形成方法を提供する。【解決手段】第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂを互いに間隔を介して配置し、フォトリフラクティブ媒質１ａに入射した第１の制御光２のビームファニング光１０を、ファニング光集光用レンズ１１を介してフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する。フォトリフラクティブ媒質１ｂに第２の制御光３を入射して相互励起型位相共役鏡の回折格子９ｂを形成し、その回折光をフォトリフラクティブ媒質１ａに入射して相互励起型位相共役鏡の回折格子９ａを形成する。フォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂにそれぞれ形成した回折格子９ａ，９ｂにより制御光２，３を回折して他方のフォトリフラクティブ媒質１に入射する動作を繰り返して、自由空間中を双方向に伝播する光を導波・配線する。【選択図】図１
2007041519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を介して第１と第２のフォトリフラクティブ媒質を配置して前記間隔にファニング光集光用レンズを配置し、前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記ファニング光集光用レンズと反対側の端部から第１の制御光を入射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質にファニング光を形成し、該ファニング光の前記第１のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記ファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射するとともに、該第２のフォトリフラクティブ媒質に前記ファニング光の入射側と反対側の端部から第２の制御光を入射して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に前記第１の制御光との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子とし、該第２の回折格子により前記第２の制御光を回折して該回折光を前記ファニング光集光用レンズを介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射して前記回折光と前記第１の制御光とにより前記第１のフォトリフラクティブ媒質に相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子とし、該第１の回折格子により前記第１の制御光を回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作と、該第２の回折格子により前記第２の制御光を回折して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作とを繰り返し行って第１と第２の制御光の光路を前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質間に形成することを特徴とする双方向光配線形成方法。
【請求項２】
互いに間隔を介して第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質を順に配置し、前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質の間隔に第１のファニング光集光用レンズを配置し、前記第２と第３のフォトリフラクティブ媒質の間隔に第２のファニング光集光用レンズを配置し、前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１のファニング光集光用レンズと反対側の端部から第１の制御光を入射して第１のファニング光を形成し、該第１のファニング光の前記第１のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記第１のファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、かつ、前記第３のフォトリフラクティブ媒質に前記第２のファニング光集光用レンズと反対側の端部から第２の制御光を入射して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に第２のファニング光を形成し、該第２のファニング光の前記第３のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記第２のファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、該第２のフォトリフラクティブ媒質に入射した前記第１と第２のファニング光によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質に前記第１の制御光と第２の制御光との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子とし、該第２の回折格子により前記第２のファニング光を回折して該回折光を前記第１のファニング光集光用レンズを介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射すると共に、前記第２の回折格子により前記第１のファニング光を回折して該回折光を前記第２のファニング光集光用レンズを介して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に入射し、該第３のフォトリフラクティブ媒質には前記第１のファニング光の回折光と前記第２の制御光とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第３の回折格子とし、前記第１のフォトリフラクティブ媒質には前記第２のファニング光の回折光と前記第１の制御光とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子とし、前記第１の制御光を前記第１の回折格子により回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し前記第２の回折格子により回折して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作と、前記第２の制御光を前記第３の回折格子により回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し前記第２の回折格子により回折して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作とを繰り返し行って、第１と第２の制御光の光路を前記第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質の隣り合うフォトリフラクティブ媒質間に形成することを特徴とする双方向光配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置間、ボート間、モジュール間、およびチップ間の自由空間双方向光通信に適用され、ビームファニング現象を利用して光配線・光相互接続(光インターコネクション)・光導波路（光路）形成を行うために用いられる自由空間中での双方向光配線形成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配線技術が注目されている。フォトリフラクティブ効果とは、媒質の中に照射された光が干渉パターンを形成して空間電界を発生させ、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。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９に示す。図９（ａ）に示すように、フォトリフラクティブ媒質１の異なる端面から２つの光波Ａ１、Ａ２を入射した時、端面の粗さや結晶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。
【０００４】
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。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Ａ１のファニング光ともう一方の入射光Ａ２とが対向伝搬となる時に位相整合条件を満たし、図９（ｂ）に示すように、入射光Ａ１がＡ２の位相共役光Ａ２＊として回折される。入射光Ａ２も同様にＡ１の位相共役光Ａ１＊として回折される。
【０００５】
このような回折格子は、一方の入射光とそれ自身のファニング光と、他方の入射光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９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。
【０００６】
このように、相互励起型位相共役鏡は双方向に伝播する光を回折することができる。そこで、相互励起型位相共役鏡が誘起された複数のフォトリフラクティブ媒質１を並べ、回折された光が隣接するフォトリフラクティブ媒質１に入射するように配置する。つまり、相互励起型位相共役鏡を多段配置することで、相互励起型位相共役鏡間に、前記回折光が双方向に伝播する光の導波路（光路）を形成でき、自由空間中に双方向の光配線を行うことができる。
【０００７】
この回折格子９は、回折格子９を誘起している光とは別の経路から、これらの光に対してインコヒーレントな光（消去光）を入射することで消去できる。そのため、消去光を入射することで、相互励起型位相共役鏡の回折格子９が消去され、フォトリフラクティブ媒質１内に入射されていた２つの光は回折されることなく透過する。このように、消去光による相互励起型位相共役鏡の消去を行うか否かの制御をすることで、双方向に伝播する光配線を任意に切り替えることができる。
【０００８】
図１０には、回折格子９を用いたボード間の光配線の一例が示されている。この例は、同図に示すように、１つのフォトリフラクティブ媒質１（１ａ，１ｂ，１ｃ）毎に、フォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃの透過光を受光する位置にそれぞれ、ボード３１，３２，３３を１枚ずつ設置し、それぞれのボード３１，３２，３３に対応させて設けた入出力ポート３４，３５，３６を介し、ボード３１，３２，３３間の受光および光出力を行うものである。
【０００９】
ボード３１，３２，３３上には、それぞれ、対応するフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃを透過した光を検出する受光体（図示せず）と、その受光した光に対して対向伝搬の方向に光が出力できる光源（図示せず）とを設置する。
【００１０】
そして、例えば図１０に示す例において、接続したい任意のボード３１，３３の対になるフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｃに消去光３７を当てることで、これらのフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｃの回折格子を消去して、ボード３１，３３間における接続を行う。
【００１１】
なお、図１０の図中、３８は光導波路を、３９はミラーを、４０は基盤をそれぞれ示しており、消去光３７を照射するフォトリフラクティブ媒質１を切り替えると、回折格子が消去されるフォトリフラクティブ媒質１が切り替えられ、光導波路３８の形成位置が切り替えられることにより、所望のボード間の接続を行える。
【００１２】
また、これまでに、相互励起型位相共役鏡形成による導波路形成・光配線方法として、ビームスプリッタを用いて外部から制御光を導入する、図１１に示すような方法が提案されてきた。
【００１３】
以下、ビームスプリッタを用いた導波路形成方法を説明する。図１１（ａ）に示すように、第１のフォトリフラクティブ媒質１（１ａ）の一端面から制御光２が入射され、他端面からは、ビームスプリッタ５により反射された制御光４が入射されると、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａ内に相互励起型位相共役鏡の回折格子９（９ａ）が形成される。
【００１４】
次に、図１１（ｂ）に示すように、第２のフォトリフラクティブ媒質１（１ｂ）の一端面から、フォトリフラクティブ媒質１ａの回折格子９ａにより回折された制御光２が入射され、他端面からは、制御光３が入射されることにより、フォトリフラクティブ媒質１ｂに相互励起型位相共役鏡の回折格子９（９ｂ）が形成される。
【００１５】
そのため、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａの回折格子９ａにより回折された制御光２は第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂの回折格子９ｂにも回折され、図３（ｃ）に示すように、制御光３に対して対向伝播する光として出射される。
【００１６】
また、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに形成された回折格子９ｂにより回折された制御光３は、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａの回折格子９ａにより回折された制御光２の位相共役光であるため、再び第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射する。そして、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射した制御光３は、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａの回折格子９ａにより回折され、制御光２に対して対向伝播する光として出射される。
【００１７】
このように、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに、ビームスプリッタ５を用いて制御光４を入射し、第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂにそれぞれ制御光２，３を入射して相互励起型位相共役鏡の回折格子９ａ，９ｂを形成することによって、相互励起型位相共役鏡が多段され、双方向に伝播する光（回折格子９ａ，９ｂの回折光であり、ここでは、制御光２，３）の導波路（光路）が形成される。
【００１８】
そこで、例えば制御光２，３をそれぞれ、双方向通信用の信号光とすることにより、信号光を回折格子９ａ，９ｂを介して双方向通信可能な光デバイスを形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記のような、ビームスプリッタ５を用いた導波路形成方法では、回折格子９ａの初期形成のために、ビームスプリッタ５を用いており、このビームスプリッタ５が、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ間に存在するため、制御光２，３を信号光とすると、この信号光がビームスプリッタ５の反射率によって減衰する（信号光強度の５０％がビームスプリッタ５により減衰）という問題があった。
【００２０】
また、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ間の光の導波路を形成するために、双方向に伝播する信号光（制御光２，３）以外に、もう一つの制御光４が必要になるため、構造上、光学系が複雑になる問題があった。
【００２１】
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであり、ビームスプリッタを用いることなくフォトリフラクティブ媒質中に回折格子を形成することによって、ビームスプリッタによる信号光の減衰を防ぐことができ、また、導波路形成において、伝送路を双方向に伝播する光以外の制御光を必要としないことで光学系の簡略化や、光配線の自由度の拡大を図ることができるビームファニング現象を利用した自由空間中での双方向光配線形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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の発明は、互いに間隔を介して第１と第２のフォトリフラクティブ媒質を配置して前記間隔にファニング光集光用レンズを配置し、前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記ファニング光集光用レンズと反対側の端部から第１の制御光を入射して前記第１のフォトリフラクティブ媒質にファニング光を形成し、該ファニング光の前記第１のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記ファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射するとともに、該第２のフォトリフラクティブ媒質に前記ファニング光の入射側と反対側の端部から第２の制御光を入射して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に前記第１の制御光との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子とし、該第２の回折格子により前記第２の制御光を回折して該回折光を前記ファニング光集光用レンズを介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射して前記回折光と前記第１の制御光とにより前記第１のフォトリフラクティブ媒質に相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子とし、該第１の回折格子により前記第１の制御光を回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作と、該第２の回折格子により前記第２の制御光を回折して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作とを繰り返し行って第１と第２の制御光の光路を前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質間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。
【００２３】
また、第２の発明は、互いに間隔を介して第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質を順に配置し、前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質の間隔に第１のファニング光集光用レンズを配置し、前記第２と第３のフォトリフラクティブ媒質の間隔に第２のファニング光集光用レンズを配置し、前記第１のフォトリフラクティブ媒質に前記第１のファニング光集光用レンズと反対側の端部から第１の制御光を入射して第１のファニング光を形成し、該第１のファニング光の前記第１のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記第１のファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、かつ、前記第３のフォトリフラクティブ媒質に前記第２のファニング光集光用レンズと反対側の端部から第２の制御光を入射して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に第２のファニング光を形成し、該第２のファニング光の前記第３のフォトリフラクティブ媒質からの出射光を前記第２のファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し、該第２のフォトリフラクティブ媒質に入射した前記第１と第２のファニング光によって前記第２のフォトリフラクティブ媒質に前記第１の制御光と第２の制御光との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子とし、該第２の回折格子により前記第２のファニング光を回折して該回折光を前記第１のファニング光集光用レンズを介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射すると共に、前記第２の回折格子により前記第１のファニング光を回折して該回折光を前記第２のファニング光集光用レンズを介して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に入射し、該第３のフォトリフラクティブ媒質には前記第１のファニング光の回折光と前記第２の制御光とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第３の回折格子とし、前記第１のフォトリフラクティブ媒質には前記第２のファニング光の回折光と前記第１の制御光とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子とし、前記第１の制御光を前記第１の回折格子により回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し前記第２の回折格子により回折して前記第３のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作と、前記第２の制御光を前記第３の回折格子により回折して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射し前記第２の回折格子により回折して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する動作とを繰り返し行って、第１と第２の制御光の光路を前記第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質の隣り合うフォトリフラクティブ媒質間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。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明によれば、互いに間隔を介して配置した第１と第２のフォトリフラクティブ媒質の間隔にファニング光集光用レンズを配置し、第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する第１の制御光によって第１のフォトリフラクティブ媒質に形成されるファニング光を、前記ファニング光集光用レンズにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質に入射するとともに、第２のフォトリフラクティブ媒質に第２の制御光を入射して、第２のフォトリフラクティブ媒質に前記第１の制御光と第２の制御光との相互励起型位相共役鏡の回折格子（第２の回折格子）を形成するので、回折格子の初期形成に、ビームスプリッタなどの光分岐・減衰を伴う素子を配置する必要がない。
【００２５】
そして、第２のフォトリフラクティブ媒質に形成した回折格子により前記第２の制御光を回折して該回折光を前記ファニング光集光用レンズを介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質に入射し、前記回折光と前記第１の制御光とにより前記第１のフォトリフラクティブ媒質に相互励起型位相共役鏡の回折格子（第１の回折格子）を形成し、第１と第２の回折格子により第１と第２の制御光を回折する動作を繰り返し行って第１と第２の制御光の光路を前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質間に形成するので、前記光路上を通る第１と第２の制御光がビームスプリッタ等によるエネルギー損失を受けることを防止できる。
【００２６】
また、第２の発明によれば、互いに間隔を介して第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質を順に配置して、各間隔にファニング光集光用レンズを配置し、第１のフォトリフラクティブ媒質に入射する第１の制御光により形成される第１のファニング光と、第３のフォトリフラクティブ媒質に入射する第２の制御光により形成される第２のファニング光とを、対応するファニング光集光用レンズにより集光して第２のフォトリフラクティブ媒質に前記相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子とするので、回折格子の初期形成に、ビームスプリッタなどの光分岐・減衰を伴う素子を配置する必要がない。
【００２７】
そして、第２の回折格子により前記第２のファニング光を回折して該回折光を第１のフォトリフラクティブ媒質に入射して第１の制御光との回折格子を第１のフォトリフラクティブ媒質に形成して第１の回折格子とし、第２の回折格子により前記第１のファニング光を回折して該回折光を第３のフォトリフラクティブ媒質に入射して第２の制御光との回折格子を第３のフォトリフラクティブ媒質に形成して第３の回折格子とし、第１と第２と第３の回折格子によって第１と第２の制御光を回折する動作を繰り返し行って第１と第２の制御光の光路を第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質の隣り合うフォトリフラクティブ媒質間に形成するので、前記光路上を通る第１と第２の制御光がビームスプリッタ等によるエネルギー損失を受けることを防止できる。
【００２８】
また、第１、第２の発明は、例えば光通信用として適用することができ、この場合、第１と第２の制御光は、それぞれ互いに干渉しない条件を満たす（例えば波長が異なっていたり、位相が異なっていたりする）信号光とすることができる。そして、第１、第２の発明において、第１と第２の制御光を信号光とすれば、従来のビームスプリッタを配置する構成と異なり、ビームスプリッタによる信号光の強度劣化を抑えた双方向光通信を行うことができるし、信号光以外の他の光を必要としないことで、第１、第２の発明の双方向光配線形成方法を適用する装置の複雑化を避けることができる。
【００２９】
また、第１、第２の発明おいて、ファニング光集光用レンズは、第１、第２の制御光の光路形成後に、光路上から取り除く必要がないので、ファニング光集光用レンズの配置や取り外しを行うための機構を設ける必要はなく、光学系の簡略化に寄与することができる。
【００３０】
さらに、第１、第２の発明は、フォトリフラクティブ媒質に形成する相互励起型位相共役鏡の回折格子によって第１、第２の制御光を回折して光路を形成するものであるので、回折格子を誘起している第１、第２の制御光とは別の経路から、これらの光に対してインコヒーレントな光である消去光を入射することで消去できる。
【００３１】
したがって、この消去光を第１、第２、第３のフォトリフラクティブ媒質のうちの適宜のフォトリフラクティブ媒質に照射することによって、形成された第１、第２の光路のうちの適宜の光路を削除することができるので、第１、第２の発明を、光スイッチ等の光デバイスの形成に応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１には、本発明に係る双方向光配線形成方法の第１実施形態例が示されている。本実施形態例は、第１と第２の２つのフォトリフラクティブ媒質１（１ａ，１ｂ）を互いに間隔を介して配置し、この間隔に、双方向に伝播する光の導波路を形成するものであり、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂの間隔には、ファニング光集光用レンズ１１を配置している。
【００３４】
以下、本実施形態例の双方向光配線形成方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに、前記ファニング光集光用レンズ１１と反対側の端部から第１の制御光２を入射する。そうすると、フォトリフラクティブ媒質１ａ中で定常的な散乱であるフォトリフラクティブビームファニング現象が発生して第１のフォトリフラクティブ媒質１ａにファニング光（ビームファニング光）１０が形成される。
【００３５】
そこで、このファニング光１０の第１のフォトリフラクティブ媒質１ａからの出射光を、ファニング光集光用レンズ１１により集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する。
【００３６】
次に、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに、前記ファニング光１０の入射側と反対側の端部から第２の制御光３を入射して、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに、前記第１の制御光２（ファニング光集光用レンズ１１により集光されて第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射した第１の制御光２のファニング光）との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子９（９ｂ）とする。
【００３７】
そして、図１（ｂ）に示すように、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射した第１の制御光２は、第２の回折格子９ｂにより回折され、前記第２の制御光３に対して対向伝播する光として第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂから出射する。
【００３８】
また、第２の制御光３は、第２の回折格子９ｂにより回折され、第１の制御光２のファニング光の位相共役光となるので、この第２の制御光３の回折光を、前記ファニング光集光用レンズ１１を介して前記第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射して前記回折光と前記第１の制御光２とにより前記第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子９（９ａ）とする。
【００３９】
そして、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射した第２の制御光３の回折光は、第１の回折格子９ａによって回折され、第１の制御光２に対して対向伝播する光として第１のフォトリフラクティブ媒質１ａから出射し、また、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射した第１の制御光２は、第１の回折格子９ａによって回折され、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａから出射し、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する。
【００４０】
本実施形態例は、以上のようにして、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂにそれぞれ第１、第２の回折格子９ａ，９ｂを形成し、第１の回折格子９ａによる第１の制御光２の回折光を前記第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する動作と、該第２の回折格子９ｂによる第２の制御光３の回折光を前記第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射する動作とを繰り返し行って、第１と第２の制御光２，３の光路（第１と第２の制御光２，３の双方向伝播光路）を前記第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ間に形成する。
【００４１】
本実施形態例によれば、上記のように、第１、第２の回折格子９ａ，９ｂの初期形成に、ビームスプリッタ５などの光分岐・減衰を伴う素子を配置する必要がないので、光路上を通る第１と第２の制御光２，３がビームスプリッタ５等によるエネルギー損失を受けることを防止できる。
【００４２】
また、本実施形態例によれば、上記のように、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ間の自由空間中に光配線を形成する（第１と第２の制御光の光路を形成する）過程において、伝送路を双方向に伝播する光以外の光(例えば図１１に示した提案例における制御光４など)を必要としないために、本実施形態例を適用する装置の複雑化を避けることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態例は、例えば光通信用として適用することができ、この場合、第１と第２の制御光２，３は、それぞれ互いに干渉しない条件を満たす信号光とすることができる。そして、第１と第２の制御光２，３を信号光とすれば、従来のビームスプリッタ５を配置する構成と異なり、ビームスプリッタ５による信号光の強度劣化を抑えることができるし、信号光以外の他の光を必要としないことで、双方向光配線形成方法を適用する装置の複雑化を避けることができる。
【００４４】
また、本実施形態例において、フォトリフラクティブ媒質１ａに生ずるビームファニング光１０は大きな広がり角を持つものであり、前記ファニング光集光用レンズ１１は、光配線が実現するまでの間、フォトリフラクティブ媒質１ａから出射するファニング光１０を効率良くフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射するような位置と焦点距離を保って配置されているものである。つまり、ファニング光集光用レンズ１１は、フォトリフラクティブ媒質１ａから生ずる小さな広がり角を持った回折光が効率良くフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する目的で配置されているわけではない。
【００４５】
しかしながら、光配線が実現した時には、フォトリフラクティブ媒質１ａからフォトリフラクティブ媒質１ｂに向かうと光と、フォトリフラクティブ媒質１ｂからフォトリフラクティブ媒質１ａに向かう光とは、互いに位相共役光であるため、フォトリフラクティブ媒質１ａとフォトリフラクティブ媒質１ｂの間に、ファニング光集光用レンズ１１が置かれていることは、光路を通る第１、第２の制御光２，３（例えば信号光）になんら悪影響を及ぼすものではなく、ファニング光集光用レンズ１１を取り外す必要はないないので、ファニング光集光用レンズ１１の取り外しを行うための機構を設ける必要はなく、光学系の簡略化に寄与することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態例は、第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂに形成する相互励起型位相共役鏡の回折格子９ａ，９ｂによって第１、第２の制御光２，３を回折して光路を形成するものであるので、回折格子９ａ，９ｂを誘起している第１、第２の制御光２，３とは別の経路から、これらの光に対してインコヒーレントな光である消去光を入射することで消去できる。
【００４７】
したがって、本実施形態例によれば、前記消去光を第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂのうちの適宜のフォトリフラクティブ媒質１に照射することによって、形成された光路を削除することができるので、適宜の光路を削除することにより、光スイッチ等の光デバイスの形成に応用することができる。
【００４８】
図２には、本発明に係るビームファニング現象を利用した自由空間中での双方向光配線の形成方法の第２実施形態例が示されている。第２実施形態例は、３つの相互励起型位相共役鏡おけるファニング光を利用した光配線方法である。
【００４９】
３つのフォトリフラクティブ媒質１（１ａ，１ｂ，１ｃ）に相互励起型位相共役鏡を誘起し、双方向に伝播する光の導波路を形成するには、上記に説明した方法を用いて、第２の制御光３を第１の制御光２と同様にファニングさせることで簡易に行える。そして、この方法をボード間光通信に適用する場合、多段する相互励起型位相共役鏡の数が増加するほど接続できるボード数を増加させることができる。
【００５０】
以下に、第２実施形態例について、詳細に説明する。まず、図２（ａ）に示すように、互いに間隔を介して第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質１（１ａ，１ｂ，１ｃ）を順に配置し、第１と第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂの間隔に第１のファニング光集光用レンズ１１（１１ａ）を配置し、第２と第３のフォトリフラクティブ媒質１ｂ，１ｃの間隔に第２のファニング光集光用レンズ１１（１１ｂ）を配置する。
【００５１】
そして、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに第１のファニング光集光用レンズ１１ａと反対側の端部から第１の制御光２を入射し、第１のファニング光１０（１０ａ）を形成し、該第１のファニング光１０ａの、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａからの出射光を、第１のファニング光集光用レンズ１１ａにより集光して前記第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する。
【００５２】
また、同様に、第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃに第２のファニング光集光用レンズ１１ｂと反対側の端部から第２の制御光３を入射して第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃに第２のファニング光１０（１０ｂ）を形成し、該第２のファニング光１０ｂの、第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃからの出射光を前記第２のファニング光集光用レンズ１１ｂにより集光して第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射する。
【００５３】
そして、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射した前記第１と第２のファニング光１０ａ，１０ｂ（つまり、第１と第２の制御光２，３のファニング光）によって、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに第１の制御光２と第２の制御光３との相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第２の回折格子９（９ｂ）とする。
【００５４】
また、第２の回折格子９ｂにより第２のファニング光１０ｂ（第２の制御光３のファニング光）を回折して該回折光を前記第１のファニング光集光用レンズ１１ａを介して第１のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射すると共に、第２の回折格子９ｂにより第１のファニング光１０ａ（第１の制御光２のファニング光）を回折して、該回折光を前記第２のファニング光集光用レンズ１１ｂを介して第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃに入射する。つまり、第１と第２の制御光２，３のファニング光は互いに位相共役光であり、第１の制御光２はフォトリフラクティブ媒質１ｃに、第２の制御光３はフォトリフラクティブ媒質１ａに、それぞれ入射する。
【００５５】
そして、第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃには、前記第１のファニング光１０ａの回折光と前記第２の制御光３とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第３の回折格子９（９ｃ）とし、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａには、第２のファニング光１０ｂの回折光と前記第１の制御光２とにより相互励起型位相共役鏡の回折格子を形成して第１の回折格子９（９ａ）とする。
【００５６】
このようにして、フォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃに、それぞれ、対応する第１、第２、第３の回折格子９ａ，９ｂ，９ｃを形成し、第１の制御光２を第１の回折格子９ａにより回折して第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射し、さらに、第２の回折格子９ｂにより回折して第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃに入射する動作と、第２の制御光３を第３の回折格子９ｃにより回折して第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射し、さらに、第２の回折格子９ｂにより回折して第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに入射する動作とを繰り返し行って、第１と第２の制御光２，３の光路を前記第１と第２と第３のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃの隣り合うフォトリフラクティブ媒質１間に形成する。
【００５７】
第２実施形態例は、上記動作により、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。また、第２実施形態例は、上記第１実施形態例に比べてフォトリフラクティブ媒質１の配置数を増やすことにより、例えばボード接続数やモジュール接続数等、接続相手数を増やすことが可能となり、上記第１実施形態例と同様に、消去光の照射によって、接続相手との接続状態を所望に切り替えることができる。
【００５８】
（実施例１）
以下、本発明のより具体的な実施例について説明する。図３には、実施例１の光学系が模式的に示されている。同図に示すように、この実施例１では、レーザ光源２０として、可視域５５１４．５ｎｍの緑の光を発信するアルゴンイオンレーザを用いており、第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１（１ａ，１ｂ）は、５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのＢａＴｉＯ３結晶により形成する。この実施例１は、上記第１実施形態例の実施例（実験系）であり、図４には、図３における各素子の配置条件を示す。
【００５９】
これらの図中、５ａ，５ｂ，５ｃはビームスプリッタ、６ａ，６ｂは半波長板、７ａ，７ｂは偏光ビームスプリッタ、８ａ〜８ｃはミラー、１９ａ，１９ｂはシャッター、１１，１２，１３はレンズ（１１はファニング光集光用レンズ）、２１，２２はフォトダイオードをそれぞれ示している。
【００６０】
図４に示すように、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａには、２．０ｍＷのガウシアンビームを第１の制御光２として入射し、第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂには、１４．７ｍＷのガウシアンビームを第２の制御光３として入射し、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａから出射した第１の制御光２のファニング光が、２つのファニング光集光用レンズ１１により集光されて第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射するように、光学系の各要素が配置されている。
【００６１】
図５は、本実施例１の光配線形成方法の実験において、シャッター１９ａ，１９ｂを同時に開放し、その時点からフォトダイオード２１，２２で観測される強度を、横軸を時間軸として表した実験結果を示す。特性線ａがフォトダイオード２１による観測結果、特性線ｂがフォトダイオード２２による観測結果である。
【００６２】
図５より、５〜２５秒にかけて、第１の制御光２がフォトダイオード２１により、第２の制御光３がフォトダイオード２２により、それぞれ観測され始めているのがわかる。このように、２つの結晶（第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ）間で相互励起型位相共役鏡が多段され、光配線が形成されていることが立証された。
【００６３】
（実施例２）
図６には、実施例２の構成が示されており、この実施例２は、上記第２実施形態例の実施例（実験系）である。図７には、図６における各素子の配置条件を示す。これらの図において、上記実施例１と同一名称部分には同一符号が付してあり、実施例２は、用いている各要素の構成も実施例１と同様であるが、実施例２では、第１、第２、第３の３つのフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃを用いている。第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃも第１、第２のフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂと同様の結晶により形成されている。
【００６４】
実施例２では、図７に示すように、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに１８．８ｍＷのガウシアンビームを第１の制御光２として入射し、第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃには、１４．７ｍＷのガウシアンビームを第２の制御光３として入射している。
【００６５】
また、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａから出射した第１の制御光２のファニング光が、ファニング光集光用レンズ１１ａにより集光されて第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射し、第３のフォトリフラクティブ媒質１ｃから出射した第２の制御光３のファニング光が、２つのファニング光集光用レンズ１１ｂ１，１１ｂ２により集光されて第２のフォトリフラクティブ媒質１ｂに入射するように、光学系の各要素が配置されている。
【００６６】
図８は、この実施例２の光配線形成方法におけるフォトダイオード２１で観測される強度を時間軸上であらわした実験結果を示す。ここで観測用に用いたビームスプリッタ５ｂの反射率は２０％である。
【００６７】
図８より、３００秒ほど後から、第１の制御光２がフォトダイオード２１で観測されている。なお、図６、図７には示されていないが、第１のフォトリフラクティブ媒質１ａに第１の制御光２を入射する側に、ビームスプリッタを介してフォトダイオードを配置したところ、このフォトダイオードによって、第２の制御光３を観測することができた。よって、第１、第２、第３の３つのフォトリフラクティブ媒質１ａ，１ｂ，１ｃを用いた実施例２においても、相互励起型位相共役鏡が多段され、光配線が形成されているのが立証された。
【００６８】
以上、第１、第２実施形態例および、これらの実施例１、２のように、フォトリフラクティブ結晶等のフォトリフラクティブ媒質１で発生するファニング光を用いることにより、フォトリフラクティブ媒質１間に配置されるビームスプリッタ５を用いずに、互いに間隔を介してフォトリフラクティブ媒質１を２個および３個配置して、フォトリフラクティブ媒質１の間隔の自由空間中に光配線を形成することが実現できる。
【００６９】
つまり、形成された光路を伝播する第１、第２の制御光２，３を信号光とすれば、これらの信号光がビームスプリッタ５により減衰することを防ぐことができる双方向通信の実現が可能となり、また、光配線の形成において、伝路を伝播する以外の光(従来例における制御光４など)を必要としないことで、光学系を簡略化できる。
【００７０】
なお、本発明は、上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、フォトリフラクティブ媒質１は、フォトリフラクティブ結晶とは限らず、結晶以外でも、光波混合の結合係数が大きな適宜のフォトリフラクティブ媒質により構成できるものである。
【００７１】
また、上記実施例１、２では、第１、第２の制御光２，３をアルゴンレーザのレーザ光源２０から発信するレーザ光としたが、第１、第２の制御光２，３は、特に限定されるものでなく、互いに干渉しない適宜の光とすることができる。
【００７２】
さらに、フォトリフラクティブ媒質１の数は４個以上とすることもでき、多段する相互励起型位相共役鏡の数が増加するほど接続できるボード数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る双方向光配線形成方法の第１実施形態例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る双方向光配線形成方法の第２実施形態例を示す説明図である。
【図３】第１実施形態例の実施例１（実験系）を示す説明図である。
【図４】図３における各素子の配置条件を示す説明図である。
【図５】図３に示す実験系の実験結果を示すグラフである。
【図６】第２実施形態例の実施例２（実験系）を示す説明図である。
【図７】図６における各素子の配置条件を示す説明図である。
【図８】図７に示す実験系の実験結果を示すグラフである。
【図９】相互励起型位相共役鏡の形成過程を示す説明図であり、（ａ）はビームファニング現象の説明図、（ｂ）は位相共役光の発生の説明図である。
【図１０】ボード間接続の概念の説明図である。
【図１１】従来提案されているビームスプリッタを用いたフォトリフラクティブ媒質間の双方向光配線形成方法の説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  フォトリフラクティブ媒質
１ａ  第１のフォトリフラクティブ媒質
１ｂ  第２のフォトリフラクティブ媒質
１ｃ  第３のフォトリフラクティブ媒質
２  第１の制御光
３  第２の制御光
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  ビームスプリッタ
６ａ，６ｂ  半波長板
７ａ，７ｂ  偏光ビームスプリッタ
８ａ，８ｂ，８ｃ  ミラー
１１  ファニング光集光用レンズ
１２，１３  レンズ
１９ａ，１９ｂ，  スリット
２０  レーザ光源
２１，２２  フォトダイオード
【図１】
2007041519.tif 000003
【図２】
2007041519.tif 000004
【図３】
2007041519.tif 000005
【図４】
2007041519.tif 000006
【図５】
2007041519.tif 000007
【図６】
2007041519.tif 000008
【図７】
2007041519.tif 000009
【図８】
2007041519.tif 000010
【図９】
2007041519.tif 000011
【図１０】
2007041519.tif 000012
【図１１】
2007041519.tif 000013