(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光の光路上に配置し、その信号光およびこれに同期した制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる光分配方法。
【請求項２】
一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光、またはこれに同期した制御光パルスに対して、２軸方向の傾きを有するように配置し、前記信号光および制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる光分配方法。
【請求項３】
請求項１または２の光分配方法において、
前記光学デバイスとして、所定強度以上の制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを用い、前記出力光パルスとして、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分を切り出す光分配方法。
【請求項４】
請求項３の光分配方法において、
前記制御光パルスを前記光スイッチに垂直に入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を同時にオン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに斜めに入射させる光分配方法。
【請求項５】
請求項３の光分配方法において、
前記制御光パルスを前記光スイッチに斜めに入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を順次、オン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに垂直に入射させる光分配方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかの光分配方法において、
前記光スイッチは、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の透過率で透過させるものである光分配方法。
【請求項７】
請求項３〜５のいずれかの光分配方法において、
前記光スイッチは、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の反射率で反射させるものである光分配方法。
【請求項８】
請求項１または２の光分配方法において、
前記光学デバイスとして、前記信号光であるプローブ光と前記制御光パルスであるポンプ光が同時に照射されたとき、前記出力光パルスとして前記プローブ光の位相共役光を発生するものを用いる光分配方法。
【請求項９】
請求項８の光分配方法において、
前記制御光パルスである第１のポンプ光を、前記光学デバイスの一面側から前記光学デバイスに垂直に入射させるとともに、前記光学デバイスの他面側に反射鏡を配置して、前記一面側から前記光学デバイスを透過したポンプ光を、前記反射鏡で反射させて、第２のポンプ光として、前記第１のポンプ光と同時に、前記他面側から前記光学デバイスに垂直に入射させ、前記信号光であるプローブ光を、前記第１および第２のポンプ光と同時に、前記光学デバイスに斜めに入射させる光分配方法。
【請求項１０】
請求項９の光分配方法において、
前記光学デバイスと前記反射鏡との間に波長板を配置して、前記第１および第２のポンプ光を互いに偏光方向が直交したものとする光分配方法。
【請求項１１】
請求項１０の光分配方法において、
前記光学デバイスから発生した出力光パルスを偏光ビームスプリッタによって取り出す光分配方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれかの光分配方法において、
前記光学デバイスは、半導体微粒子分散ガラスまたは金属微粒子分散ガラスである光分配方法。
【請求項１３】
請求項８〜１１のいずれかの光分配方法において、
前記光学デバイスは、半導体材料または半導体多重量子井戸である光分配方法。
【請求項１４】
請求項８〜１１のいずれかの光分配方法において、
前記光学デバイスは、高分子有機薄膜、有機結晶薄膜または有機会合体薄膜である光分配方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかの光分配方法において、
前記それぞれの出力光パルスを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとして得る光分配方法。
【請求項１６】
請求項１５の光分配方法において、
前記それぞれの出力光パルスを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとして得るために、フィルタを用いる光分配方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかの光分配方法において、
前記それぞれの出力光パルスを、空間光変調器またはその他の光処理素子によって処理する光分配方法。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかの光分配方法において、
前記それぞれの出力光パルスを、光検出素子によって検出する光分配方法。
【請求項１９】
光パルス列からなる信号光の波面を、進行方向に対して垂直な少なくとも一軸方向に広げる信号光光学系と、
前記信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な少なくとも一軸方向に波面が広げられた制御光パルスを発生する制御光発生源と、
一方向に所定幅の広がりを有し、前記信号光光学系からの信号光、および前記制御光発生源からの制御光パルスが、互いに交差し、かつそれぞれ前記所定幅に渡って照射されることによって、前記所定幅内の異なる領域から、前記信号光光学系からの信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生する光学デバイスと、を備える光分配装置。
【請求項２０】
光パルス列からなる信号光の波面を、進行方向に対して垂直な面方向に広げる信号光光学系と、
前記信号光に同期し、かつ進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光パルスを発生する制御光発生源と、
一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有し、前記信号光光学系からの信号光、または前記制御光発生源からの制御光パルスに対して、２軸方向の傾きを有するように配され、前記信号光光学系からの信号光、および前記制御光発生源からの制御光パルスが、互いに交差し、かつそれぞれ前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡って照射されることによって、前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、前記信号光光学系からの信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生する光学デバイスと、を備える光分配装置。
【請求項２１】
請求項１９または２０の光分配装置において、
前記光学デバイスとして、所定強度以上の制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチが用いられ、前記出力光パルスとして、前記信号光光学系からの信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が切り出される光分配装置。
【請求項２２】
請求項２１の光分配装置において、
前記制御光発生源からの制御光パルスが前記光スイッチに垂直に入射して、前記光スイッチの前記異なる領域が同時にオン状態にされ、前記信号光光学系からの信号光が前記光スイッチに斜めに入射する光分配装置。
【請求項２３】
請求項２１の光分配装置において、
前記制御光発生源からの制御光パルスが前記光スイッチに斜めに入射して、前記光スイッチの前記異なる領域が順次、オン状態にされ、前記信号光光学系からの信号光が前記光スイッチに垂直に入射する光分配装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれかの光分配装置において、
前記光スイッチは、前記制御光発生源からの制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光光学系からの信号光を所定値以上の透過率で透過させるものである光分配装置。
【請求項２５】
請求項の２１〜２３のいずれかの光分配装置において、
前記光スイッチは、前記制御光発生源からの制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光光学系からの信号光を所定値以上の反射率で反射させるものである光分配装置。
【請求項２６】
請求項１９または２０の光分配装置において、
前記光学デバイスは、前記信号光であるプローブ光と前記制御光パルスであるポンプ光が同時に照射されたとき、前記出力光パルスとして前記プローブ光の位相共役光を発生するものである光分配装置。
【請求項２７】
請求項２６の光分配装置において、
前記制御光パルスである第１のポンプ光が、前記光学デバイスの一面側から前記光学デバイスに垂直に入射するとともに、前記光学デバイスの他面側に反射鏡が配置されて、前記一面側から前記光学デバイスを透過したポンプ光が、前記反射鏡で反射して、第２のポンプ光として、前記第１のポンプ光と同時に、前記他面側から前記光学デバイスに垂直に入射し、前記信号光であるプローブ光が、前記第１および第２のポンプ光と同時に、前記光学デバイスに斜めに入射する光分配装置。
【請求項２８】
請求項２７の光分配装置において、
前記光学デバイスと前記反射鏡との間に波長板が配置されて、前記第１および第２のポンプ光が互いに偏光方向が直交したものとされる光分配装置。
【請求項２９】
請求項２８の光分配装置において、
前記光学デバイスから発生した出力光パルスが偏光ビームスプリッタによって取り出される光分配装置。
【請求項３０】
請求項２６〜２９のいずれかの光分配装置において、
前記光学デバイスは、半導体微粒子分散ガラスまたは金属微粒子分散ガラスである光分配装置。
【請求項３１】
請求項２６〜２９のいずれかの光分配装置において、
前記光学デバイスは、半導体材料または半導体多重量子井戸である光分配装置。
【請求項３２】
請求項２６〜２９のいずれかの光分配装置において、
前記光学デバイスは、高分子有機薄膜、有機結晶薄膜または有機会合体薄膜である光分配装置。
【請求項３３】
請求項１９〜３２のいずれかの光分配装置において、
前記それぞれの出力光パルスが、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとして得られる光分配装置。
【請求項３４】
請求項３３の光分配装置において、
前記それぞれの出力光パルスを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとして得るための、フィルタを備える光分配装置。
【請求項３５】
請求項１９〜３４のいずれかの光分配装置において、
前記それぞれの出力光パルスを処理する、空間光変調器またはその他の光処理素子を備える光分配装置。
【請求項３６】
請求項１９〜３４のいずれかの光分配装置において、
前記それぞれの出力光パルスを検出する光検出素子を備える光分配装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムなどに用いる光分配（光デマルチプレックス）の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、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、それに対応した光多重（光マルチプレックス）および光分配（光デマルチプレックス）の方法が研究されている。
【０００３】
従来、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方法としては、「Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ  Ｎｏ．１８７（１９９５年６月）」７３ページ以下に示されているように、信号光の位相を変化させる位相シフト法と、信号光の周波数（波長）を変化させる周波数シフト法とが考えられている。
【０００４】
位相シフト法の代表的なものは、光カー効果を利用した２光路干渉計を用いるもので、２光路干渉計の一方の光路に挿入した非線形光学媒質の屈折率を、多重化されたシリアル信号光に同期した制御光（ゲート光）により変化させることによって、制御光パルスが入力されない時には、その時の信号光パルスが２光路干渉計の一方の出力ポートから出力され、制御光パルスが入力された時には、その時の信号光パルスが２光路干渉計の他方の出力ポートから出力される。
【０００５】
周波数シフト法は、非線形光学媒質中で制御光によって、多重化されたシリアル信号光の周波数（波長）をチャンネルごとに変化させ、その変化した信号光から波長分離素子によって、各チャンネルの信号光を空間的に分離する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した位相シフト法は、時間的に制御光パルスと一致した信号光パルスと一致しない信号光パルスとを空間的に分離するため、原理的に一度に２つの出力しか得られず、多チャンネルの信号光パルスを分離して得るには、上記の２光路干渉計を多段（チャンネル数をＮとすると、（Ｎ−１）段）に渡って設けるとともに、各段の２光路干渉計に対して信号光および制御光を、その方向を変え、一方は異なる時間遅延させて、入射させなければならず、光学系が著しく複雑になって、チャンネル数が多くなるほど対応が困難になるとともに、各段の信号光または制御光の間に正確な時間差を持たせるために非常に高度なプロセス技術が必要となる。
【０００７】
また、上述した周波数シフト法は、非線形光学媒質において一度に信号光をチャンネルごとに異なる周波数（波長）に変換することにより複数チャンネルの出力光を一括して得ることができるが、実際上、チャンネル数の増加に伴って、一度に信号光をチャンネルごとに異なる周波数に変換するのが困難になるため、上述した位相シフト法と同様の問題がある。
【０００８】
さらに、上述したのは、時間軸方向にしか情報を持たないという意味で、時間的にシリアルで、空間的にはゼロ次元の信号光を、空間的に１次元の出力光に変換する場合であるが、同様の信号光を、空間的に２次元の出力光に変換する必要性ないし要求も考えられる。
【０００９】
例えば、画像情報の光伝送で、送信側で、ｍ×ｎ画素についてのパラレル２次元画像情報を、シリアル信号光に多重化して送信し、受信側で、その多重化されたシリアル信号光を、一軸方向にはｍチャンネルで、これと直交する他の一軸方向にはｎチャンネルの、空間的に２次元のパラレル信号光に分離すれば、ｍ×ｎ画素についてのパラレル２次元画像情報を、２次元パラレル性を維持したまま、２次元空間光変調器や２次元ＣＣＤアレイなどによって直接、処理または検出することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、従来の位相シフト法や周波数シフト法では、このように多重化されたシリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換するのは、上述した空間的に１次元のパラレル信号光に変換する場合よりも、さらに一層、困難となる。
【００１１】
そこで、この発明は、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元または２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができるようにしたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光分配方法では、
一方向に所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光の光路上に配置し、その信号光およびこれに同期した制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる。
【００１３】
この場合、請求項３の発明のように、前記光学デバイスとして、所定強度以上の制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを用いて、前記出力光パルスとして、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分を切り出すことができる。
【００１４】
さらに、この場合、請求項４の発明のように、前記制御光パルスを前記光スイッチに垂直に入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を同時にオン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに斜めに入射させる方法とし、または請求項５の発明のように、前記制御光パルスを前記光スイッチに斜めに入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を順次、オン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに垂直に入射させる方法とすることができる。
【００１５】
さらに、この場合、請求項６の発明のように、前記光スイッチを、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の透過率で透過させるものとし、または請求項７の発明のように、前記光スイッチを、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の反射率で反射させるものとすることができる。
【００１６】
あるいはまた、請求項８の発明のように、前記光学デバイスとして、前記信号光であるプローブ光と前記制御光パルスであるポンプ光が同時に照射されたとき、前記出力光パルスとして前記プローブ光の位相共役光を発生するものを用いることができる。
【００１７】
さらに、この場合、請求項９の発明のように、前記制御光パルスである第１のポンプ光を、前記光学デバイスの一面側から前記光学デバイスに垂直に入射させるとともに、前記光学デバイスの他面側に反射鏡を配置して、前記一面側から前記光学デバイスを透過したポンプ光を、前記反射鏡で反射させて、第２のポンプ光として、前記第１のポンプ光と同時に、前記他面側から前記光学デバイスに垂直に入射させ、前記信号光であるプローブ光を、前記第１および第２のポンプ光と同時に、前記光学デバイスに斜めに入射させる方法とすることができる。
【００１８】
さらに、この場合、請求項１０の発明のように、前記光学デバイスと前記反射鏡との間に波長板を配置して、前記第１および第２のポンプ光を互いに偏光方向が直交したものとすることができる。
【００１９】
請求項２の発明の光分配方法では、
一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光、またはこれに同期した制御光パルスに対して、２軸方向の傾きを有するように配置し、前記信号光および制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる。
【００２０】
この場合、請求項１の発明の光分配方法と同様に、前記光学デバイスとして、光スイッチを用い、または位相共役光を発生するデバイスを用いることができる。
【００２１】
【作用】
上記の方法による請求項１の発明の光分配方法においては、信号光と制御光パルスの交差角および同期関係を規定することによって、制御光パルスが光学デバイスの所定幅内の各領域を同時または順次に照射して、各領域を同時または順次にオン状態または位相共役光発生可能状態にし、その時点で、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が、そのオン状態または位相共役光発生可能状態とされた領域に入射するようになる。
【００２２】
したがって、光学デバイスの所定幅内の異なる領域から、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が出力光パルスとして切り出され、または信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスが位相共役光として発生する。したがって、多重化されたシリアル信号光が、空間的に１次元のパラレル信号光に変換されることになる。
【００２３】
この場合、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット／秒）のときには、信号光パルスの時間間隔（パルス間隔）が１ｎｓ（ナノ秒）となり、空間的な距離間隔が３０ｃｍとなって、上記の方法は、デバイスとして非現実的な巨大なものとなる。
【００２４】
しかし、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓであれば、信号光パルスの時間間隔は１ｐｓ（ピコ秒）となり、空間的な距離間隔は３００μｍ＝０．０３ｃｍとなる。したがって、例えば、信号光を光学デバイスに対して４５度の角度で入射させ、制御光パルスを光学デバイスに垂直に入射させる場合には、光学デバイスの所定幅内の出力光パルスを発生するべき各領域の空間的な距離間隔は４２４μｍとなり、シリアル信号光を１００チャンネルの１次元パラレル信号光に変換する場合でも、光学デバイスの所定幅は４．２ｃｍ強でよい。
【００２５】
したがって、請求項１の発明の光分配方法によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００２６】
また、光学デバイスとして位相共役光を発生するデバイスを用いる場合には、出力光としての位相共役光の強度を信号光であるプローブ光の強度より大きくすることができるとともに、光学デバイスでの光損失の問題を回避することができるので、出力光の強度を大きくすることができる。
【００２７】
上記の方法による請求項２の発明の光分配方法においては、光学デバイスの信号光または制御光パルスに対する２軸方向の傾き角、および信号光と制御光パルスの交差角および同期関係を規定することによって、制御光パルスが光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の各領域を同時または順次に照射して、各領域を同時または順次にオン状態または位相共役光発生可能状態にし、その時点で、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が、そのオン状態または位相共役光発生可能状態とされた領域に入射するようになる。
【００２８】
したがって、光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が出力光パルスとして切り出され、または信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスが位相共役光として発生する。したがって、多重化されたシリアル信号光が、空間的に２次元のパラレル信号光に変換されることになる。
【００２９】
そして、請求項１の発明の光分配方法につき、上述したところから明らかなように、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓであれば、シリアル信号光を１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光に変換する場合でも、光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれの所定幅は数ｃｍ程度でよい。
【００３０】
したがって、請求項２の発明の光分配方法によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００３１】
また、請求項１の発明の光分配方法と同様に、光学デバイスとして位相共役光を発生するデバイスを用いる場合には、出力光の強度を大きくすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔光スイッチを用いる場合の実施形態〕
（透過型光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合）
図１は、この発明の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００３３】
光ファイバなどの光導波路１０中に伝送される信号光１’は、図の場合には６チャンネルの信号光が時間的にシリアルに多重化された、ビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓのものである。
【００３４】
この光導波路１０中を伝送した信号光１’を、レンズを組み合わせて構成した光学系２０に入射させて、光学系２０の出射光として、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列からなる信号光１を得る。信号光パルスの時間間隔は１ｐｓであるので、空間的な距離間隔は３００μｍとなる。
【００３５】
この信号光１の光路上に、ライン状の光スイッチ３０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて配置する。光スイッチ３０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、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、透過状態として信号光１を所定値以上の透過率で透過させるものとするとともに、そのライン方向に所定幅Ｗの広がりを有するものとし、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。
【００３６】
光スイッチ３０を信号光１に対して４５°傾けるので、図のようにＮ（チャンネル数）＝６の場合には、所定幅Ｗは信号光パルスの空間的な距離間隔の５倍強分のルート２倍とする。
【００３７】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１２に示して後述するように選択的に遮光層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した光シャッタ部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように光スイッチ３０から切り出される、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００３８】
あるいはまた、信号光１または後述する制御光２の光路上に、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００３９】
光導波路１０中を伝送した信号光１’からは、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの一組につき一つの制御光パルス２ａからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成する。信号光１’には、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列の始まりを示す情報が挿入され、これから、信号光１に対して後述するような時間関係で信号光１に同期した制御光２を容易に形成することができる。
【００４０】
この制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。図の場合は、制御光２を信号光１の出射側から光スイッチ３０に入射させる場合であるが、信号光１の入射側から光スイッチ３０に入射させてもよい。
【００４１】
後述するように、信号光パルス１Ａが領域Ｗｐのみから、信号光パルス１Ｂが領域Ｗｑのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが、光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕのみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光１の広げられた波面方向の、領域Ｗｐ〜Ｗｕに対応する空間位置部分１ｐ〜１ｕの、領域Ｗｐ〜Ｗｕまでの光路長の違いによる、領域Ｗｐ〜Ｗｕへの到達時間の差より十分短くする。すなわち、図のように光スイッチ３０を信号光１に対して４５°傾ける場合には、制御光パルス２ａの時間幅を信号光パルスの時間間隔より十分短くする。
【００４２】
例えば、信号光パルスの時間幅が、時間間隔（１ｐｓ）の１／１０の１００ｆｓ（フェムト秒）であれば、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光パルスのそれと同程度か、それより若干短くすればよい。
【００４３】
光スイッチ３０より前方側の信号光１の光路上には、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子からなる、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｐ〜１ｕの光路上に位置するように配置する。
【００４４】
上述した方法ないし装置においては、図２（Ａ）に示すように、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕを同時に照射し、同時に透過状態にする。そして、図示するように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに同時に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる。
【００４５】
したがって、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達した時点で、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｐが領域Ｗｐを、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｑが領域Ｗｑを、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｒが領域Ｗｒを、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｓが領域Ｗｓを、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｔが領域Ｗｔを、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｕが領域Ｗｕを、それぞれ透過して、図２（Ｂ）に示すように、それぞれ出力光パルス３Ａｐ，３Ｂｑ，３Ｃｒ，３Ｄｓ，３Ｅｔ，３Ｆｕとして切り出される。
【００４６】
そして、この出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕが、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００４７】
図１および図２（Ａ）（Ｂ）では一部を省略したが、信号光１は信号光パルス１Ａ〜１Ｆの組がシリアルに連続するもので、光スイッチ３０からは、図２（Ｃ）に示すように、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの組が連続して切り出される。ただし、同図は、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの空間的位置関係を示したもので、時間的には、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの一組が同時に切り出され、Ｎ＝６の場合には信号光パルスの時間間隔の６倍の時間後に、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの次の一組が同時に切り出される。
【００４８】
したがって、Ｎ＝６の場合には、光素子４０の各画素は、信号光パルスの時間間隔の６倍の時間ごとに、対応する出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを処理または検出できればよい。実際的な、チャンネル数Ｎがより多い場合には、光素子４０はより応答速度の遅いものでよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【００４９】
以上のように、上述した実施形態によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００５０】
（透過型光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合）
図３は、この発明の光分配方法および光分配装置の他の実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合である。
【００５１】
この実施形態では、信号光１の光路上に光スイッチ３０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して垂直にして配置して、信号光１を、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。その他は、図１の実施形態と同じである。
【００５２】
ただし、後述するように、信号光パルス１Ａが領域Ｗｕのみから、信号光パルス１Ｂが領域Ｗｔのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが、光スイッチ３０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐのみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を、信号光パルスの時間間隔と等しくするとともに、制御光パルス２ａの時間幅を、信号光パルスの時間間隔より十分短くする。
【００５３】
上述した方法ないし装置においては、図４（Ａ）に示すように、信号光パルス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を信号光１に対して同期させる。
【００５４】
したがって、同図に示すように、信号光パルス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、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕが領域Ｗｕを透過して、図４（Ｂ）に示すように、出力光パルス３Ａｕとして切り出される。
【００５５】
次に、同図に示すように、信号光パルス１Ｂが光スイッチ３０に到達すると、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、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔが領域Ｗｔを透過して、図４（Ｃ）に示すように、出力光パルス３Ｂｔとして切り出される。
【００５６】
次に、同図に示すように、信号光パルス１Ｃが光スイッチ３０に到達すると、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｓに到達して、領域Ｗｓが透過状態とされ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓが領域Ｗｓを透過して、図３に示したように、出力光パルス３Ｃｓとして切り出される。
【００５７】
以下、同様にして、図３の実施形態では、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｐが、それぞれ出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐとして順次、切り出され、光素子４０の対応する画素で順次、処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００５８】
この実施形態でも、Ｎ＝６の場合には、光素子４０の各画素は、信号光パルスの時間間隔の６倍の時間ごとに、対応する出力光パルス３Ａｕ〜３Ｆｐを処理または検出できればよい。実際的な、チャンネル数Ｎがより多い場合には、光素子４０はより応答速度の遅いものでよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【００５９】
（反射型光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合）
図５は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００６０】
この実施形態では、図１の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、光スイッチ３０を信号光１の光路上に配置する。ただし、この場合の光スイッチ３０は、制御光２が照射されるか否かにより屈折率が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、干渉により反射状態として信号光１を所定値以上の反射率で反射させるものとする。
【００６１】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１５に示して後述するように選択的に反射層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した実効スイッチ部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように光スイッチ３０から切り出される、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００６２】
あるいはまた、信号光１または後述する制御光２の光路上に、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００６３】
光スイッチ３０の反射面側に信号光１を、所定幅Ｗに渡って入射させるとともに、信号光１に同期した制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして光スイッチ３０の反射面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。
【００６４】
そして、信号光１が光スイッチ３０で反射した後の位置に、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｐ〜１ｕの反射光を受けるように配置する。
【００６５】
信号光パルス１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに同時に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図１の実施形態と同じである。
【００６６】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図１の実施形態と同様に、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｐ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｕが、それぞれ出力光パルス３Ａｐ，３Ｂｑ，３Ｃｒ，３Ｄｓ，３Ｅｔ，３Ｆｕとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。
【００６７】
（反射型光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合）
図６は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合で、（Ａ）（Ｂ）は、互いに直交する方向から見た図である。
【００６８】
この実施形態では、図３の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向を信号光１の進行方向に対して垂直にして、光スイッチ３０を信号光１の光路上に配置するが、その光スイッチ３０は、図５の実施形態と同様に反射型のものとし、信号光１を、ハーフミラー５０を介して光スイッチ３０の反射面側に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、光スイッチ３０の反射面側から光スイッチ３０に入射させる。
【００６９】
そして、信号光１が光スイッチ３０で反射し、さらにハーフミラー５０で反射した後の位置に、光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｕ〜１ｐの反射光を受けるように配置する。
【００７０】
制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を、信号光パルスの時間間隔と等しくし、信号光パルス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を信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図３の実施形態と同じである。
【００７１】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図３の実施形態と同様に、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｐが、それぞれ出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。
【００７２】
なお、ハーフミラー５０を用いないで、図６（Ｂ）において一点鎖線で示すように、光スイッチ３０に入射する信号光１と、光スイッチ３０から反射する出力光３との間に、角度を持たせるようにしてもよい。
【００７３】
〔位相共役光を利用する場合の実施形態〕
図７は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、位相共役光を利用する場合である。
【００７４】
上述したように、信号光は進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げる必要がある。しかし、光ファイバなどの光導波路中を伝送する信号光は、光導波路の耐入力によって強度が制限されるため、波面が広げられた信号光の強度を、あまり大きくすることはできない。さらに、上述した各実施形態のように透過型または反射型の光スイッチを用いる場合には、光スイッチでの光損失によって、得られる出力光が弱くなる。
【００７５】
そこで、図７の実施形態では、光スイッチの代わりに、位相共役光を発生する光学デバイスを用いて、出力光の強度を大きくする。
【００７６】
（原理）
位相共役光の発生は、３次の非線形光学効果に属する現象である。図９に示すように、レーザ光源１１１からのレーザ光を、ビームスプリッタ１１２を透過させ、ビームスプリッタ１１３で反射させ、さらにミラー１１４で反射させて、後述するような非線形光学媒質からなる位相共役光発生デバイス９０の一面に、前進ポンプ光Ｅｆとして入射させ、ビームスプリッタ１１３を透過したレーザ光を、ミラー１１５で反射させて、位相共役光発生デバイス９０の他面に、後進ポンプ光Ｅｂとして入射させるとともに、ビームスプリッタ１１２で反射したレーザ光を、ビームスプリッタ１１６で反射させて、位相共役光発生デバイス９０の一面に、プローブ光Ｅｐとして入射させ、プローブ光Ｅｐの進行方向と対向する方向に光検出器１１７を配置する。
【００７７】
このように、位相共役光発生デバイス９０に、波長の等しい２つのポンプ光Ｅｆ，Ｅｂを互いに対向させて入射させるとともに、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂと同一波長のプローブ光Ｅｐを入射させると、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂおよびプローブ光Ｅｐが照射されているときにのみ、位相共役光発生デバイス９０から、プローブ光Ｅｐと対向した位相共役光Ｅｃが発生し、図９の場合には、その位相共役光Ｅｃが、ビームスプリッタ１１６を介して、光検出器１１７によって検出される。
【００７８】
位相共役光Ｅｃは、プローブ光Ｅｐの時間反転波であり、プローブ光Ｅｐと同一波長である。また、プローブ光Ｅｐおよび位相共役光Ｅｃの強度は、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの強度より小さい。
【００７９】
しかし、位相共役光発生デバイス９０の出射面での位相共役光Ｅｃの振幅Ａｃ（０）は、位相共役光発生デバイス９０の入射面でのポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの振幅Ａｐ（０）と、位相共役光発生デバイス９０を構成する非線形光学媒質によって決まる定数αとの積に比例し、その比例定数をｋとすると、
Ａｃ（０）＝ｋ×α×Ａｐ（０）  …（１）
で表されるので、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの強度を大きくすることによって、位相共役光Ｅｃの強度をプローブ光Ｅｐの強度より大きくすることができる。
【００８０】
したがって、光スイッチに代えて位相共役光発生デバイスを用い、上述した信号光をプローブ光とし、制御光をポンプ光とすることによって、波面が広げられた信号光であるプローブ光の強度が大きくなくても、位相共役光としての出力光の強度を大きくすることができるとともに、光スイッチを用いる場合のような光学デバイスでの光損失の問題を回避することができる。
【００８１】
図９は、位相共役光Ｅｃをビームスプリッタ（ハーフミラー）１１６を介して取り出す場合で、これでは、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃのうちの５０％しか取り出すことができない。
【００８２】
これに対して、図１０に示すように、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂのいずれかの光路、例えばポンプ光Ｅｂの光路に、１／２波長板１１８を挿入して、位相共役光発生デバイス９０に互いに直交する偏光のポンプ光Ｅｆ，Ｅｂを入射させると、位相共役光発生デバイス９０から発生する位相共役光Ｅｃは、プローブ光Ｅｐに対して直交した偏光になる。
【００８３】
したがって、図示するように、位相共役光Ｅｃの取り出しに偏光ビームスプリッタ１１９を用いることができ、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃをほぼ１００％取り出すことができるので、出力光の強度をより大きくすることができる。
【００８４】
光スイッチに代えて位相共役光発生デバイスを用いるには、１ｐｓ以下の応答速度で位相共役光を発生、停止する非線形光学媒質が必要となる。３次の非線形光学効果が大きく、かつそのような超高速応答を示す材料としては、半導体微粒子分散ガラスまたは金属微粒子分散ガラスや、高分子有機薄膜、有機結晶薄膜または有機会合体薄膜などがある。これらの材料は、１ｐｓ以下の応答時間を有し、大面積化も容易であるため、位相共役光発生デバイスとして十分使用することができる。また、半導体材料中にも、半導体多重量子井戸（ＭＱＷ）などのように超高速応答を示すものがあり、それらを使用することもできる。
【００８５】
（実施形態）
図７は、位相共役光発生デバイスを用いて、これにプローブ光としての信号光を斜めに入射させ、ポンプ光としての制御光を垂直に入射させる場合である。
【００８６】
図では省略したが、光ファイバなどの光導波路中を伝送した、図の場合には６チャンネルの信号光が時間的にシリアルに多重化された信号光から、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列からなる信号光１を得る。
【００８７】
この信号光１の光路上に、ライン状の位相共役光発生デバイス９０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して傾けて配置して、信号光１をプローブ光Ｅｐとして、偏光ビームスプリッタ１４４を介して、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０に入射させる。
【００８８】
上記の光導波路中を伝送した信号光からは、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの一組につき一つの制御光パルス２ａからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成する。
【００８９】
その制御光パルス２ａを、後進ポンプ光Ｅｂとして、その進行方向を位相共役光発生デバイス９０のライン方向に対して垂直にして、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０の一面に入射させる。さらに、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光パルス２ａの光路上に、１／４波長板１３５およびミラー１３６を配置して、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光パルス２ａを、１／４波長板１３５を透過させ、ミラー１３６で反射させ、さらに１／４波長板１３５を再び透過させて、後進ポンプ光Ｅｂに対して直交した偏光の前進ポンプ光Ｅｆを形成し、その前進ポンプ光Ｅｆを、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０の他面に入射させる。
【００９０】
この場合、前進ポンプ光Ｅｆと後進ポンプ光Ｅｂが同時に位相共役光発生デバイス９０に入射するように、すなわち、制御光パルス２ａのある一つが前進ポンプ光Ｅｆとして位相共役光発生デバイス９０に入射する時点で、制御光パルス２ａのその後のある一つが後進ポンプ光Ｅｂとして位相共役光発生デバイス９０に入射するように、ミラー１３６の位置を調整する。
【００９１】
位相共役光発生デバイス９０は、上述したような非線形光学媒質によって形成するが、より実際的には、後述するように選択的に遮光層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ（チャンネル数）＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した位相共役光発生部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように位相共役光発生デバイス９０から位相共役光として発生する、それぞれの出力光パルスは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００９２】
あるいはまた、信号光１、制御光２または出力光３の光路上に、それぞれの出力光パルスを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００９３】
後述するように、信号光パルス１Ａに対応した出力光パルスが領域Ｗｕのみから、信号光パルス１Ｂに対応した出力光パルスが領域Ｗｔのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆに対応した出力光パルスが、位相共役光発生デバイス９０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐのみから、空間的に分離して発生するように、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光１の広げられた波面方向の、領域Ｗｕ〜Ｗｐに対応する空間位置部分の、領域Ｗｕ〜Ｗｐまでの光路長の違いによる、領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差より十分短くする。
【００９４】
位相共役光発生デバイス９０から発生して、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出された後の、信号光１であるプローブ光Ｅｐの位相共役光Ｅｃとしての出力光３の光路上には、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子からなる、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を配置する。
【００９５】
上述した方法ないし装置においては、図８（Ａ）に示すように、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕを同時に照射し、同時に位相共役光発生可能状態にする。そして、図示するように、それぞれプローブ光Ｅｐとしての信号光パルス１Ａ〜１Ｆが位相共役光発生デバイス９０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐに同時に到達する時点で、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２である前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂをプローブ光Ｅｐとしての信号光１に対して同期させる。
【００９６】
したがって、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達した時点で、図８（Ｂ）に示すように、領域Ｗｕ，Ｗｔ，Ｗｓ，Ｗｒ，Ｗｑ，Ｗｐから、それぞれ信号光パルス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの空間位置部分１ｕ，１ｔ，１ｓ，１ｒ，１ｑ，１ｐに対応した出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐが、それぞれ位相共役光Ｅｃとして発生する。
【００９７】
そして、この位相共役光Ｅｃとしての出力光パルス３Ａｕ〜３Ｆｐが、偏光ビームスプリッタ１４４を介して、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００９８】
しかも、出力光３は信号光１であるプローブ光Ｅｐの位相共役光Ｅｃとして得られるので、上述したように出力光３の強度を大きくすることができるとともに、この実施形態では、その位相共役光Ｅｃはプローブ光Ｅｐに対して直交した偏光になるので、その位相共役光Ｅｃとしての出力光３を、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出すことができ、出力光３の強度をより大きくすることができる。
【００９９】
（具体例）
図１１は、上述したように位相共役光を利用する光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、実験用のものである。
【０１００】
アルゴンレーザ１２１の出力光によりチタンサファイアレーザ１２２を励起して、チタンサファイアレーザ１２２から、波長７８０ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓ、パルス時間間隔１０ｎｓ（繰り返し周波数１００ＭＨｚ）の出力光を得る。
【０１０１】
このチタンサファイアレーザ１２２の出力光を、ビームスプリッタ１２３を透過させて、光マルチプレクサ１４１により多重化して、光マルチプレクサ１４１から、パルス時間幅が１００ｆｓ、パルス時間間隔が１ｐｓ（繰り返し周波数が１ＴＨｚ）のパルス列からなる信号光を得、この信号光を、ミラー１４２で反射させ、コリメータ／エキスパンダ１４３により約５ｍｍφに拡大し、偏光ビームスプリッタ１４４を透過させて、プローブ光Ｅｐとして、位相共役光発生デバイス９０に４５度の角度で入射させる。
【０１０２】
また、チタンサファイアレーザ１２２の出力光を、ビームスプリッタ１２３で反射させて、増幅器１２４に供給するとともに、チタンサファイアレーザ１２２の出力光によりＹＬＦレーザ１２５を励起し、ＹＬＦレーザ１２５の出力光を増幅器１２４に供給して、増幅器１２４から、強度８０μＪ／ｐｕｌｓｅの制御光を得る。
【０１０３】
そして、この増幅器１２４からの制御光を、ミラー１２６，１２７，１２８，１２９，１３１で順次反射させ、コリメータ／エキスパンダ１３２により約５ｍｍφに拡大し、さらにシリンドリカルレンズ１３３によりライン状に集光させて、後進ポンプ光Ｅｂとして、位相共役光発生デバイス９０の一面に垂直に入射させる。
【０１０４】
さらに、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光を、シリンドリカルレンズ１３４を介し、１／４波長板１３５を介して、ミラー１３６で反射させ、その反射光を、再び１／４波長板１３５を介し、シリンドリカルレンズ１３４によりライン状に集光させて、前進ポンプ光Ｅｆとして、位相共役光発生デバイス９０の他面に垂直に入射させる。
【０１０５】
これによって、位相共役光発生デバイス９０には、一面に後進ポンプ光Ｅｂが入射するとともに、他面に後進ポンプ光Ｅｂに対して直交した偏光の前進ポンプ光Ｅｆが入射する。この場合、増幅器１２４からのある制御光パルスが、前進ポンプ光Ｅｆとして位相共役光発生デバイス９０に入射する時点で、増幅器１２４からのその後のある制御光パルスが、後進ポンプ光Ｅｂとして位相共役光発生デバイス９０に入射するように、ミラー１２７，１２８および１３６の位置を調整する。また、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂは、プローブ光Ｅｐに対して、図７および図８において上述したように同期させる。
【０１０６】
位相共役光発生デバイス９０としては、フォトニクスガラスを用いた。これは、ガラス中に金属微粒子であるＢｉ2Ｏ3を分散させたもので、比較的大きい３次の非線形光学定数（９．３×１０-12ｅｓｕ）と、２００ｆｓ以下の応答時間を有する。フォトニクスガラスの厚さは２０μｍとし、信号光であるプローブ光Ｅｐおよび制御光であるポンプ光Ｅｆ，Ｅｂのパルス時間幅１００ｆｓに相当する空間的距離間隔３０μｍに比べて十分小さくした。さらに、位相共役光発生デバイス９０は、フォトニクスガラスにマスクを付けて、直径１００μｍの円形の位相共役光発生部を１０個、一方向にライン状に並べたものとした。
【０１０７】
そして、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃを、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出して、１０個の画素を一方向にライン状に並べたＣＣＤアレイ１４５によって観測した。
【０１０８】
その結果、ＣＣＤアレイ１４５上に位相共役光発生デバイス９０の１０個の位相共役光発生部に対応した１０個の光出力が観測され、光マルチプレクサ１４１からの信号光が増幅器１２４からの制御光によってデマルチプレックスされることが確認された。しかも、出力光としての位相共役光Ｅｃの強度は信号光であるプローブ光Ｅｐの１００％以上であり、デマルチプレックスに伴う光損失がないことが確認された。
【０１０９】
この実験では、光源の関係上、波長７８０ｎｍの光を用いたが、実験に用いたフォトニクスガラスは、１．５５μｍ帯に対しても吸収を示さないので、光通信で主として用いられる１．５５μｍ帯でも同様に用いることができる。
【０１１０】
〔光スイッチの実施形態〕
（透過型光スイッチの実施形態）
図１２は、図１または図３に示したような光分配方法ないし光分配装置の光スイッチとして用いて好適な透過型光スイッチの一実施形態を示す。
【０１１１】
この光スイッチは、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。
【０１１２】
信号光１が、１００チャンネルの信号光パルスの列からなる、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓのもので、この信号光１の、図において番号１，２‥‥９９，１００で示す１００チャンネルの信号光パルスを、繰り返し周波数１０ＧＨｚ（パルス時間間隔１００ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの制御光２によって、パラレルに分離する場合を想定して、この透過型光スイッチを試作した。
【０１１３】
光スイッチを信号光１に対して４５°傾け、制御光２を光スイッチに垂直に入射させる場合として、信号光パルスの空間的距離間隔が３００μｍであるので、光シャッタ部３４は、１００個の信号光パルスの波面に対応するように、直径１００μｍの円形のものを、４２４μｍのピッチで１００個、一方向にライン状に並べて形成した。光スイッチの全長は、４．２ｃｍ強である。
【０１１４】
実際に行った製造方法を示す。石英基板３１は、濃硫酸に一昼夜浸漬後、流水洗浄し、さらに超純水中で超音波洗浄したものを用いた。機能性薄膜３２としては、大面積化を考慮して、有機材料であるＡｌＰｏ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）を用いた。
【０１１５】
ＡｌＰｏ−Ｆは、波長６００〜８００ｎｍに対して吸収を示し、パワー密度５×１０9Ｗ／ｃｍ2の入射光で４５％の吸収変化を生じる。吸収回復時間は５５０ｆｓで、この発明の光分配方法ないし光分配装置に用いる光スイッチとして十分な機能を有する。
【０１１６】
石英基板３１上に、このＡｌＰｏ−Ｆを１５０度、１０-6Ｔｏｒｒで真空蒸着して、０．８μｍ厚の機能性薄膜３２を形成した。この機能性薄膜３２上に、アルミニウムを１０-6Ｔｏｒｒで５００ｎｍ厚に蒸着し、塩酸を用いた通常のエッチングを行って、遮光層３３を所定パターンに形成し、光シャッタ部３４を上記のサイズおよびピッチで１００個、形成した。
【０１１７】
機能性薄膜３２としては、ＡｌＰｏ−Ｆ以外に、ポリジアセチレンや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。
【０１１８】
また、遮光層３３は、光の透過を阻止すればよいので、アルミニウムのように光を反射するものではなく、光を十分に吸収するものでもよい。さらに、石英基板３１のような透光性基板を設ける場合には、遮光層３３を、機能性薄膜３２上ではなく、その透光性基板の機能性薄膜３２が形成される面と反対側の面上に形成してもよい。また、透光性基板はなくてもよく、ＡｌＰｏ−Ｆなどの機能性材料からなるベース層の一面に遮光層３３を設けるだけでもよい。
【０１１９】
（透過型光スイッチを用いる場合の具体例）
図１３は、上述した透過型光スイッチを用いる光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、実験用のものである。
【０１２０】
パルス時間幅１００ｆｓ、発振周波数８２ＭＨｚのＯＰＯ（オプティカルパラメトリック発振器）６１からの、波長６２０ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を分割して、一部は、光マルチプレクサ６２により、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの信号光１として、光学系２０により進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げて、光スイッチ３０に入射させる。
【０１２１】
光スイッチ３０は、図１２に示したように、ＡｌＰｏ−Ｆからなる光シャッタ部３４を１００個、一方向にライン状に並べた透過型のもので、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、信号光１の光路上に配置する。
【０１２２】
出力光５の残りは、制御光２として、光学的遅延手段６３により遅延させ、シリンドリカルレンズ６４によりライン状に集光させて、光スイッチ３０に垂直に入射させる。出力光５の光強度は５００μＪで、これをシリンドリカルレンズ６４により集光させることによって、制御光として十分な光パワーが得られた。
【０１２３】
光スイッチ３０の前方には、１００個の画素を一方向にライン状に並べたフォトディテクタアレイ４１を配し、そのそれぞれの画素を光スイッチ３０のそれぞれの光シャッタ部に対応させる。フォトディテクタアレイ４１としては、１０ＧＨｚの応答速度が要求されるため、ＧａＡｓからなる超高速フォトダイオードを用いた。
【０１２４】
そして、ＯＰＯ６１の出力信号７を、遅延回路６７により遅延させて、トリガー信号としてロックインアンプ６８に供給し、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８を、ロックインアンプ６８に供給して、ロックインアンプ６８により、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８の変動成分を検出し、その検出出力をコンピュータ７０により測定した。
【０１２５】
その結果、信号光１と制御光２の光スイッチ３０への照射タイミングを合わせたときにのみ、フォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に同時に電圧変動が観測された。これは、制御光２によって、光スイッチ３０の図１２に示した光シャッタ部３４において、ＡｌＰｏ−Ｆからなる機能性薄膜３２の吸収が減少して透過光強度が増加し、その増加分がフォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に電圧変動として現れたためと考えられる。
【０１２６】
上記の検出・測定を繰り返し、ＯＰＯ６１の出力信号７に対応してフォトディテクタアレイ４１の出力信号８をモニタすることによって、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１２７】
上述したように、光通信では主として１．５５μｍ帯の信号光が用いられる。そこで、１．５５μｍ帯に、より近い信号光を用いて、上記と同様の実験を行った。
【０１２８】
図１４は、この場合を示し、ＯＰＯ６１からの、波長１．５５μｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を、波長変換素子６５によって、波長７７５ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光６に変換する。出力光５の２次高調波を抽出することによって、このようにパルス時間幅を変化させることなく、波長を変換することができる。
【０１２９】
このように波長を７７５ｎｍに変換するのは、光スイッチ３０の図１２に示した機能性薄膜３２を形成するＡｌＰｏ−Ｆが、上述したように６００〜８００ｎｍに対して吸収を示すからである。図１３の場合の６２０ｎｍに比べれば効率は落ちるものの、７７５ｎｍでも光スイッチとして動作可能である。
【０１３０】
この波長変換素子６５からの波長７７５ｎｍの出力光６から、信号光１および制御光２を生成して、図８の場合と同様の実験を行った。その結果、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１３１】
なお、図１３または図１４の場合、フォトディテクタアレイ４１は必ずしも光スイッチ３０のすぐ前方に配置する必要はない。図１２に示した光シャッタ部３４を透過した後の回折光の広がりは、広がり角θ、透過光の波長λ、透過部の径ωo、および透過部の屈折率ｎの間の式、θ＝λ／πωoｎに従って計算すると、λ＝６２０ｎｍ，ωo＝１００μｍの場合、θが０．１°以下となって、極めて小さくなる。そのため、必要に応じて、光スイッチ３０とフォトディテクタアレイ４１との間に何らかの光学デバイスを挿入して、透過回折光の処理を行うようにしてもよい。
【０１３２】
（反射型光スイッチの実施形態）
図１５は、図５または図６に示したような光分配方法ないし光分配装置の光スイッチとして用いて好適な反射型光スイッチの一実施形態を示す。
【０１３３】
この光スイッチは、シリコン基板３５上に、制御光が照射されるか否かによって屈折率が変化し、干渉反射による反射率が変化する反射層３６を、互いに独立の複数の実効スイッチ部として形成したものである。
【０１３４】
信号光１が、１００チャンネルの信号光パルスの列からなる、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓのもので、この信号光１の、図において番号１，２‥‥１００で示す１００チャンネルの信号光パルスを、繰り返し周波数１０ＧＨｚ（パルス時間間隔１００ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの制御光２によって、パラレルに分離する場合を想定して、この反射型光スイッチを試作した。
【０１３５】
光スイッチを信号光１に対して４５°傾け、制御光２を光スイッチに垂直に入射させる場合として、信号光パルスの空間的距離間隔が３００μｍであるので、反射層３６は、１００個の信号光パルスの波面に対応するように、直径１００μｍの円形のものを、４２４μｍのピッチで１００個、一方向にライン状に並べて形成した。光スイッチの全長は、４．２ｃｍ強である。
【０１３６】
反射層３６としては、低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのＭＱＷ（多重量子井戸）を用いた。このＭＱＷは、波長１．５３５μｍ、光強度１０ｐＪの入射光に対して、動作時間２５０ｆｓ、繰り返し周波数２０ＧＨｚで応答し、この発明の光分配方法ないし光分配装置に用いる光スイッチとして十分な機能を有する。
【０１３７】
ただし、反射層３６としては、他の材料を用いることもできる。また、基板としても、シリコン基板３５に限らず、反射層３６に比べて反射率が十分に低いものであれば、他の材料のものを用いることができる。
【０１３８】
（反射型光スイッチを用いる場合の具体例）
図１６は、上述した反射型光スイッチを用いる光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、図１３および図１４と同様に実験用のものである。
【０１３９】
光スイッチ３０の図１５に示した反射層３６を形成する上記のＭＱＷが、光通信で主として用いられる１．５５μｍ帯に対して十分動作可能であることから、この場合には、ＯＰＯ６１（パルス時間幅１００ｆｓ、発振周波数８２ＭＨｚ）からの、波長１．５５μｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を、そのまま、光マルチプレクサ６２により、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの信号光１として、光学系２０により進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げて、光スイッチ３０に入射させる。
【０１４０】
光スイッチ３０は、図１５に示したように、上記のＭＱＷからなる反射層３６を１００個、一方向にライン状に並べた反射型のもので、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、信号光１の光路上に配置する。
【０１４１】
出力光５は、また、制御光２として、光学的遅延手段６３により遅延させ、シリンドリカルレンズ６４によりライン状に集光させて、光スイッチ３０に垂直に入射させる。
【０１４２】
信号光１の光スイッチ３０からの反射位置には、光スイッチ３０に対して４５°傾けて、１００個の画素を一方向にライン状に並べたフォトディテクタアレイ４１を配し、そのそれぞれの画素を光スイッチ３０のそれぞれの反射層に対応させる。フォトディテクタアレイ４１としては、図１３および図１４の場合と同様に、ＧａＡｓからなる超高速フォトダイオードを用いた。
【０１４３】
そして、図１３および図１４の場合と同様に、ＯＰＯ６１の出力信号７を、遅延回路６７により遅延させて、トリガー信号としてロックインアンプ６８に供給し、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８を、ロックインアンプ６８に供給して、ロックインアンプ６８により、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８の変動成分を検出し、その検出出力をコンピュータ７０により測定した。
【０１４４】
その結果、信号光１と制御光２の光スイッチ３０への照射タイミングを合わせたときにのみ、フォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に同時に電圧変動が観測された。これは、制御光２によって、光スイッチ３０の図１５に示した上記のＭＱＷからなる反射層３６の屈折率が変化して緩衝条件が崩れ、反射層３６からの反射光強度が増加して、その増加分がフォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に電圧変動として現れたためと考えられる。
【０１４５】
上記の検出・測定を繰り返し、ＯＰＯ６１の出力信号７に対応してフォトディテクタアレイ４１の出力信号８をモニタすることによって、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１４６】
〔２次元パラレル信号光に変換する場合の実施形態〕
この発明は、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換する場合にも適用することができる。
【０１４７】
この場合には、例えば、光スイッチを用いる場合であれば、図１７に示すように、光スイッチ３０を、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する２次元のものとして、信号光１または制御光２に対して、２軸方向に傾きを有するように配し、図では省略したが、他方の制御光または信号光は、例えば光スイッチ３０に垂直に入射させる。
【０１４８】
図１８は、この場合の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【０１４９】
光ファイバなどの光導波路１０中を伝送した信号光１’を、レンズを組み合わせて構成した光学系２０に入射させて、光学系２０の出射光として、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルスの列からなる信号光１を得る。
【０１５０】
この信号光１の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する光スイッチ３０を、信号光１に対して２軸方向に傾きを有するように配置して、信号光１を光スイッチ３０に、その一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡って入射させる。
【０１５１】
光スイッチ３０は、１次元の場合の図１または図３に示したそれと同様に、制御光２が照射されるか否かにより吸収係数が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、透過状態として信号光１を所定値以上の透過率で透過させるものとする。
【０１５２】
信号光１’からは、そのチャンネル数（図の場合は、４×４＝１６）分の信号光パルスにつき一つの制御光パルスからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成し、その制御光２を光スイッチ３０に垂直に、光スイッチ３０の一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡って入射させる。
【０１５３】
この場合も、それぞれの信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域のみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光２の時間幅（パルス幅）は、信号光１の広げられた波面方向の、光スイッチ３０の各領域に対応する各空間位置部分の、光スイッチ３０の各領域までの光路長の違いによる、光スイッチ３０の各領域への到達時間の差より十分短くする。
【０１５４】
光スイッチ３０より前方側の信号光１の光路上には、光素子４０を配置する。光素子４０は、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子で、しかも各画素４２が２次元アレイ状に配列されたものとし、その各画素４２を信号光１の上述した各空間位置部分に対応させる。
【０１５５】
上述した方法ないし装置においては、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域を同時に照射し、同時に透過状態にする。そして、チャンネル数分の信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域に同時に到達するように、光スイッチ３０の信号光１に対する２軸方向の傾きを定めるとともに、チャンネル数分の信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域に同時に到達する時点で、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域に到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる。
【０１５６】
したがって、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域に到達した時点で、チャンネル数分の信号光パルスの互いに異なる空間位置部分が、光スイッチ３０の対応する領域を、それぞれ透過して、それぞれ出力光パルス３ａとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルスが２次元パラレル情報として取り出されることになる。
【０１５７】
この場合にも、それぞれの出力光パルス３ａは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりを生じないことが望ましい。そのため、信号光１または制御光２の光路上に、図１９に示すような、出力光パルスを個々に分離する透過ピクセル８１を有するフィルタ８０を配置することが好ましい。あるいはまた、光スイッチ３０を、図１２に示したような互いに独立の光シャッタ部３４を、一方向および他方向に２次元的に並べて形成したものとしてもよい。
【０１５８】
上述した方法ないし装置では、光素子４０の各画素４２は、信号光パルスの時間間隔のチャンネル数倍の時間ごとに、対応する出力光パルスを処理または検出できればよい。したがって、信号光１のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓで、例えば、信号光１が１００×１００画素についての２次元画像情報を時間的にシリアルに多重化したものである場合には、光素子４０の各画素４２は、１ｐｓ×１００×１００＝１０ｎｓの時間ごとに応答できればよい。さらに、信号光１が１０００×１０００画素についての２次元画像情報を多重化したものである場合には、各画素４２の応答時間は１μｓでよい。したがって、光素子４０としては、現在考えられている、液晶などを用いた２次元空間光変調器などの光処理素子や、２次元ＣＣＤアレイや２次元フォトディテクタアレイなどの光検出素子を用いることができる。
【０１５９】
さらに、信号光１のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓで、例えば、信号光１を１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光に変換する場合でも、図１の実施形態で示し、図１２の透過型光スイッチで示したところから明らかなように、光スイッチ３０は数ｃｍ角でよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【０１６０】
以上のように、上述した実施形態によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６１】
図１８とは逆に、光スイッチ３０を制御光に対して２軸方向に傾きを有するように配置して、制御光を光スイッチ３０に入射させ、信号光を光スイッチ３０に垂直に入射させてもよい。この場合には、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域を順次照射し、順次透過状態にするので、信号光パルスが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルスが光スイッチ３０の、その信号光パルスに対応する領域に到達するように、光スイッチ３０の制御光に対する２軸方向の傾きを定め、制御光を信号光に対して同期させればよく、これによって、それぞれの信号光パルスが光スイッチ３０に順次到達した時点で、その信号光パルスのその信号光パルスに対応する空間位置部分が、光スイッチ３０のその信号光パルスに対応する領域を透過して、出力光パルスとして切り出されるようになる。
【０１６２】
また、光スイッチを反射型にしても、上述した透過型にした場合と同様に、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換することができる。
【０１６３】
この場合にも、それぞれの出力光パルスが、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりを生じないように、信号光または制御光の光路上に、図１９に示したようなフィルタ８０を配置し、または光スイッチを、図１５に示したような互いに独立の反射層３６を、一方向および他方向に２次元的に並べて形成したものとすることが望ましい。
【０１６４】
さらに、位相共役光を利用して、位相共役光を発生する光学デバイスを用いる場合にも、光スイッチを用いる場合と同様に、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換することができる。
【０１６５】
この場合、図７または図１１に示したように１次元のパラレル信号光に変換する場合と同様に、ミラーを用いることによって、前進ポンプ光および後進ポンプ光を形成することができ、さらに位相共役光発生デバイスとミラーとの間に１／４波長板を配置することによって、前進ポンプ光と後進ポンプ光の偏光方向を直交させ、出力光としての位相共役光を信号光であるプローブ光に対して直交した偏光のものとすることができる。
【０１６６】
【発明の効果】
上述したように、請求項１の光分配方法、または請求項１９の光分配装置によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６７】
請求項２の光分配方法、または請求項２０の光分配装置によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６８】
また、請求項８の光分配方法、または請求項２６の光分配装置によれば、出力光の強度を大きくすることができ、さらに請求項１０の光分配方法、または請求項２８の光分配装置によれば、出力光の強度をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図３】この発明の光分配方法および光分配装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】図３の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図５】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図６】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図７の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図９】位相共役光を発生させる光学系を示す図である。
【図１０】プローブ光に対して直交した偏光の位相共役光を発生させる光学系を示す図である。
【図１１】位相共役光を利用する場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１２】この発明の透過型光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図１３】透過型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１４】透過型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１５】この発明の反射型光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図１６】反射型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１７】２次元パラレル信号光に変換する場合の原理を示す図である。
【図１８】２次元パラレル信号光に変換する場合の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図１９】図１８の方法ないし装置に用いて好適なフィルタを示す図である。
【符号の説明】
１…信号光、１Ａ〜１Ｆ…信号光パルス、１ｐ〜１ｕ…空間位置部分、
２…制御光、２ａ…制御光パルス、
３…出力光、３Ａｐ〜３Ｆｕ，３Ａｕ〜３Ｆｐ，３ａ…出力光パルス、
Ｅｐ…プローブ光、Ｅｆ…前進ポンプ光、Ｅｂ…後進ポンプ光、
Ｅｃ…位相共役光、
１０…光導波路、
２０…光学系、
３０…光スイッチ、Ｗｐ〜Ｗｕ…領域、
３２…機能性薄膜（ベース層）、３３…遮光層、３４…光シャッタ部、
３５…シリコン基板（基板）、３６…反射層（実効スイッチ部）、
４０…光素子（光処理素子、光検出素子）、
８０…フィルタ、
９０…位相共役光発生デバイス、
１３５…１／４波長板、１３６…ミラー、１４４…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】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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