(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率格子に被制御光を入射させ、前記屈折率格子の透過光を第１の伝送路を通じて光カプラに伝えると共に、前記屈折率格子の反射光を第２の伝送路を通じて前記光カプラに伝え、前記屈折率格子の平均屈折率を変化させることで前記透過光と反射光の位相差を変化させて前記透過光と反射光の干渉により前記光カプラから第１及び第２の出力光路に出力される光の光強度を交互に強弱させることを特徴とする光スイッチング方法。
【請求項２】
前記第１の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定することを特徴とする請求項１記載の光スイッチング方法。
【請求項３】
前記第２の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定することを特徴とする請求項１または２記載の光スイッチング方法。
【請求項４】
前記第１の伝送路の途中に第３の出力光路を接続して前記透過光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチング方法。
【請求項５】
前記第２の伝送路の途中に第４の出力光路を接続して前記反射光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光スイッチング方法。
【請求項６】
与えられた制御量に応じて平均屈折率を変化させる屈折率格子と、この屈折率格子に入射された被制御光の透過光を伝達する第１の伝送路と、前記屈折率格子に入射された被制御光の反射光を伝達する第２の伝送路と、これら第１及び第２の伝送路によって伝えられた透過光と反射光を干渉させて位相差に応じた光強度で第１及び第２の出力光路から光を出力させる第１の光カプラと、前記屈折率格子に制御量を与える制御量付与手段を備え、前記制御量の付与操作によって前記屈折率格子の平均屈折率を変化させることで前記透過光と反射光の位相差を変化させて前記透過光と反射光の干渉により前記第１の光カプラから前記第１及び第２の出力光路に出力される光の光強度を交互に強弱させることを特徴とする光スイッチング装置。
【請求項７】
前記屈折率格子は、λ／４シフト屈折率格子であることを特徴とする請求項６記載の光スイッチング装置。
【請求項８】
前記第１の伝送路の途中に第２の光カプラを設けて第３の出力光路を接続したことを特徴とする請求項６または７記載の光スイッチング装置。
【請求項９】
前記第２の伝送路の途中に第３の光カプラを設けて第４の出力光路を接続したことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチング方法及びこれを実施する光スイッチング装置に関する。更に詳述すると、本発明は、屈折率格子を使用し、多値スイッチングに適した光スイッチング方法及びこれを実施する光スイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光のスイッチング機能を実現するために、従来、光位相変調器と干渉計を用いる方法が知られている。図１２はそのような光スイッチを光ファイバ技術を利用して構成した場合の概念図である。入力ポート１０１から入射された光は３ｄＢ光カプラ１０２によって２つの光路１０３，１０４を伝わる等強度の光に分割されるが、その際分割されたこれら２光の間にπ／２ラジアンの位相差が生じる。もしここで干渉計の２光路１０３，１０４の長さが等しく、かつ光位相変調器１０５が作動していなければ、すなわちこれによって付加される位相変化が０であれば、２光はそれぞれ３ｄＢ光カプラ１０６でさらに等分割される際に同様にπ／２ラジアンの位相差が付与されるため、干渉により光強度は第２の出力ポート１０８にのみ存在し、第１の出力ポート１０７からは何も出力されない結果となる。
【０００３】
ここで光位相変調器１０５を作動させ、一方の光路１０３を伝搬する光にのみπラジアンの位相変化を付与すると、今度は第１の出力ポート１０７から光が出力され、第２の出力ポート１０８からは何も出力されなくなる。つまり、光位相変調器１０５を作動させることによって干渉計の２光路１０３，１０４を伝搬する２光の間の位相差が＋π／２または−π／２ラジアンとなるため、結果として光の出力ポートを切り替えることが出来る干渉計型光路切替スイッチングが実現できる。
【０００４】
なお、図１２はマッハ・ツェンダー干渉計を用いて示したものであるが、この他にもマイケルソン干渉計やサニャック干渉計を用いる方法など、多数の方式が存在する。これらは皆、分割された２光のうちの一方の位相を変えることで２光間の位相差を制御し、光スイッチング機能を実現するものである。
【０００５】
一方、干渉計とは別の方法で光スイッチングを実現するために、屈折率格子を用いる方法が提案されている。屈折率格子１０９は図１３に示すように、屈折率ｎＨで厚さｌＨの高屈折率層１０９ａと屈折率ｎＬで厚さｌＬの低屈折率層１０９ｂが交互に配置されている光素子である。各屈折率層１０９ａ，１０９ｂの空間的周期を格子間隔と呼び、記号Λ（＝ｌＨ＋ｌＬ）で表す。この屈折率格子１０９に外部から光が垂直に入射すると、ブラッグ波長とその近傍の波長の光は屈折率格子１０９で反射され、それ以外の波長の光は屈折率格子１０９を透過する。このため、屈折率格子１０９は光領域の波長フィルタとして主に用いられている。屈折率格子１０９への入射光に対する反射率や透過率は、入射光の波長と屈折率ｎＨやｎＬの大きさ、さらに屈折率格子１０９の長さＬなどによって決まる。ブラッグ波長λＢは以下の数式１によって与えられる。
【数１】
λＢ＝２ｎａｖｒΛ
ここでｎａｖｒは屈折率格子１０９の平均屈折率で、以下の数式２のように表される。
【数２】
0003732392.tif 000002
一般に物質の屈折率は温度や圧力、電界、光強度などの依存性を有している。そのため、これらの依存性のうちの一つを制御量として利用して、屈折率格子１０９の平均屈折率ｎａｖｒを変化させることにより、数式１で与えられるブラッグ波長λＢや、反射率、透過率を変化させることができる。特に平均屈折率変化が正である場合には、ブラッグ波長λＢは長波長側に変化する。
【０００６】
図１４に、屈折率格子１０９の反射率の波長依存性の一例を示す。横軸は屈折率格子１０９に入射する光の波長で、縦軸はその反射率を表している。実線は屈折率格子１０９の平均屈折率ｎａｖｒに変化がない場合の曲線で、点線は平均屈折率に正の変化が生じた場合の曲線である。このような変化が生じた場合、反射率曲線が全体的に長波長側に移動することが分かる。ここで数式１で表されるブラッグ波長λＢは、中央の反射波長帯域の中心波長に対応する。中央の反射波長帯域に対して、その外側にはサイドバンドと呼ばれる周期的な反射帯域が現れているが、これは多かれ少なかれ屈折率格子１０９一般に生じるものである。また、屈折率格子１０９に光吸収がなければ、透過率は１から反射率を引くことで得ることができる。
【０００７】
上記の性質を利用して、屈折率格子１０９を利用した光のスイッチング方法が提案されている。図１５に屈折率格子１０９を利用した光スイッチング装置の概念を示す。被制御光の波長を屈折率格子１０９のブラッグ波長λＢに合致させておく。ここで被制御光の光強度は屈折率格子１０９の平均屈折率を変化させるほどには強くないものとする。したがってこの光が屈折率格子１０９に入射すると、その屈折率格子１０９によって反射される（図１５（Ａ））が、ここで同時に温度、圧力、電界、光などを制御量として屈折率格子１０９に入力し、その制御量が屈折率格子１０９の平均屈折率ｎａｖｒを変化させるほど大きいものとすると、数式１からブラッグ波長λＢが変化する。そのため、被制御光の波長はもはやブラッグ波長と合致しなくなり、屈折率格子１０９を透過するようになる（図１５（Ｂ））。制御量を入力したり逆に遮断したりすることで、被制御光は屈折率格子１０９に対して透過と反射の２つの状態をもつことになるので、これでスイッチングが行えることになる。
【０００８】
ここでスイッチングに必要な制御量の大きさを考えてみると、被制御光の波長は屈折率格子１０９のブラッグ波長λＢに合致させるよりは、制御量による反射率曲線の移動量を少なくするために、ブラッグ波長λＢより長波長側もしくは短波長側の、反射波長帯域の端の方に位置すべきで、かつ反射率曲線は反射波長帯域端で急激に変化している方が好ましい。
【０００９】
このため、屈折率格子１０９の反射率曲線の形状を制御するために、屈折率格子１０９の屈折率形状に以下のような工夫を加えて、スイッチングに必要な制御量の大きさを低減する方法が提案されている。すなわち図１６に示すように、屈折率格子１０９の中央部分で格子位相を反転させたλ／４シフト屈折率格子１１０を用いると、その反射率の波長依存性は図１７に示すようにブラッグ波長λＢで光が反射せず、逆に透過するような状態を作り出すことができる。また、このようにして作られた透過の波長幅は非常に狭く、λ／４シフト屈折率格子１１０へ入射する光の波長がブラッグ波長λＢであった場合、屈折率格子１１０の平均屈折率ｎａｖｒの小さな変化で透過から反射ヘスイッチさせることができ、スイッチングエネルギーの低減化につながる。なお、図１６中符号１１０ａは高屈折率層、符号１１０ｂは低屈折率層である。
【００１０】
以上述べたような光スイッチング機能は光ファイバ通信で重要なため、しばしば屈折率格子１０９としてファイバグレーティング（以下、ファイバグレーティング１０９という。）が使われる。ここで、ファイバグレーティング１０９は、光ファイバのコアに直接屈折率の周期構造が形成された、屈折率格子１０９として機能する光素子である。図１８はファイバグレーティング１０９を利用した光スイッチング装置の概略構成図である。被制御光として入射された光は、その波長がファイバグレーティング１０９のブラッグ波長λＢと合致しているとき、ファイバグレーティング１０９で反射され、光サーキュレータ１１１で光路を変えられて最終的に第１の出力ポート１０７から出力される。ここで先程と同様に制御量として熱や圧力、光などを被制御光と同時にファイバグレーティング１０９に入力すると、制御量の大きさによってファイバグレーティング１０９のブラッグ波長λＢが変化するため、被制御光の波長と合致しなくなり、被制御光はファイバグレーティング１０９を透過し、第２の出力ポート１０８に出力されるようになる。したがって、図１８のようなスイッチング装置は干渉計を用いることなく図１２と同様なファイバ型の光路切替装置として動作する。
【００１１】
ところで、実用的な光スイッチング装置では多数の状態を処理する必要があり、実際には、光スイッチング装置を多数の出力ポートを有するものとして利用されることが多い。このような多数の出力状態を処理する光スイッチング装置を実現するために、従来、図１８に示す１入力２出力の光スイッチング装置等を単位要素とし、かかる単位要素を多段に接続して使用している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の単位要素を多段に接続することで構成された多数の状態を有する光スイッチング装置では、屈折率格子１０９や光サーキュレータ１１１など、多数の光素子を接続することになるので、システム全体が大型化し、かつ複雑なものになってしまい、信頼性に劣る。また、光素子一つ一つの光損失は完全には０ではないため、多段に接続するとそれだけ信号の光強度が小さくなり、通信エラーの原因になる。そのため、単位スイッチング素子はそれ一つでできるだけ多くの状態をもつ能力のあることが望ましい。
【００１３】
本発明は、多数出力に適した光スイッチング方法及びこれを実施する光スイッチング装置と、かかる方法及び装置の単位要素としての使用に適した光スイッチング方法及びこれを実施する光スイッチング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の光スイッチング方法は、屈折率格子に被制御光を入射させ、屈折率格子の透過光を第１の伝送路を通じて光カプラに伝えると共に、屈折率格子の反射光を第２の伝送路を通じて光カプラに伝え、屈折率格子の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて透過光と反射光の干渉により光カプラから第１及び第２の出力光路に出力される光の光強度を交互に強弱させるものである。
【００１５】
屈折率格子に被制御光を入射させると、被制御光は屈折率格子の平均屈折率に応じた反射率で反射し透過する。そして、第１の伝送路と第２の伝送路を通って光カプラに伝えられた透過光と反射光は干渉し、その位相差に応じた光強度で第１及び第２の出力光路から出力される。屈折率格子に光や熱等の制御量を付与すると屈折率格子の平均屈折率が変化し、屈折率格子の反射率が変化すると共に、反射光と透過光の位相差が変化する。この位相差の変化により、反射光と透過光の干渉により各出力光路から出力される光の減少と増加の関係が変化し、各出力光の強弱を変化させることができる。即ち、屈折率格子に付与する制御量の付与操作によって出力光路が切り替わる。
【００１６】
また、請求項２記載のスイッチング方法は、第１の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するものである。つまり、出力光の光強度に対して所定の閾値を設定しておき、出力光の光強度を閾値と比較することで出力光のオンオフ状態を決定する。即ち、屈折率格子に付与する制御量の付与操作によって第１の出力光路をオンオフ操作することができる。
【００１７】
また、請求項３記載のスイッチング方法は、第２の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するものである。つまり、出力光の光強度に対して所定の閾値を設定しておき、出力光の光強度を閾値と比較することで出力光のオンオフ状態を決定する。即ち、屈折率格子に付与する制御量の付与操作によって第２の出力光路をオンオフ操作することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の光スイッチング方法は、第１の伝送路の途中に第３の出力光路を接続して透過光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するものである。
【００１９】
上述の通り、屈折率格子の平均屈折率が変化すると、その反射率が変化して第１の伝送路を通る透過光の光強度が変化する。このため、第１の伝送路の途中に接続された第３の出力光路からの出力光の光強度も変化する。この出力光の光強度に対して所定の閾値を設定しておき、出力光の光強度を閾値と比較することで出力光のオンオフ状態を決定する。即ち、屈折率格子に付与する制御量の付与操作によって第３の出力光路をオンオフ操作することができる。
【００２０】
また、請求項５記載の光スイッチング方法は、第２の伝送路の途中に第４の出力光路を接続して反射光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するものである。
【００２１】
したがって、屈折率格子の平均屈折率が変化すると、その反射率が変化して第２の伝送路を通る反射光の光強度が変化する。このため、第２の伝送路の途中に接続された第４の出力光路からの出力光の光強度も変化する。この出力光の光強度に対して所定の閾値を設定しておき、出力光の光強度を閾値と比較することで出力光のオンオフ状態を決定する。即ち、屈折率格子に付与する制御量の付与操作によって第４の出力光路をオンオフ操作することができる。
【００２２】
また、請求項６記載の光スイッチング装置は、与えられた制御量に応じて平均屈折率を変化させる屈折率格子と、この屈折率格子に入射された被制御光の透過光を伝達する第１の伝送路と、屈折率格子に入射された被制御光の反射光を伝達する第２の伝送路と、これら第１及び第２の伝送路によって伝えられた透過光と反射光を干渉させて位相差に応じた光強度で第１及び第２の出力光路から光を出力させる第１の光カプラと、屈折率格子に制御量を与える制御量付与手段を備え、制御量の付与操作によって屈折率格子の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて透過光と反射光の干渉により第１の光カプラから第１及び第２の出力光路に出力される光の光強度を交互に強弱させるものである。したがって、請求項１記載の光スイッチング方法の実施に適した装置が提供される。
【００２３】
また、請求項７記載の光スイッチング装置は、屈折率格子が、λ／４シフト屈折率格子である。λ／４シフト屈折率格子は、反射率が０．５且つ反射光と透過光の位相差が０となる平均屈折率と、反射率が０．５且つ反射光と透過光の位相差がπラジアンとなる平均屈折率との差が小さい。つまり、平均屈折率を僅かに変化させるだけで、反射光と透過光の光強度を等しくした状態でこれらの位相差をπラジアンだけ変化させることができる。このため、屈折率格子としてλ／４シフト屈折率格子を用いると、屈折率格子の平均屈折率を変化させるために付与する制御量が小さい場合であっても、スイッチングを行うことができる。即ち、スイッチングの為に付与する制御量を小さくすることができる。
【００２４】
また、請求項８記載の光スイッチング装置は、第１の伝送路の途中に第２の光カプラを設けて第３の出力光路を接続したものである。したがって、請求項４記載の光スイッチング方法の実施に適した装置が提供される。
【００２５】
さらに、請求項９記載の光スイッチング装置は、第２の伝送路の途中に第３の光カプラを設けて第４の出力光路を接続したものである。したがって、請求項５記載の光スイッチング方法の実施に適した装置が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１に本発明を適用した光スイッチング装置の実施形態の一例を示す。この光スイッチング装置は、与えられた制御量に応じて平均屈折率を変化させる屈折率格子１と、この屈折率格子１に入射された被制御光の透過光を伝達する第１の伝送路６と、屈折率格子１に入射された被制御光の反射光を伝達する第２の伝送路７と、これら第１及び第２の伝送路６，７によって伝えられた透過光と反射光を干渉させて位相差に応じた光強度で第１及び第２の出力光路４，５から光を出力させる第１の光カプラ３と、屈折率格子１に制御量を与える制御量付与手段８を備え、制御量の付与操作によって屈折率格子１の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて透過光と反射光の干渉により第１の光カプラ３からの第１及び第２の出力光路４，５に出力される光の光強度を交互に強弱させるものである。
【００２８】
先ず始めに屈折率格子１からの反射光と透過光の位相特性について説明する。図２は屈折率格子１へ入射する光の入射端１ａでの位相を基準とした、屈折率格子１の入射端１ａでの反射光の位相の波長依存性の一例である。この屈折率格子１における反射率曲線の、サイドバンド間で生じるような反射率が０となる波長で、位相曲線はπラジアンだけ不連続となる。一方で、図３に屈折率格子１における、入射光の入射端１ａでの位相に対する、屈折率格子１の出射端１ｂでの透過光の位相の波長依存性を示す。波動の位相の２πラジアンの連続性を考慮すると、この透過光位相曲線は連続曲線となっている。
【００２９】
ここで屈折率格子１に熱や圧力、電界、または光を与えて平均屈折率ｎａｖｒを変化させることを考える。平均屈折率ｎａｖｒを変化させることにより数式１から分かるようにブラッグ波長λＢは変化し、反射率の波長依存性に加えて、図２及び図３の反射光または透過光の位相の波長依存性は、図に対して左右に移動することになる。
【００３０】
次に屈折率格子１からの反射光と透過光の間の位相差が、屈折率格子１の平均屈折率ｎａｖｒの変化に対してどのように変化するのかを図４を用いて説明する。この図４の横軸は屈折率格子１の平均屈折率変化で、左の縦軸は屈折率格子１からの反射光と透過光の間の位相差を表す。また、右の縦軸は屈折率格子１の反射率である。図４の破線Ａは屈折率格子１の平均屈折率変化に対する反射率の変化を表している。また、図４の実線は反射光と透過光の位相差の変化を表している。ここで、屈折率格子１に入射する光の波長は、その屈折率格子１の反射波長帯域より長波長側の、第１サイドバンドのピーク波長とした。また、そのピークでの反射率が０．５を超えるような屈折率格子１を考えた。このような屈折率格子１は、格子の屈折率的な高さ（図１３におけるｎＨ−ｎＬ）や、屈折率格子１の長さ（同Ｌ）などを調整することで実現できる。
【００３１】
この図４より、反射率が０となる屈折率格子１の平均屈折率変化量において、反射光と透過光の位相差が０からπラジアンへと不連続に変化することが分かる。また、図４で示された平均屈折率変化の範囲内では、反射率が０．５となる点が２箇所存在するが、それぞれにおける反射光と透過光の位相差は０またはπラジアンであり、異なっている。したがってこれらの２点においては反射光と透過光の光強度は等しいが、互いの間の位相差が０かπラジアンと異なっているため、干渉計を用いてこの２点を区別することができる。
【００３２】
次に屈折率格子１としてλ／４シフト屈折率格子（以下、λ／４シフト屈折率格子１という）を用いた場合の位相特性について説明する。図５は図２をλ／４シフト屈折率格子１について書き直したものであり、図６は図３に対応するものである。これらの特性は一見すると通常の屈折率格子１のそれらとは異なっているように見えるが、図４で行ったように屈折率格子１からの反射光と透過光の間の位相差を、ブラッグ波長付近で屈折率格子１の平均屈折率変化に対して描いてみると、λ／４シフト屈折率格子１では図７で見るように、やはり反射率が０となる平均屈折率変化量において反射光と透過光の位相差は反転しており、ブラッグ波長を挟んだ反射率または透過率が０．５となる２点では反射光と透過光間の位相差はπラジアンだけ異なっている。したがってλ／４シフト屈折率格子１においても、干渉計を用いることでスイッチングを行うことができる。この場合、等しい長さＬをもつ通常の屈折率格子１を使った場合よりも必要な平均屈折率変化量は少なくて済むので、スイッチングエネルギーを低減することが可能である。
【００３３】
図１の光スイッチング装置は、光学系全体を光ファイバ技術で構成した干渉計であり、屈折率格子１は例えばファイバグレーティングである。また、第１の光カプラ３は、例えば３ｄＢ光カプラである。被制御光はまず光サーキュレータ２を通過してファイバグレーティング１ヘ向かって伝搬する。この被制御光がファイバグレーティング１ヘ入射すると、被制御光の一部は透過し、残りは反射する。透過光はそのまま第１の光カプラ３ヘ、反射光は再び光サーキュレータ２を通って第１の光カプラ３ヘと導かれる。反射光と透過光の２光波は第１の光カプラ３上で干渉し合い、２光波間の強度比及び位相差によって、第１の出力ポート（出力光路）４からの出力光が強まったり、逆に第２の出力ポート（出力光路）５からの出力光が強まったりする。
【００３４】
ここでファイバグレーティング１の光サーキュレータ２側入射端１ａから第１の光カプラ３までの距離、すなわち反射光の第１の光カプラ３までの伝搬距離と、透過光の第１の光カプラ３までの伝搬距離との間に、被制御光の４分の１波長（光の位相でπ／２ラジアン）分の差を設けた場合、第１及び第２の出力ポート４，５からの出力光強度の制御量強度依存性は、図８に示すような曲線を描く。横軸は制御量の大きさだが、この制御量の変化と屈折率格子１の平均屈折率の変化は比例するので、横軸を屈折率格子１の平均屈折率変化と考えてもよい。図８の左の縦軸は被制御光強度を１とした場合の各出力ポート４，５からの出力光強度で、例えば破線Ｃが第１の出力ポート４、２点鎖線Ｄが第２の出力ポート５である。また、図８の右の縦軸はファイバグレーティング１の反射率を表わしている。ここで被制御光の波長は先程と同様にファイバグレーティング１の反射率の波長依存性における反射波長帯域長波長側の第１サイドバンドのピーク波長を仮定した。
【００３５】
この図８の実線で示すように、制御量強度の増大に伴って、ファイバグレーティング１の反射率は０．５を超える値から、一度０まで小さくなり、その後１に漸近する。それに対し各出力ポート４，５の光強度は、ファイバグレーティング１の反射率が０．５となるＥ点とＦ点に対応して、一方が出力１で他方が０となる。つまり、Ｅ点とＦ点に対応する制御量強度では各出カポート４，５間の切り替えが行われることになる。なお、前述した反射光と透過光のファイバグレーティング１からの伝搬距離の４分の１波長分の違いが正か負かによって（どちらが長いかによって、すなわち２光間の位相差が±π／２ラジアンのどちらかによって）、各出力ポート４，５の光強度が逆転する。
【００３６】
つまり、図１８に示す従来の光スイッチング装置が屈折率格子１の平均屈折率変化に伴う反射率または透過率の変化を直接利用して光路切替機能を実現したものであるのに対し、本発明の光スイッチング装置では、屈折率格子１の反射光と透過光の位相差変化を利用して光路切替機能を実現している。
【００３７】
制御量付与手段８は、例えば光等の制御量をファイバグレーティング１に与えて平均屈折率を変化させるものである。制御量として制御光（外部入射光）をファイバグレーティング１に付与する制御量付与手段８を、図９に示す。この制御量付与手段８は、例えばファイバグレーティング１と光サーキュレータ２の間に設けられた波長合分波器１０と、制御光の光源９と、制御光を波長合分波器１０に導く入力ポート１１を備えて構成されている。すなわち、波長合分波器１０を介してファイバグレーティング１に制御光を入射できるようになっている。制御光はファイバグレーティング１前後の接続ファイバ部分においても、同時に伝搬している被制御光の位相を変化させてしまう可能性があるが、ファイバグレーティング１を通過した制御光は波長合分波器１２によって系の外へ逃がすことができ、かつ波長合分波器１０，１２をファイバグレーティング１のごく近傍へ配置することによって、この影響を最小限に抑えることができる。
【００３８】
光源９から制御光をファイバグレーティング１に付与すると、制御光の光強度に応じてファイバグレーティング１の平均屈折率が変化し、これにより透過光と反射光の位相差が変化し、第１の出力ポート４の出力光と第２の出力ポート５の出力光を交互に強弱させて光路切替を行うことができる。
【００３９】
図１０に、本発明を適用した光スイッチング装置の第２の実施形態を示す。この光スイッチング装置では、図１の光スイッチング装置に対し、第１の伝送路６の途中に第２の光カプラ１３を設けて第３の出力ポート（出力光路）１４を接続している。また、第２の伝送路７の途中に第３の光カプラ１５を設けて第４の出力ポート（出力光路）１６を接続している。即ち、反射光と透過光を第１の光カプラ３に伝搬する途中で、３ｄＢ光カプラである第２及び第３の光カプラ１３，１５によってそれぞれの光強度の２分の１を各出力ポート１４，１６へと出力させている。
【００４０】
上記の構成によって、４つの出力ポート４，５，１４，１６から出力される光強度の制御量強度に対する依存性は、図１１に示すような曲線となる。破線Ｇは第１の出力ポート４の出力光強度特性を、２点鎖線Ｈは第２の出力ポート５の出力光強度特性を、点線Ｉは第３の出力ポート１４の出力光強度特性を、実線Ｊは第４の出力ポート１６の出力光強度特性を表している。第１及び第２の出力ポート４，５の出力光強度特性は、図８のものと同一である。第３の出力ポート１４の出力光強度特性は、屈折率格子１の平均屈折率変化に伴う透過率の変化に対応している。第４の出力ポート１６の出力光強度特性は、屈折率格子１の平均屈折率変化に伴う反射率の変化に対応している。
【００４１】
この光スイッチング装置は、多値スイッチング装置である。例えば、図１１においてポート出力強度が約０．４２５であるところに閾値Ａを設ける。すなわち、ある出力ポートからの出力光強度が閾値Ａを上回ったとき、このポートをオン状態とし、下回った場合をオフ状態とする。このように考えると、図１１に示された制御量強度の範囲内では、４つの出力ポート４，５，１４，１６のうち、必ず１つの出力ポートのみがオンポートとなり、それ以外の３つの出力ポートは全てオフポートとなる。
【００４２】
一方、ポート出力強度が約０．０７５であるところに閾値Ｃを設けると、４つの出力ポート４，５，１４，１６のうち、必ず１つの出力ポートのみがオフポートとなり、その他の３つの出力ポートは全てオンポートになる。
【００４３】
また、ポート出力強度が約０．２５であるところに閾値Ｂを設ける。この場合には、制御量強度の大きさに応じて４つのオンオフ状態をとる。即ち、制御量強度が０．８未満の場合には、第１及び第４のポート４，１６がオンポート、第２及び第３のポート５，１４がオフポートになる。制御量強度が０．８以上１．２未満の場合には、第１及び第３のポート４，１４がオンポート、第２及び第４のポート５，１６がオフポートになる。制御量強度が１．２以上１．５未満の場合には、第２及び第３のポート５，１４がオンポート、第１及び第４のポート４，１６がオフポートになる。制御量強度が１．５以上の場合には、第２及び第４のポート５，１６がオンポート、第１及び第３のポート４，１４がオフポートになる。なお、各ポートのオンオフ状態を表１にまとめて示す。
【表１】
0003732392.tif 000003
このように、図１０の多値スイッチング装置では、単一の屈折率格子１を用いるだけで４つの状態を表すことができ、４値のスイッチングが行えることになる。
【００４４】
即ち、この光スイッチング方法では、屈折率格子１に被制御光を入射させ、屈折率格子１の透過光を第１の伝送路６を通じて第１の光カプラ３に伝えると共に、屈折率格子１の反射光を第２の伝送路７を通じて第１の光カプラ３に伝え、屈折率格子１の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて透過光と反射光の干渉により第１の光カプラ３から第１及び第２の出力ポート４，５に出力される光の光強度を交互に強弱させるものである。この時、第１の出力ポート４の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定する。また、第２の出力ポート５の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定する。さらに、第１の伝送路６の途中に第３の出力ポート１４を接続して透過光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することで第３の出力ポート１４のオンオフ状態を決定する。また、第２の伝送路７の途中に第４の出力ポート１６を接続して反射光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することで第４の出力ポート１６のオンオフ状態を決定する。このようにすることで、単一の屈折率格子１を用いるだけで４つの状態を表すことができ、４値のスイッチングを行うことができる。
【００４５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、屈折率格子１として、λ／４シフト屈折率格子を使用しても良い。λ／４シフト屈折率格子１は、反射率が０．５且つ反射光と透過光の位相差が０となる平均屈折率と、反射率が０．５且つ反射光と透過光の位相差がπラジアンとなる平均屈折率との差が小さい。このため、平均屈折率を僅かに変化させるだけで、反射光と透過光の光強度を等しくした状態でこれらの位相差をπラジアン変化させることができる。このため、屈折率格子１としてλ／４シフト屈折率格子を用いると、屈折率格子１の平均屈折率を変化させるために付与する制御量が小さい場合であってもスイッチングを行うことができ、省エネルギータイプの光スイッチング装置となる。
【００４６】
また、上述の光スイッチング装置は、光ファイバ技術を用いたものに限るものではなく、例えば固体結晶によって構成された光伝送路や、自由空間伝搬を用いたものでも良いことは勿論である。
【００４７】
また、制御量付与手段８として、制御量が光であるものを使用しているが、光以外の制御量、例えば熱、圧力等を用いるものであっても良い。例えば、制御量として熱を付与する制御量付与手段８であっても良い。この制御量付与手段８は、例えば屈折率格子１に張り付けられたニクロム線であり、このニクロム線に電流を流すことで屈折率格子１に熱を制御量として付与するようにしても良い。また、例えば、制御量として圧力を付与する制御量付与手段８であっても良い。この制御量付与手段８は、例えば屈折率格子１を径方向から挟みつける機構であり、屈折率格子１を挟みつけることで屈折率格子１に圧力を制御量として付与するようにしても良い。さらに、ファイバグレーティング以外の屈折率格子１を使用する場合には、例えば、制御量として電界を付与する制御量付与手段８であっても良い。この制御量付与手段８は、例えば屈折率格子１にバッテリにつながれた電極を張り付けたものであり、電極間に電圧をかけることで屈折率格子１に電界を制御量として付与するようにしても良い。
【００４８】
また、図１０の光スイッチング装置では第１及び第２の出力ポート４，５の他に、第３の出力ポート１４と第４の出力ポート１６の両方を設けているが、第３の出力ポート１４と第４の出力ポート１６のいずれか一方のみを設けるようにしても良い。
【００４９】
また、各出力ポート４，５，１４，１６のオンオフ状態を決定する閾値として、各出力ポート４，５，１４，１６に共通のものを使用していたが、各出力ポート４，５，１４，１６ごとに異なる閾値をそれぞれ設定してオンオフ状態を決定するようにしても良い。
【００５０】
さらに、図１の光スイッチング装置や図１０の光スイッチング装置を単位要素とし、この単位要素を二次元的に並べることで、複数入力複数出力のスイッチング装置を提供することも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の光スイッチング方法では、屈折率格子に被制御光を入射させ、屈折率格子の透過光を第１の伝送路を通じて光カプラに伝えると共に、屈折率格子の反射光を第２の伝送路を通じて光カプラに伝え、屈折率格子の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて透過光と反射光の干渉により光カプラから第１及び第２の出力光路に出力される光の光強度を交互に強弱させるようにしたので、屈折率格子の平均屈折率を変化させる制御量の付与操作によって光路切替を行うことができる。また、光路切り替えされる出力光路の出力強度が交互に強弱するので、後述の多値スイッチングを実施するにあたり、その多値スイッチングを実現するためのベースとして適した光スイッチング方法を提供することができる。
【００５２】
また、請求項２記載のスイッチング方法では、第１の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するようにしたので、第１の出力光路の出力強度の強弱変化を利用してオンオフすることができる。
【００５３】
また、請求項３記載のスイッチング方法では、第２の出力光路の出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するようにしたので、第２の出力光路の出力強度の強弱変化を利用してオンオフすることができる。
【００５４】
また、請求項４記載の光スイッチング方法では、第１の伝送路の途中に第３の出力光路を接続して透過光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するようにしたので、第３の出力光路の出力強度の強弱変化を利用してオンオフすることができ、各出力光路のオンオフによって多値スイッチングを行うことができる。
【００５５】
また、請求項５記載の光スイッチング方法では、第２の伝送路の途中に第４の出力光路を接続して反射光の一部を出力し、この出力光の光強度を所定の閾値と比較することでオンオフ状態を決定するようにしたので、第４の出力光路の出力強度の強弱変化を利用してオンオフすることができ、各出力光路のオンオフによって多値スイッチングを行うことができる。
【００５６】
また、請求項６記載の光スイッチング装置では、与えられた制御量に応じて平均屈折率を変化させる屈折率格子と、この屈折率格子に入射された被制御光の透過光を伝達する第１の伝送路と、屈折率格子に入射された被制御光の反射光を伝達する第２の伝送路と、これら第１及び第２の伝送路によって伝えられた透過光と反射光を干渉させて位相差に応じた光強度で第１及び第２の出力光路から光を出力させる第１の光カプラと、屈折率格子に制御量を与える制御量付与手段を備え、制御量の付与操作によって屈折率格子の平均屈折率を変化させることで透過光と反射光の位相差を変化させて第１の光カプラから第１及び第２の出力光路への出力光の光強度を交互に強弱させるようにしているので、制御量付与手段による制御量の付与操作によって屈折率格子の平均屈折率を変化させて光路切替を行うことができる。また、光路切替に際して切り替えられる出力光路の出力強度が交互に強弱するので、後述の多値スイッチング装置を構成するにあたり、その単位要素として適した光スイッチング装置を提供することができる。
【００５７】
また、請求項７記載の光スイッチング装置では、屈折率格子がλ／４シフト屈折率格子であるので、付与する制御量が小さい場合であってもスイッチングを行うことができる。即ち、スイッチングの為に付与する制御量を小さくすることができ、省エネルギータイプの光スイッチング装置を提供することができる。
【００５８】
また、請求項８記載の光スイッチング装置では、請求項６または７記載の光スイッチング装置について、第１の伝送路の途中に第２の光カプラを設けて第３の出力光路を接続しているので、各出力光路の出力強度と閾値との比較によって各出力光路のオンオフ状態を決定し、多値スイッチングを行うことができる。
【００５９】
さらに、請求項９記載の光スイッチング装置では、請求項６〜８記載の光スイッチング装置について、第２の伝送路の途中に第３の光カプラを設けて第４の出力光路を接続しているので、各出力光路の出力強度と閾値との比較によって各出力光路のオンオフ状態を決定し、多値スイッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光スイッチング装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】屈折率格子の反射光位相と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図３】屈折率格子の透過光位相と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図４】屈折率格子の平均屈折率変化と反射率及び反射光・透過光の位相差との関係を示す図である。
【図５】λ／４シフト屈折率格子の反射光位相と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図６】λ／４シフト屈折率格子の透過光位相と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図７】λ／４シフト屈折率格子の平均屈折率変化と反射率及び反射光・透過光の位相差との関係を示す図である。
【図８】図１の光スイッチング装置における制御量強度と反射率及びポート出力強度との関係の一例を示す図である。
【図９】同光スイッチング装置の制御量付与手段として光を制御量とするものを採用した場合の概略構成図である。
【図１０】本発明を適用した光スイッチング装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】図１０の光スイッチング装置における制御量強度とポート出力強度との関係の一例を示す図である。
【図１２】従来の光スイッチング装置の概略構成図である。
【図１３】屈折率格子の各層とその屈折率との関係を示す図である。
【図１４】屈折率格子の反射率と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図１５】屈折率格子を使用した従来のスイッチングの概念を示し、（Ａ）は被制御光が反射される様子を示す概念図、（Ｂ）は被制御光が透過する様子を示す概念図である。
【図１６】λ／４シフト屈折率格子の概念図である。
【図１７】λ／４シフト屈折率格子の反射率と被制御光の波長との関係を示す図である。
【図１８】屈折率格子を使用した従来のスイッチング装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  屈折率格子（ファイバグレーティング，λ／４シフト屈折率格子）
３  第１の光カプラ
４  第１の出力ポート（出力光路）
５  第２の出力ポート（出力光路）
６  第１の伝送路
７  第２の伝送路
８  制御量付与手段
１３  第２の光カプラ
１４  第３の出力ポート（出力光路）
１５  第３の光カプラ
１６  第４の出力ポート（出力光路）
【図１】
0003732392.tif 000004
【図２】
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【図３】
0003732392.tif 000006
【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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