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JP2006071664A - Optical switching method and optical switching system - Google Patents

Optical switching method and optical switching system Download PDF

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JP2006071664A
JP2006071664A JP2004251312A JP2004251312A JP2006071664A JP 2006071664 A JP2006071664 A JP 2006071664A JP 2004251312 A JP2004251312 A JP 2004251312A JP 2004251312 A JP2004251312 A JP 2004251312A JP 2006071664 A JP2006071664 A JP 2006071664A
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JP
Japan
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light
signal light
optical medium
nonlinear optical
optical
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Application number
JP2004251312A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Morimura
俊 森村
Masahiro Kurono
正裕 黒野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】 信号光の出射端の自由な制御を可能とし、かつ回折効果による光の空間的な広がりを防止する。
【解決手段】 空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質2に入力ポート3と複数の出力ポート4を定め、複数の出力ポート4の中から選択した出力ポート4に、制御光L2を入射して非線形光学媒質2中に屈折率が増加した領域を形成し、入力ポート3に入射された信号光L1を屈折率増加領域に引き寄せて選択した出力ポート4に誘導することで、信号光L1の出力先を切り替える。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To freely control the output end of signal light and to prevent the spatial spread of light due to a diffraction effect.
An input port 3 and a plurality of output ports 4 are defined in a nonlinear optical medium 2 having physical properties exhibiting a spatial light soliton effect, and control light L2 is incident on the output port 4 selected from the plurality of output ports 4. Then, a region having an increased refractive index is formed in the nonlinear optical medium 2, and the signal light L1 incident on the input port 3 is drawn to the selected refractive index increasing region and guided to the selected output port 4, whereby the signal light L1. Switch the output destination.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光スイッチング方法および光スイッチングシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、空間光ソリトン効果を利用した光スイッチング方法および光スイッチングシステムに関する。   The present invention relates to an optical switching method and an optical switching system. More specifically, the present invention relates to an optical switching method and an optical switching system using the spatial optical soliton effect.

光スイッチとは、一般に、スイッチング素子に入射する信号光の様々な性質、例えば強度や伝搬方向などを、信号光とは別にスイッチング素子に入力する制御信号によって変化させるものであり、光通信分野などで使用される。   An optical switch generally changes various properties of signal light incident on a switching element, such as intensity and propagation direction, by a control signal input to the switching element separately from the signal light. Used in.

光は屈折率の高い領域へ曲がろうとする性質があるため、この性質を利用して図8に示す簡単な光スイッチを構成することができる(非特許文献1参照)。図8(a)は、スイッチング素子として使用した光学結晶100に信号光101を入射した場合を表す。ここで、図8(b)に示すように、光学結晶100における信号光101の入射面に対して、信号光101とは別の方向から制御光102を入射することを考える。この制御光102の強度や波長を選び、光学結晶100中の屈折率を変化させることができれば、信号光101も当該屈折率変化の影響を受けて伝搬方向が変化することになり、光スイッチングが行える。ここで、光は、指向性の強いレーザ光であっても、回折効果により空間的に広がる性質を持つ(特にビーム径が小さいほど大きく広がろうとする)ため、図8においてもその性質が分かるように示してある。   Since light tends to bend into a region having a high refractive index, a simple optical switch shown in FIG. 8 can be configured using this property (see Non-Patent Document 1). FIG. 8A shows a case where the signal light 101 is incident on the optical crystal 100 used as a switching element. Here, as shown in FIG. 8B, it is considered that the control light 102 is incident on the incident surface of the signal light 101 in the optical crystal 100 from a direction different from the signal light 101. If the intensity and wavelength of the control light 102 are selected and the refractive index in the optical crystal 100 can be changed, the propagation direction of the signal light 101 is also affected by the change in the refractive index, so that optical switching can be performed. Yes. Here, even if the laser light has a strong directivity, it has a property of spreading spatially due to the diffraction effect (particularly, the light tends to spread as the beam diameter becomes smaller), so that the property can also be seen in FIG. It is shown as follows.

一方、スイッチング素子用の光学結晶を、特定の領域だけ屈折率の高い構造を備えるように作製することも行われている。換言すれば、スイッチング素子用の光学結晶中に、導波路と呼ばれる信号光の通り道を作製することも行われている。図9は、導波路を使用した光スイッチの例である(非特許文献2参照)。導波路103は、1つの入力ポート104から2つの出力ポート105A,105Bに分岐するように光学結晶106中に作製され、導波路103の分岐個所には、導波路103を通る信号光101の進行方向を制御する電極107A,107Bが設けられている。電極107Aおよび電極107Bにかかる電圧が等しい場合、入力ポート104から入力される信号光101は、導波路103途中の分岐個所で等強度に2方向に分岐され、出力ポート105Aと出力ポート105Bから等強度で出力される。ここで、電極107Aと電極107Bで異なる電圧が加わった場合、光学結晶106中の屈折率が各電極107A,107B付近で異なるものとなり、出力ポート105Aと出力ポート105Bから出力される信号光101は等強度ではなくなる。このようにして、電極107A,107Bに印加する電圧を制御することで、信号光101の出力先を切り替えることができる。なお、導波路103を通る信号光101の進行方向を制御する手段としては、上述した電極107A,107Bを用いるものの他に、光学結晶106に温度勾配を与えて、導波路103の分岐個所付近の屈折率を異ならせるものもある。   On the other hand, an optical crystal for a switching element is also manufactured so as to have a structure having a high refractive index only in a specific region. In other words, a path of signal light called a waveguide is produced in an optical crystal for a switching element. FIG. 9 shows an example of an optical switch using a waveguide (see Non-Patent Document 2). The waveguide 103 is formed in the optical crystal 106 so as to branch from one input port 104 to two output ports 105A and 105B, and the signal light 101 passing through the waveguide 103 travels at a branch point of the waveguide 103. Electrodes 107A and 107B for controlling the direction are provided. When the voltages applied to the electrode 107A and the electrode 107B are equal, the signal light 101 input from the input port 104 is branched in two directions with equal intensity at a branch point in the middle of the waveguide 103, and the like from the output port 105A and the output port 105B. Output in intensity. Here, when different voltages are applied to the electrodes 107A and 107B, the refractive index in the optical crystal 106 differs between the electrodes 107A and 107B, and the signal light 101 output from the output port 105A and the output port 105B is It is not equal strength. In this way, the output destination of the signal light 101 can be switched by controlling the voltage applied to the electrodes 107A and 107B. As a means for controlling the traveling direction of the signal light 101 passing through the waveguide 103, in addition to the above-described means using the electrodes 107A and 107B, a temperature gradient is given to the optical crystal 106, and the vicinity of the branching portion of the waveguide 103 is provided. Some have different refractive indices.

D. Kip, et al., “All-optical beam deflection and switching in strontium-barium-niobate waveguides,” Appl. Phys. Lett., vol. 72, pp. 1960?1962 (1998).D. Kip, et al., “All-optical beam deflection and switching in strontium-barium-niobate waveguides,” Appl. Phys. Lett., Vol. 72, pp. 1960? 1962 (1998). 行松健一, “光スイッチングと光インターコネクション,” 共立出版(1998).Kenichi Yukimatsu, “Optical switching and optical interconnection,” Kyoritsu Shuppan (1998).

しかしながら、図8に示す従来の光スイッチは、制御光102の方向を変更することにより、光学結晶100における信号光101の伝搬経路を自由に制御できる利点を有するが、回折効果により光が空間的に広がってしまう問題を有している。このため、図8に示す光スイッチでは、ビーム径を絞る集光用レンズなどを必要とし、光スイッチングデバイスの小型化、集積化が困難である。   However, the conventional optical switch shown in FIG. 8 has an advantage that the propagation path of the signal light 101 in the optical crystal 100 can be freely controlled by changing the direction of the control light 102, but the light is spatially affected by the diffraction effect. Have the problem of spreading. For this reason, the optical switch shown in FIG. 8 requires a condensing lens for reducing the beam diameter, and it is difficult to miniaturize and integrate the optical switching device.

一方、図9に示す従来の光スイッチは、光を導波路103に閉じ込めて伝搬させるので、回折効果による光の空間的な広がりを防止する利点を有するが、光学結晶106の作製時に導波路103および信号光の出射端(出力ポート105A,105B)が固定されてしまうため、信号光101の伝搬経路を自由に制御できず、出力ポートの変更の要請等に柔軟に対応できない。また、スイッチング素子の小型化や伝送する光の損失を小さくするため等の理由により、導波路103の断面の径の大きさは数μmから数10μmと極めて小さく、その作製には精密なプロセスが必要とされ、光スイッチのコストを上昇させる一因となっている。また、電極107A,107Bを内蔵した光スイッチは、強い電場や磁場が作用する場所では、電極107A,107Bに意図しない電圧差が生じ、誤作動を起こす虞がある。また、光学結晶106に温度勾配を与えてスイッチングを行う光スイッチでは、光学結晶106に温度変化を与えてから、例えばヒータ等をオンにしてから、実際に信号光の出力先が切り替わるまでに時間がかかる、即ち応答性が悪い問題を有している。   On the other hand, the conventional optical switch shown in FIG. 9 confines and propagates light in the waveguide 103, and thus has the advantage of preventing the spatial spread of light due to the diffraction effect. In addition, since the signal light emitting ends (output ports 105A and 105B) are fixed, the propagation path of the signal light 101 cannot be freely controlled, and the request for changing the output port cannot be flexibly handled. In addition, the size of the cross section of the waveguide 103 is extremely small, from several μm to several tens of μm, for reasons such as miniaturization of the switching element and reduction of the loss of light to be transmitted. This is required and contributes to the cost of the optical switch. In addition, an optical switch incorporating the electrodes 107A and 107B may cause a malfunction due to an unintended voltage difference between the electrodes 107A and 107B in a place where a strong electric field or magnetic field acts. Also, in an optical switch that performs switching by applying a temperature gradient to the optical crystal 106, it takes time from when the temperature change is applied to the optical crystal 106 to when the output destination of the signal light is actually switched after the heater or the like is turned on, for example. Has a problem that the response is poor.

そこで本発明は、信号光の出射端の自由な制御を可能とし、尚且つ回折効果による光の空間的な広がりを防止して集積度を向上できる光スイッチング方法および光スイッチングシステムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an optical switching method and an optical switching system that enable free control of the output end of signal light, and that can improve the degree of integration by preventing spatial spread of light due to diffraction effects. Objective.

かかる目的を達成するため、請求項1記載の光スイッチング方法は、空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質に入力ポートと複数の出力ポートを定め、前記複数の出力ポートの中から選択した出力ポートに、制御光を入射して前記非線形光学媒質中に屈折率が増加した領域を形成し、前記入力ポートに入射された信号光を前記屈折率増加領域に引き寄せて前記選択した出力ポートに誘導することで、前記信号光の出力先を切り替えるようにしている。   In order to achieve such an object, an optical switching method according to claim 1, wherein an input port and a plurality of output ports are defined in a nonlinear optical medium having physical properties exhibiting a spatial light soliton effect, and selected from the plurality of output ports. A control light is incident on the output port to form a region in which the refractive index is increased in the nonlinear optical medium, and the signal light incident on the input port is drawn to the refractive index increased region to the selected output port. By guiding, the output destination of the signal light is switched.

また、請求項4記載の光スイッチングシステムは、空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質に設定された入力ポートおよび複数の出力ポートと、前記入力ポートに信号光を入射する通信用光源と、前記出力ポートから出射される前記信号光を受光する複数の受光手段と、前記出力ポートに制御光を入射する制御用光源と、前記制御用光源から前記出力ポートへと前記制御光を伝えると共に、前記出力ポートから前記受光手段へと前記信号光を伝える光路設定手段とを備え、前記複数の出力ポートの中から選択した出力ポートに、前記制御光を入射して前記非線形光学媒質中に屈折率が増加した領域を形成し、前記入力ポートに入射された前記信号光を前記屈折率増加領域に引き寄せて前記選択した出力ポートに誘導することで、前記信号光の出力先を切り替えるようにしている。   The optical switching system according to claim 4 is a non-linear optical medium having physical properties exhibiting a spatial optical soliton effect, an input port and a plurality of output ports set in the non-linear optical medium, and signal light to the input port. An incident communication light source, a plurality of light receiving means for receiving the signal light emitted from the output port, a control light source for entering control light into the output port, and from the control light source to the output port An optical path setting unit that transmits the control light and transmits the signal light from the output port to the light receiving unit, and the control light is incident on an output port selected from the plurality of output ports. A region having an increased refractive index is formed in the nonlinear optical medium, and the signal light incident on the input port is attracted to the refractive index increased region and the selected output By inducing the over bets, and to switch the output destination of the signal light.

したがって、制御光を非線形光学媒質の出力ポートに入射すると、その制御光自身が非線形光学媒質中で屈折率変化を引き起こし、当該媒質中で制御光が広がらずに伝搬する空間光ソリトン効果が現れる。信号光は、制御光が作る屈折率増加領域(即ち導波路)に引き寄せられ、かつ当該導波路によりその空間的な広がりを抑制されながら、制御光の入射端へと誘導される。即ち、制御光を空間光ソリトン効果を示す非線形光学媒質に入射することにより、当該非線形光学媒質に入射する信号光の出力先を切り替えることができる。   Therefore, when the control light is incident on the output port of the nonlinear optical medium, the control light itself causes a refractive index change in the nonlinear optical medium, and a spatial light soliton effect in which the control light propagates without spreading in the medium appears. The signal light is attracted to a refractive index increasing region (that is, a waveguide) created by the control light, and is guided to the incident end of the control light while its spatial expansion is suppressed by the waveguide. That is, by making the control light enter the nonlinear optical medium exhibiting the spatial light soliton effect, the output destination of the signal light incident on the nonlinear optical medium can be switched.

また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光スイッチング方法において、前記非線形光学媒質の外において前記信号光または前記制御光を光ファイバにより伝送するようにしている。また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の光スイッチングシステムにおいて、前記非線形光学媒質の外において前記信号光または前記制御光を光ファイバにより伝送するようにしている。   According to a second aspect of the present invention, in the optical switching method according to the first aspect, the signal light or the control light is transmitted by an optical fiber outside the nonlinear optical medium. According to a fifth aspect of the present invention, in the optical switching system according to the fourth aspect, the signal light or the control light is transmitted by an optical fiber outside the nonlinear optical medium.

この場合、非線形光学媒質の中においては空間光ソリトン効果により信号光および制御光の空間的な広がりを低減できるのに加えて、非線形光学媒質の外においては、信号光や制御光は光ファイバに閉じ込められて伝送されるので、これらの光の空間的な広がりを大きく低減でき、当該広がりを最小限に抑えることができる。   In this case, in the nonlinear optical medium, the spatial spread of the signal light and the control light can be reduced by the spatial light soliton effect. In addition, the signal light and the control light are transmitted to the optical fiber outside the nonlinear optical medium. Since the light is confined and transmitted, the spatial spread of these lights can be greatly reduced, and the spread can be minimized.

また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の光スイッチング方法において、前記非線形光学媒質の屈折率変化の感度は、前記信号光に対するものよりも、前記制御光に対するものの方が大きいものとしている。また、請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の光スイッチングシステムにおいて、前記非線形光学媒質の屈折率変化の感度は、前記信号光に対するものよりも、前記制御光に対するものの方が大きいものとしている。この場合、制御光によって信号光を確実かつ正確に効果的に制御できる。   According to a third aspect of the present invention, in the optical switching method according to the first or second aspect, the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium is greater for the control light than for the signal light. It is supposed to be. According to a sixth aspect of the present invention, in the optical switching system according to the fourth or fifth aspect, the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium is greater for the control light than for the signal light. It is supposed to be. In this case, the signal light can be reliably and accurately controlled effectively by the control light.

しかして請求項1記載の光スイッチング方法および請求項4記載の光スイッチングシステムによれば、空間光ソリトン効果により、信号光の空間的な広がりを低減しながら制御光の入射端に信号光を誘導し、その伝搬先を切り替えることができるので、ビーム径を絞る集光用レンズなどは不要であり、光スイッチの小型化、光スイッチングデバイスの集積化を実現できる。また、スイッチング素子である非線形光学媒質の中に、電極を設けたり、固定的な導波路を作製する特殊かつ精密なプロセスは必要はないので、光スイッチの低コスト化を実現できる。さらに、本発明に係る導波路は、固定的なものではなく制御光により生成される可変的なものであるため、信号光の伝搬経路の自由な制御が可能になり、出力ポートや入力ポートの設定変更にも容易に対応できる。また、制御用光源と受光手段とを1ユニットの受信装置として構成する場合、信号光の受信を希望する受信装置の側が自ら制御光を出力することで信号光の受信が可能になる、従来にない新しい光スイッチングシステムを実現できる。また、本発明の光スイッチは、制御光によりスイッチングを行うので、光学素子に電極を内蔵するタイプと異なり強い電場や磁場が作用する場所でも誤作動を起こす問題は無く、また温度勾配を与えてスイッチングを行う光スイッチよりも応答性を向上できる。   Therefore, according to the optical switching method according to claim 1 and the optical switching system according to claim 4, the signal light is guided to the incident end of the control light while reducing the spatial spread of the signal light by the spatial light soliton effect. In addition, since the propagation destination can be switched, a condensing lens or the like for reducing the beam diameter is unnecessary, and the optical switch can be downsized and the optical switching device can be integrated. In addition, there is no need for a special and precise process in which an electrode is provided in a nonlinear optical medium that is a switching element or a fixed waveguide is manufactured, so that the cost of the optical switch can be reduced. Furthermore, since the waveguide according to the present invention is not a fixed one but a variable one generated by control light, the signal light propagation path can be freely controlled, and the output port and input port can be controlled. Can easily handle setting changes. In addition, when the control light source and the light receiving means are configured as a single-unit receiving device, the receiving device that desires to receive the signal light can output the control light by itself to receive the signal light. A new optical switching system can be realized. In addition, since the optical switch of the present invention performs switching by control light, unlike the type in which an electrode is built in the optical element, there is no problem of causing malfunction even in a place where a strong electric or magnetic field acts, and a temperature gradient is given. Responsiveness can be improved compared to an optical switch that performs switching.

さらに、請求項2記載の光スイッチング方法および請求項5記載の光スイッチングシステムによれば、非線形光学媒質の外において信号光または制御光を光ファイバにより伝送するので、これらの光の空間的な広がりを大きく低減でき、当該広がりを最小限に抑えることができる。   Furthermore, according to the optical switching method according to claim 2 and the optical switching system according to claim 5, since the signal light or the control light is transmitted by the optical fiber outside the nonlinear optical medium, the spatial expansion of these lights. Can be greatly reduced, and the spread can be minimized.

さらに、請求項3記載の光スイッチング方法および請求項6記載の光スイッチングシステムによれば、非線形光学媒質の屈折率変化の感度は、信号光に対するものよりも、制御光に対するものの方が大きいものとしているので、制御光によって信号光を確実かつ正確に効果的に制御できる。   Further, according to the optical switching method according to claim 3 and the optical switching system according to claim 6, it is assumed that the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium is greater for the control light than for the signal light. Therefore, the signal light can be reliably and accurately controlled effectively by the control light.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1から図4に本発明の光スイッチング方法および光スイッチングシステム1の実施の一形態を示す。この光スイッチング方法は、空間光ソリトン効果を利用したものであり、空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質2に入力ポート3と複数の出力ポート4を定め、複数の出力ポート4の中から選択した出力ポート4に、制御光L2を入射して非線形光学媒質2中に屈折率が増加した領域を形成し、入力ポート3に入射された信号光L1を屈折率増加領域に引き寄せて選択した出力ポート4に誘導することで、信号光L1の出力先を切り替えるようにしている。   1 to 4 show an embodiment of an optical switching method and an optical switching system 1 according to the present invention. This optical switching method uses a spatial light soliton effect, and an input port 3 and a plurality of output ports 4 are defined in a nonlinear optical medium 2 having physical properties exhibiting a spatial light soliton effect. The control light L2 is incident on the output port 4 selected from the above to form a region with an increased refractive index in the nonlinear optical medium 2, and the signal light L1 incident on the input port 3 is attracted to the refractive index increased region for selection. By guiding to the output port 4, the output destination of the signal light L1 is switched.

空間光ソリトン効果とは、非線形光学媒質2中の光が引き起こす屈折率変化によって形成された屈折率増加領域(即ち導波路)に、光が閉じ込められて伝搬する現象をいう。また、非線形光学媒質2とは、光放射に対し、強く非線形の誘電的な応答機能を持っている光学媒質をいう。   The spatial light soliton effect is a phenomenon in which light is confined and propagated in a refractive index increasing region (that is, a waveguide) formed by a refractive index change caused by light in the nonlinear optical medium 2. The nonlinear optical medium 2 refers to an optical medium having a strongly nonlinear dielectric response function with respect to light radiation.

光は、指向性の強いレーザ光であっても、回折効果により空間的に広がる性質を持つ。このため図6に示すように、通常、光学媒質100中を伝わる光Lは、光学媒質100中を広がりながら伝搬する。これに対して、非線形光学媒質2に入射された光Lにより非線形光学媒質2において空間光ソリトン効果が生じると、図7に示すように、光Lは、自身が非線形光学媒質2中に形成した導波路に閉じ込められて伝搬するため、回折効果の影響を低減し、非線形光学媒質2中で空間的に広がらずに伝搬する。   Light has the property of spreading spatially due to the diffraction effect even if it is a highly directional laser beam. For this reason, as shown in FIG. 6, the light L that normally travels in the optical medium 100 propagates while spreading in the optical medium 100. In contrast, when the spatial light soliton effect occurs in the nonlinear optical medium 2 by the light L incident on the nonlinear optical medium 2, the light L itself is formed in the nonlinear optical medium 2 as shown in FIG. Since the propagation is confined in the waveguide, the influence of the diffraction effect is reduced, and the propagation does not spread spatially in the nonlinear optical medium 2.

本願発明者は、空間光ソリトン効果を示す非線形光学媒質2に、第1の光を入射することにより、非線形光学媒質2中に屈折率増加領域(即ち導波路)が形成されることに着目し、当該屈折率増加領域が形成された状態の非線形光学媒質2に、第2の光を入射すると、当該第2の光は、当該導波路に引き寄せられ、かつ当該導波路に閉じ込められて伝搬するとの着想に至り、上記事項が実際に生じることを実験により確認した。そして本願発明者は、上記第1の光を制御光L2、上記第2の光を信号光L1として、制御光L2を空間光ソリトン効果を示す非線形光学媒質2に入射することにより、当該非線形光学媒質2に入射する信号光L1の出力先を切り替えることができる、即ち光スイッチングを実現できるとの着想に到った。   The inventor of the present application pays attention to the fact that a refractive index increasing region (that is, a waveguide) is formed in the nonlinear optical medium 2 when the first light is incident on the nonlinear optical medium 2 exhibiting the spatial light soliton effect. When the second light is incident on the nonlinear optical medium 2 in the state where the refractive index increasing region is formed, the second light is attracted to the waveguide and confined in the waveguide and propagates. It was confirmed by experiment that the above-mentioned matter actually occurred. Then, the inventor of the present application makes the first optical light the control light L2, the second light is the signal light L1, and the control light L2 is incident on the nonlinear optical medium 2 exhibiting the spatial light soliton effect. The idea has been reached that the output destination of the signal light L1 incident on the medium 2 can be switched, that is, optical switching can be realized.

ここで、非線形光学媒質2の屈折率変化の感度は、信号光L1に対するものよりも、制御光L2に対するものの方が大きいことが望ましい。より望ましくは、信号光L1を非線形光学媒質2に入射しても空間光ソリトン効果は生じないが、即ち信号光L1を入射しても非線形光学媒質2において屈折率増加は生じないが、制御光L2を非線形光学媒質2に入射すると空間光ソリトン効果が生じる、即ち制御光L2を入射すると非線形光学媒質2において屈折率増加が生じるようにする。これにより、制御光L2によって信号光L1を確実かつ正確に制御できる。   Here, it is preferable that the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium 2 is larger for the control light L2 than for the signal light L1. More desirably, the spatial light soliton effect does not occur even when the signal light L1 enters the nonlinear optical medium 2, that is, the refractive index does not increase in the nonlinear optical medium 2 even when the signal light L1 enters, but the control light When L2 is incident on the nonlinear optical medium 2, a spatial light soliton effect is generated, that is, when the control light L2 is incident, an increase in refractive index is generated in the nonlinear optical medium 2. Thereby, the signal light L1 can be reliably and accurately controlled by the control light L2.

非線形光学媒質2において生じる空間光ソリトン効果の程度、換言すれば、非線形光学媒質2の屈折率変化の感度は、非線形光学媒質2の組成、入射する光の強度や波長に依存する。したがって、非線形光学媒質2の組成の選択、制御光L2の光強度や波長の選択、信号光L1の強度や波長の選択によって、制御光L2に対する非線形光学媒質2の屈折率変化の感度を、信号光L1に対する非線形光学媒質2の屈折率変化の感度よりも、大きくすることができる。例えば、空間光ソリトン効果を生じるのに必要な光強度(閾値)よりも、信号光L1の光強度を弱くし、制御光L2の光強度を上記閾値以上とする。或いは、空間光ソリトン効果を生じる光波長範囲に対し、信号光L1を当該光波長範囲から外れた波長を有するものとし、制御光L2を当該光波長範囲内の波長を有するものとする。空間光ソリトン効果を生じるのに必要な光強度および空間光ソリトン効果を生じる光波長範囲は、非線形光学媒質2の組成によって異なり得る。   The degree of the spatial light soliton effect generated in the nonlinear optical medium 2, in other words, the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium 2 depends on the composition of the nonlinear optical medium 2 and the intensity and wavelength of incident light. Therefore, by selecting the composition of the nonlinear optical medium 2, selecting the light intensity and wavelength of the control light L2, and selecting the intensity and wavelength of the signal light L1, the sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium 2 with respect to the control light L2 can be expressed as a signal. The sensitivity of the refractive index change of the nonlinear optical medium 2 with respect to the light L1 can be increased. For example, the light intensity of the signal light L1 is made weaker than the light intensity (threshold value) necessary to generate the spatial light soliton effect, and the light intensity of the control light L2 is set to be equal to or higher than the above threshold value. Alternatively, the signal light L1 has a wavelength outside the optical wavelength range and the control light L2 has a wavelength within the optical wavelength range with respect to the optical wavelength range in which the spatial light soliton effect is generated. The light intensity necessary to generate the spatial light soliton effect and the light wavelength range that generates the spatial light soliton effect may vary depending on the composition of the nonlinear optical medium 2.

空間光ソリトン効果を示す非線形光学媒質2としては、例えばガラス材料やフォトリフラクティブ結晶が挙げられ、特にフォトリフラクティブ結晶は空間光ソリトン効果の感度が高く、本発明の光スイッチング素子として好適である。好適なフォトリフラクティブ結晶の具体例としては、SBN(Strontium Barium Niobate)結晶、BSO(Bi12SiO20)結晶、Fe:InP結晶などが挙げられる。SBN結晶は、可視光における非線形光学効果の感度が高く、制御光L2として可視光を使用できる。BSO結晶は、SBN結晶より感度が若干劣るが、反応速度が速い利点を有する。Fe:InP結晶は、半導体であり、近赤外領域で感度が高く、制御光L2として近赤外光を使用できる。 Examples of the nonlinear optical medium 2 that exhibits the spatial light soliton effect include glass materials and photorefractive crystals. In particular, the photorefractive crystal has high sensitivity to the spatial light soliton effect and is suitable as the optical switching element of the present invention. Specific examples of suitable photorefractive crystals include SBN (Strontium Barium Niobate) crystals, BSO (Bi 12 SiO 20 ) crystals, Fe: InP crystals, and the like. The SBN crystal has high sensitivity of the nonlinear optical effect in visible light, and visible light can be used as the control light L2. The BSO crystal is slightly inferior in sensitivity to the SBN crystal, but has the advantage of a high reaction rate. The Fe: InP crystal is a semiconductor, has high sensitivity in the near infrared region, and can use near infrared light as the control light L2.

本発明の光スイッチング方法は、例えば図1に示す光スイッチングシステム1として装置化される。この光スイッチングシステム1は、空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質2と、非線形光学媒質2に設定された入力ポート3および複数の出力ポート4と、入力ポート3に信号光L1を入射する通信用光源5と、出力ポート4から出射される信号光L1を受光する複数の受光手段6と、出力ポート4に制御光L2を入射する制御用光源7と、制御用光源7から出力ポート4へと制御光L2を伝えると共に、出力ポート4から受光手段6へと信号光L1を伝える光路設定手段8とを備えている。   The optical switching method of the present invention is implemented as an optical switching system 1 shown in FIG. 1, for example. The optical switching system 1 includes a nonlinear optical medium 2 having physical properties that exhibit a spatial light soliton effect, an input port 3 and a plurality of output ports 4 set in the nonlinear optical medium 2, and signal light L1 incident on the input port 3. Communication light source 5, a plurality of light receiving means 6 for receiving the signal light L 1 emitted from the output port 4, a control light source 7 for entering the control light L 2 into the output port 4, and an output port from the control light source 7. 4 and an optical path setting means 8 for transmitting the signal light L1 from the output port 4 to the light receiving means 6.

本実施形態の非線形光学媒質2は、例えば1つの入力ポート3と、2つの出力ポート4を有する。非線形光学媒質2は例えば立方体または直方体の形状をなし、入力ポート3が設定される面と、出力ポート4が設定される面とは、非線形光学媒質2における対向する2面としている。即ち、入力ポート3が設定される面の反対側の面に出力ポート4が設定される。非線形光学媒質2に対し、信号光L1の反対側から制御光L2を入射することで、制御光L2が作る導波路に信号光L1を誘導し易く構成できる。ただし、非線形光学媒質2の形状および入力ポート3と出力ポート4の位置関係は本実施形態の例に必ずしも限定されず、制御光L2が作る導波路に信号光L1を誘導可能なものであれば良い。   The nonlinear optical medium 2 of this embodiment has, for example, one input port 3 and two output ports 4. The nonlinear optical medium 2 has a cubic or rectangular parallelepiped shape, for example, and the surface on which the input port 3 is set and the surface on which the output port 4 is set are two opposing surfaces in the nonlinear optical medium 2. That is, the output port 4 is set on the surface opposite to the surface on which the input port 3 is set. By making the control light L2 incident on the nonlinear optical medium 2 from the opposite side of the signal light L1, the signal light L1 can be easily guided to the waveguide formed by the control light L2. However, the shape of the nonlinear optical medium 2 and the positional relationship between the input port 3 and the output port 4 are not necessarily limited to the example of the present embodiment, as long as the signal light L1 can be guided to the waveguide formed by the control light L2. good.

本実施形態の光スイッチングシステム1は、制御用光源7として、第1出力ポート4Aに第1制御光L2aを入射する第1制御用光源7Aと、第2出力ポート4Bに第2制御光L2bを入射する第2制御用光源7Bとを有する。尚、本実施形態では、出力ポート4ごとに制御用光源7を設置しているが、必ずしもこの構成例に限定されず、制御用光源7を機械的に移動可能であるものとし、1つの制御用光源7により複数の出力ポート4のいずれかに対し、選択的に制御光L2を入射できる構成としても良い。また、本実施形態の制御用光源7および通信用光源5はレーザ光源としている。レーザ光は指向性が強いため、信号光L1および制御光L2をレーザ光とすることで、信号光L1および制御光L2の空間的な広がりを抑制できる   In the optical switching system 1 of the present embodiment, as the control light source 7, the first control light source 7A that enters the first control light L2a to the first output port 4A, and the second control light L2b to the second output port 4B. And the incident second control light source 7B. In the present embodiment, the control light source 7 is provided for each output port 4. However, the present invention is not necessarily limited to this configuration example, and the control light source 7 can be moved mechanically. The configuration may be such that the control light L2 can be selectively incident on any of the plurality of output ports 4 by the light source 7 for use. Further, the control light source 7 and the communication light source 5 of the present embodiment are laser light sources. Since the laser light has strong directivity, the spatial spread of the signal light L1 and the control light L2 can be suppressed by using the signal light L1 and the control light L2 as laser light.

本実施形態の光スイッチングシステム1は、受光手段6として、第1出力ポート4Aから出射される信号光L1を受光する第1受光器6Aと、第2出力ポート4Bから出射される信号光L1を受光する第2受光器6Bとを有する。また、本実施形態の光スイッチングシステム1は、光路設定手段8として、第1出力ポート4Aと第1制御用光源7Aとの間に配置され、第1制御用光源7Aから第1出力ポート4Aに向けて出射される制御光L2を透過し、第1出力ポート4Aから出射される信号光L1を第1受光器6Aに向けて反射する第1ミラー9Aと、第2出力ポート4Bと第2制御用光源7Bとの間に配置され、第2制御用光源7Bから第2出力ポート4Bに向けて出射される制御光L2を透過し、第2出力ポート4Bから出射される信号光L1を第2受光器6Bに向けて反射する第2ミラー9Bとを有する。第1,第2ミラー9A,9Bは、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する波長選択ミラー(誘電体多層膜ミラーとも呼ばれる)である。このため、本実施形態では、信号光L1と制御光L2には波長が異なるものが選択され、かつ信号光L1の波長は第1,第2ミラー9A,9Bで反射するものが選択され、制御光L2の波長は第1,第2ミラー9A,9Bを透過するものが選択される。   In the optical switching system 1 of the present embodiment, as the light receiving means 6, the first light receiver 6A that receives the signal light L1 emitted from the first output port 4A and the signal light L1 emitted from the second output port 4B are used. And a second light receiver 6B for receiving light. Further, the optical switching system 1 of the present embodiment is disposed as the optical path setting means 8 between the first output port 4A and the first control light source 7A, and is transferred from the first control light source 7A to the first output port 4A. The first mirror 9A that transmits the control light L2 emitted toward the first output port and reflects the signal light L1 emitted from the first output port 4A toward the first light receiver 6A, and the second output port 4B and the second control. The control light L2 emitted from the second control light source 7B toward the second output port 4B and transmitted from the second output port 4B to the second signal light L1. And a second mirror 9B that reflects toward the light receiver 6B. The first and second mirrors 9A and 9B are wavelength selective mirrors (also called dielectric multilayer mirrors) that reflect light of a specific wavelength and transmit light of other wavelengths. For this reason, in this embodiment, the signal light L1 and the control light L2 are selected to have different wavelengths, and the wavelength of the signal light L1 is selected to be reflected by the first and second mirrors 9A and 9B. The wavelength of the light L2 is selected to be transmitted through the first and second mirrors 9A and 9B.

また、本実施形態の非線形光学媒質2の組成、信号光L1の光強度および波長、制御光L2の光強度および波長は、信号光L1に対しては非線形光学媒質2において空間光ソリトン効果を生じず、制御光L2に対しては非線形光学媒質2において空間光ソリトン効果を生じるものに設定される。   Further, the composition of the nonlinear optical medium 2, the light intensity and wavelength of the signal light L1, and the light intensity and wavelength of the control light L2 cause a spatial light soliton effect in the nonlinear optical medium 2 with respect to the signal light L1. Instead, the non-linear optical medium 2 is set to produce a spatial light soliton effect with respect to the control light L2.

以上のように構成された光スイッチングシステム1は、次のように作動する。先ず、通信用光源5から信号光L1のみが非線形光学媒質2に入射する場合、本実施形態の非線形光学媒質2は信号光L1に対して空間光ソリトン効果を生じないので、図2に示すように、信号光L1は非線形光学媒質2中を伝搬するに従いその断面の大きさは回折効果により広がる。このとき第1,第2ミラー9A,9Bにおいては、信号光L1の端の方の強度が比較的弱い部分が反射され、第1受光器6Aおよび第2受光器6Bではほぼ等しい強度の弱い信号光L1を検出する。   The optical switching system 1 configured as described above operates as follows. First, when only the signal light L1 is incident on the nonlinear optical medium 2 from the communication light source 5, the nonlinear optical medium 2 of the present embodiment does not generate a spatial light soliton effect on the signal light L1, and therefore, as shown in FIG. In addition, as the signal light L1 propagates through the nonlinear optical medium 2, the size of its cross section is widened by the diffraction effect. At this time, the first and second mirrors 9A and 9B reflect the relatively weak part toward the end of the signal light L1, and the first and second light receivers 6A and 6B have weak signals having substantially the same intensity. The light L1 is detected.

次に、通信用光源5から信号光L1を非線形光学媒質2に入射し、かつ第1制御用光源7Aから第1制御光L2aを非線形光学媒質2の第1出力ポート4Aに入射する場合、以下に説明する作用により信号光L1は第1受光器6A側に誘導される。第1ミラー9Aは第1制御光L2aを透過するため、第1制御光L2aは非線形光学媒質2に入射する。非線形光学媒質2は第1制御光L2aに対しては屈折率の変化、即ち屈折率の上昇を生じ、光は屈折率の高い領域へ引き寄せられる性質から、第1制御光L2aは非線形光学媒質2中で空間光ソリトン効果を発生し、図3で示すように第1制御光L2aは非線形光学媒質2中で空間的に広がらないビームを形成する。   Next, when the signal light L1 is incident on the nonlinear optical medium 2 from the communication light source 5, and the first control light L2a is incident on the first output port 4A of the nonlinear optical medium 2 from the first control light source 7A, As a result, the signal light L1 is guided to the first light receiver 6A side. Since the first mirror 9A transmits the first control light L2a, the first control light L2a enters the nonlinear optical medium 2. The nonlinear optical medium 2 causes a change in refractive index, that is, an increase in refractive index with respect to the first control light L2a, and the light is attracted to a region having a high refractive index. Therefore, the first control light L2a is the nonlinear optical medium 2 A spatial light soliton effect is generated therein, and the first control light L2a forms a beam that does not spread spatially in the nonlinear optical medium 2 as shown in FIG.

ここで通信用光源5から出力され、第1制御光L2aとは反対側の面から非線形光学媒質2に入射される信号光L1は、非線形光学媒質2中で第1制御光L2aがその光ビームに沿って形成する屈折率の高い領域(導波路)に誘導され、図4で示すように第1制御光L2aの伝搬経路に沿って進む、換言すれば第1制御光L2aの伝搬経路を逆トレースするように進む。即ち、非線形光学媒質2中では第1制御光L2aの伝搬経路に沿った形で屈折率が上昇した領域が生じているため、非線形光学媒質2に第1制御光L2aとは反対側から信号光L1を入射すると、信号光L1は第1制御光L2aが作る屈折率変化領域に誘導される形で伝搬する。しかも、信号光L1は屈折率増加領域(即ち導波路)に閉じ込められて伝搬するため、信号光L1の空間的な広がりが低減される。そして、第1ミラー9Aは、非線形光学媒質2の第1出力ポート4Aから出射された信号光L1を第1受光器6Aに向けて反射する。以上により、第1受光器6Aは第2受光器6Bと比較して、より強い強度で信号光L1を検出できることになる。   Here, the signal light L1 output from the communication light source 5 and incident on the nonlinear optical medium 2 from the surface opposite to the first control light L2a is the light beam of the first control light L2a in the nonlinear optical medium 2. 4 and guided along the propagation path of the first control light L2a as shown in FIG. 4, in other words, the propagation path of the first control light L2a is reversed. Proceed to trace. That is, in the nonlinear optical medium 2, a region where the refractive index increases along the propagation path of the first control light L <b> 2 a is generated. When entering L1, the signal light L1 propagates in a form guided to the refractive index change region created by the first control light L2a. In addition, since the signal light L1 is confined and propagated in the refractive index increasing region (that is, the waveguide), the spatial spread of the signal light L1 is reduced. The first mirror 9A reflects the signal light L1 emitted from the first output port 4A of the nonlinear optical medium 2 toward the first light receiver 6A. Thus, the first light receiver 6A can detect the signal light L1 with a stronger intensity than the second light receiver 6B.

逆に、第1制御用光源7Aの出力を止め、第2制御用光源7Bから第2制御光L2bを出力した場合は、信号光L1は第2制御光L2b側に誘導され、第2受光器6Bは第1受光器6Aと比較して、より強い強度で信号光L1を検出できることになる。   Conversely, when the output of the first control light source 7A is stopped and the second control light L2b is output from the second control light source 7B, the signal light L1 is guided to the second control light L2b side, and the second light receiver 6B can detect the signal light L1 with stronger intensity than the first light receiver 6A.

したがって、第1制御光L2aおよび第2制御光L2bを適切に制御することにより、信号光L1を所望の受光手段6に効率よく入射させることができ、光スイッチを実現できる。即ち、第1制御用光源7Aおよび第2制御用光源7Bの双方の出力を止めている間は、第1受光器6Aおよび第2受光器6Bは等しい強度の信号光L1を受光し、第2制御用光源7Bの出力を止めかつ第1制御用光源7Aから第1制御光L2aを出力している間は、第1受光器6Aは第2受光器6Bよりも強い強度で信号光L1を受光し、第1制御用光源7Aの出力を止めかつ第2制御用光源7Bから第2制御光L2bを出力している間は、第2受光器6Bは第1受光器6Aよりも強い強度で信号光L1を受光する。   Therefore, by appropriately controlling the first control light L2a and the second control light L2b, the signal light L1 can be efficiently incident on the desired light receiving means 6, and an optical switch can be realized. That is, while the outputs of both the first control light source 7A and the second control light source 7B are stopped, the first light receiver 6A and the second light receiver 6B receive the signal light L1 having the same intensity, and the second While the output of the control light source 7B is stopped and the first control light L2a is output from the first control light source 7A, the first light receiver 6A receives the signal light L1 with a stronger intensity than the second light receiver 6B. While the output of the first control light source 7A is stopped and the second control light L2b is output from the second control light source 7B, the second light receiver 6B has a stronger signal than the first light receiver 6A. The light L1 is received.

なお、複数の制御光L2の間で波長や光強度を異ならせ、複数の制御光L2が同時に非線形光学媒質2に入射された場合に、非線形光学媒質2中において信号光L1が特定の制御光L2の側(即ち、屈折率のより高い領域)に誘導されるようにしても良い。この場合、複数の受光器に優先度を設定することができる。   Note that when the control light L2 has different wavelengths and light intensities, and the plurality of control lights L2 are incident on the nonlinear optical medium 2 at the same time, the signal light L1 is the specific control light in the nonlinear optical medium 2. It may be guided to the L2 side (that is, a region having a higher refractive index). In this case, priority can be set for a plurality of light receivers.

以上に説明した光スイッチング方法および光スイッチングシステム1によれば、空間光ソリトン効果により、信号光L1の空間的な広がりを低減しながら制御光L2の入射端に信号光L1を誘導し、その伝搬先を切り替えることができるので、ビーム径を絞る集光用レンズなどは不要であり、光スイッチの小型化、光スイッチングデバイスの集積化を実現できる。また、スイッチング素子である非線形光学媒質2の中に、電極を設けたり、固定的な導波路を作製する特殊かつ精密なプロセスは必要はないので、光スイッチの低コスト化を実現できる。さらに、本発明に係る導波路は、固定的なものではなく制御光L2により生成される可変的なものであるため、信号光L1の伝搬経路の自由な制御が可能になり、出力ポート4や入力ポート3の設定変更にも容易に対応できる。また、第1制御用光源7Aと第1受光器6Aとを1ユニットの受信装置として構成し、同様に、第2制御用光源7Bと第2受光器6Bとを1ユニットの受信装置として構成する場合、信号光L1の受信を希望する受信装置の側が自ら制御光L2を出力することで信号光L1の受信が可能になる、従来にない新しい光スイッチングシステム1を実現できる。また、本発明の光スイッチは、制御光L2によりスイッチングを行うので、光学素子に電極を内蔵するタイプと異なり強い電場や磁場が作用する場所でも誤作動を起こす問題は無く、また温度勾配を与えてスイッチングを行う光スイッチよりも応答性を向上できる。   According to the optical switching method and the optical switching system 1 described above, the signal light L1 is guided to the incident end of the control light L2 while reducing the spatial spread of the signal light L1 by the spatial light soliton effect, and the propagation thereof Since the tip can be switched, a condensing lens or the like for reducing the beam diameter is unnecessary, and the optical switch can be downsized and the optical switching device can be integrated. In addition, there is no need for a special and precise process in which an electrode is provided in the nonlinear optical medium 2 that is a switching element or a fixed waveguide is manufactured, so that the cost of the optical switch can be reduced. Furthermore, since the waveguide according to the present invention is not a fixed one but a variable one generated by the control light L2, the propagation path of the signal light L1 can be freely controlled. It is possible to easily cope with the setting change of the input port 3. Further, the first control light source 7A and the first light receiver 6A are configured as a single unit receiver, and similarly, the second control light source 7B and the second light receiver 6B are configured as a single unit receiver. In this case, it is possible to realize a new optical switching system 1 that does not exist in the past, by which the receiving device that desires to receive the signal light L1 can output the control light L2 by itself to receive the signal light L1. In addition, since the optical switch of the present invention is switched by the control light L2, unlike the type in which the electrode is built in the optical element, there is no problem of causing malfunction even in a place where a strong electric or magnetic field acts, and a temperature gradient is given. Therefore, the responsiveness can be improved as compared with the optical switch that performs switching.

さらに、本発明の他の実施形態について以下に説明する。尚、以下に説明する他の実施形態において上述の実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略し、各実施形態特有の構造等について説明する。   Furthermore, other embodiments of the present invention will be described below. In other embodiments described below, configurations similar to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and structures and the like unique to each embodiment will be described.

図5に、本発明の第2の実施形態に係る光スイッチングシステム1を示す。この光スイッチングシステム1では、非線形光学媒質2の外において信号光L1および制御光L2を光ファイバ10により伝送するようにしている。この構成によれば、非線形光学媒質2の中においては空間光ソリトン効果により信号光L1および制御光L2の空間的な広がりを低減できるのに加えて、非線形光学媒質2の外においては、信号光L1および制御光L2は光ファイバ10に閉じ込められて伝送されるので、これらの光の空間的な広がりを大きく低減でき、当該広がりを最小限に抑えることができる。なお、図5の例では、信号光L1および制御光L2の双方を光ファイバ10を介して非線形光学媒質2に伝えるようにしているが、信号光L1と制御光L2の一方のみを光ファイバ10を介して非線形光学媒質2に伝えるようにしても良い。   FIG. 5 shows an optical switching system 1 according to the second embodiment of the present invention. In the optical switching system 1, the signal light L 1 and the control light L 2 are transmitted by the optical fiber 10 outside the nonlinear optical medium 2. According to this configuration, in the nonlinear optical medium 2, the spatial spread of the signal light L1 and the control light L2 can be reduced by the spatial light soliton effect, and in addition to the signal light outside the nonlinear optical medium 2, Since L1 and the control light L2 are confined and transmitted in the optical fiber 10, the spatial spread of these lights can be greatly reduced, and the spread can be minimized. In the example of FIG. 5, both the signal light L1 and the control light L2 are transmitted to the nonlinear optical medium 2 via the optical fiber 10, but only one of the signal light L1 and the control light L2 is transmitted to the optical fiber 10. It may be transmitted to the nonlinear optical medium 2 via

この光スイッチングシステム1は、光路設定手段8として、光サーキュレータ11を有する。そして、この光スイッチングシステム1は、通信用光源5と非線形光学媒質2の入力ポート3との間で光を伝送する第1光ファイバ10Aと、非線形光学媒質2の第1出力ポート4Aと第1光サーキュレータ11Aの第1ポート12との間で光を伝送する第2光ファイバ10Bと、第1光サーキュレータ11Aの第2ポート13と第1受光器6Aとの間で光を伝送する第3光ファイバ10Cと、第1光サーキュレータ11Aの第3ポート14と第1制御用光源7Aとの間で光を伝送する第4光ファイバ10Dと、非線形光学媒質2の第2出力ポート4Bと第2光サーキュレータ11Bの第1ポート12との間で光を伝送する第5光ファイバ10Eと、第2光サーキュレータ11Bの第2ポート13と第2受光器6Bとの間で光を伝送する第6光ファイバ10Fと、第2光サーキュレータ11Bの第3ポート14と第2制御用光源7Bとの間で光を伝送する第7光ファイバ10Gとを有する。   This optical switching system 1 has an optical circulator 11 as the optical path setting means 8. The optical switching system 1 includes a first optical fiber 10A that transmits light between the communication light source 5 and the input port 3 of the nonlinear optical medium 2, a first output port 4A of the nonlinear optical medium 2, and a first output port 4A. A second optical fiber 10B that transmits light between the first port 12 of the optical circulator 11A and a third light that transmits light between the second port 13 of the first optical circulator 11A and the first light receiver 6A. A fiber 10C, a fourth optical fiber 10D that transmits light between the third port 14 of the first optical circulator 11A and the first control light source 7A, a second output port 4B of the nonlinear optical medium 2, and a second light A fifth optical fiber 10E that transmits light between the first port 12 of the circulator 11B and a sixth optical fiber that transmits light between the second port 13 of the second optical circulator 11B and the second light receiver 6B. It has a fiber 10F, and a seventh optical fiber 10G for transmitting light between the third port 14 of the second optical circulator 11B and the second control light source 7B.

光サーキュレータ11は、一方行のみに光を伝送し、かつ第1〜第3ポート12,13,14に入力された光を、当該光が入力されたポートから上記一方行に向かってすぐとなりのポートより出力する周知の装置である。第1光サーキュレータ11Aは、第3ポート14から入力された光を第1ポート12からのみ出力し、第1ポート12から入力された光を第2ポート13からのみ出力する。従って、第1制御用光源7Aから出射された第1制御光L2aは、第4光ファイバ10D、第1光サーキュレータ11A、第2光ファイバ10Bを介して、非線形光学媒質2の第1出力ポート4Aに入射する。また、非線形光学媒質2の第1出力ポート4Aから出射された信号光L1は、第2光ファイバ10B、第1光サーキュレータ11A、第3光ファイバ10Cを介して、第1受光器6Aに伝えられる。同様に、第2光サーキュレータ11Bは、第3ポート14から入力された光を第1ポート12からのみ出力し、第1ポート12から入力された光を第2ポート13からのみ出力する。従って、第2制御用光源7Bから出射された第2制御光L2bは、第7光ファイバ10G、第2光サーキュレータ11B、第5光ファイバ10Eを介して、非線形光学媒質2の第2出力ポート4Bに入射する。また、非線形光学媒質2の第2出力ポート4Bから出射された信号光L1は、第5光ファイバ10E、第2光サーキュレータ11B、第6光ファイバ10Fを介して、第2受光器6Bに伝えられる。図5に示す光スイッチングシステム1の基本的な動作は、図1に示す光スイッチングシステム1と同じであるため省略する。   The optical circulator 11 transmits light to only one row and transmits light input to the first to third ports 12, 13, and 14 immediately from the port where the light is input toward the one row. This is a known device that outputs from a port. The first optical circulator 11 </ b> A outputs the light input from the third port 14 only from the first port 12, and outputs the light input from the first port 12 only from the second port 13. Accordingly, the first control light L2a emitted from the first control light source 7A passes through the fourth optical fiber 10D, the first optical circulator 11A, and the second optical fiber 10B, and the first output port 4A of the nonlinear optical medium 2 is output. Is incident on. Further, the signal light L1 emitted from the first output port 4A of the nonlinear optical medium 2 is transmitted to the first light receiver 6A via the second optical fiber 10B, the first optical circulator 11A, and the third optical fiber 10C. . Similarly, the second optical circulator 11 </ b> B outputs light input from the third port 14 only from the first port 12, and outputs light input from the first port 12 only from the second port 13. Therefore, the second control light L2b emitted from the second control light source 7B passes through the seventh optical fiber 10G, the second optical circulator 11B, and the fifth optical fiber 10E, and the second output port 4B of the nonlinear optical medium 2. Is incident on. The signal light L1 emitted from the second output port 4B of the nonlinear optical medium 2 is transmitted to the second light receiver 6B via the fifth optical fiber 10E, the second optical circulator 11B, and the sixth optical fiber 10F. . The basic operation of the optical switching system 1 shown in FIG. 5 is the same as that of the optical switching system 1 shown in FIG.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施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。例えば上述の実施形態では、非線形光学媒質2は出力ポート4(換言すれば制御光L2の入射端)を2つ有するものとしたが、出力ポート4は3つ以上であっても良い。この場合、各出力ポート4に入射する制御光L2の強度を一律とせずに、信号光L1の光軸からより離れた外側の制御光L2ほど光強度を強くすることが望ましい。このように構成することで、信号光L1の光軸から離れた外側の制御光L2であっても、確実に信号光L1を引き寄せて目的の出力ポート4へと誘導することができる。また、本発明の光スイッチを複数従属接続させても良い。即ち、非線形光学媒質2から出力された信号光L1を、他の非線形光学媒質2の入力ポート3に入力するようにしても良い。この場合、下流側の光スイッチングシステム1の光スイッチング素子(非線形光学媒質2)が、上流側の光スイッチングシステム1から見た受光手段6となる。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the nonlinear optical medium 2 has two output ports 4 (in other words, the incident end of the control light L2), but the number of output ports 4 may be three or more. In this case, it is desirable that the intensity of the control light L2 incident on each output port 4 is not uniform, but the intensity of the control light L2 that is further away from the optical axis of the signal light L1 is increased. By configuring in this way, even the control light L2 outside the optical axis of the signal light L1 can reliably attract the signal light L1 and guide it to the target output port 4. A plurality of optical switches according to the present invention may be connected in cascade. That is, the signal light L <b> 1 output from the nonlinear optical medium 2 may be input to the input port 3 of another nonlinear optical medium 2. In this case, the optical switching element (nonlinear optical medium 2) of the downstream optical switching system 1 serves as the light receiving means 6 viewed from the upstream optical switching system 1.

本発明の光スイッチング方法および光スイッチングシステムの実施の一形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the optical switching method and optical switching system of this invention. 図1の光スイッチングシステムにおいて信号光のみを非線形光学媒質に入射した様子を示す。2 shows a state in which only signal light is incident on a nonlinear optical medium in the optical switching system of FIG. 図1の光スイッチングシステムの一部を示し、制御光を非線形光学媒質に入射した様子を示す。FIG. 2 shows a part of the optical switching system of FIG. 1 and shows a state in which control light is incident on a nonlinear optical medium. 図1の光スイッチングシステムにおいて信号光が制御光に引き寄せられる様子を示す。2 shows a state in which signal light is attracted to control light in the optical switching system of FIG. 本発明の光スイッチング方法および光スイッチングシステムの他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the optical switching method and optical switching system of this invention. 光学媒質中を伝わる光が回折効果により空間的に広がる様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a mode that the light which propagates in an optical medium spreads spatially by a diffraction effect. 非線形光学媒質中を伝わる光が空間光ソリトン効果により自身が形成した導波路に閉じ込められて伝搬する様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a mode that the light which propagates in a nonlinear optical medium is confine | sealed in the waveguide which self formed by the spatial light soliton effect, and propagates. 従来の光スイッチの原理を示す概念図であり、(a)はスイッチング素子として使用した光学結晶に信号光を入射した様子を示し、(b)は信号光とは別の方向から上記光学結晶に制御光を入射することにより信号光の伝搬方向を変化させた様子を示す。It is a conceptual diagram which shows the principle of the conventional optical switch, (a) shows a mode that signal light entered into the optical crystal used as a switching element, (b) is the said optical crystal from the direction different from signal light. A state in which the propagation direction of the signal light is changed by entering the control light is shown. 従来の導波路および電極を内蔵する光スイッチの原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principle of the conventional optical switch incorporating a waveguide and an electrode.

符号の説明Explanation of symbols

1 光スイッチングシステム
2 非線形光学媒質
3 入力ポート
4 出力ポート
5 通信用光源
6 受光手段
7 制御用光源
8 光路設定手段
10 光ファイバ
L1 信号光
L2 制御光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical switching system 2 Nonlinear optical medium 3 Input port 4 Output port 5 Communication light source 6 Light receiving means 7 Control light source 8 Optical path setting means 10 Optical fiber L1 Signal light L2 Control light

Claims (6)

空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質に入力ポートと複数の出力ポートを定め、前記複数の出力ポートの中から選択した出力ポートに、制御光を入射して前記非線形光学媒質中に屈折率が増加した領域を形成し、前記入力ポートに入射された信号光を前記屈折率増加領域に引き寄せて前記選択した出力ポートに誘導することで、前記信号光の出力先を切り替えることを特徴とする光スイッチング方法。   An input port and a plurality of output ports are defined in a nonlinear optical medium having physical properties exhibiting a spatial light soliton effect, and control light is incident on the output port selected from the plurality of output ports and refracted into the nonlinear optical medium. Forming a region with an increased rate, and drawing the signal light incident on the input port to the refractive index increasing region and guiding it to the selected output port, thereby switching the output destination of the signal light, Optical switching method. 前記非線形光学媒質の外において前記信号光または前記制御光を光ファイバにより伝送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。   The optical switching method according to claim 1, wherein the signal light or the control light is transmitted by an optical fiber outside the nonlinear optical medium. 前記非線形光学媒質の屈折率変化の感度は、前記信号光に対するものよりも、前記制御光に対するものの方が大きい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。   3. The optical switching method according to claim 1, wherein a sensitivity of the nonlinear optical medium to change in refractive index is greater for the control light than for the signal light. 空間光ソリトン効果を示す物性を有する非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質に設定された入力ポートおよび複数の出力ポートと、前記入力ポートに信号光を入射する通信用光源と、前記出力ポートから出射される前記信号光を受光する複数の受光手段と、前記出力ポートに制御光を入射する制御用光源と、前記制御用光源から前記出力ポートへと前記制御光を伝えると共に、前記出力ポートから前記受光手段へと前記信号光を伝える光路設定手段とを備え、前記複数の出力ポートの中から選択した出力ポートに、前記制御光を入射して前記非線形光学媒質中に屈折率が増加した領域を形成し、前記入力ポートに入射された前記信号光を前記屈折率増加領域に引き寄せて前記選択した出力ポートに誘導することで、前記信号光の出力先を切り替えることを特徴とする光スイッチングシステム。   A nonlinear optical medium having physical properties exhibiting a spatial light soliton effect; an input port and a plurality of output ports set in the nonlinear optical medium; a communication light source that inputs signal light to the input port; and an output from the output port A plurality of light receiving means for receiving the signal light, a control light source for entering control light to the output port, the control light from the control light source to the output port, and from the output port to the output port An optical path setting means for transmitting the signal light to the light receiving means, and a region in which the control light is incident on an output port selected from the plurality of output ports and a refractive index is increased in the nonlinear optical medium. Forming and guiding the signal light incident on the input port to the refractive index increasing region and guiding it to the selected output port, thereby switching the output destination of the signal light. Optical switching system, characterized in that changing. 前記非線形光学媒質の外において前記信号光または前記制御光を光ファイバにより伝送することを特徴とする請求項4記載の光スイッチングシステム。   5. The optical switching system according to claim 4, wherein the signal light or the control light is transmitted by an optical fiber outside the nonlinear optical medium. 前記非線形光学媒質の屈折率変化の感度は、前記信号光に対するものよりも、前記制御光に対するものの方が大きいことを特徴とする請求項4または5記載の光スイッチングシステム。
6. The optical switching system according to claim 4, wherein the sensitivity of the nonlinear optical medium for changing the refractive index is greater for the control light than for the signal light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07505482A (en) * 1992-04-07 1995-06-15 ジ オーストラリアン ナショナル ユニバーシティー Photonic devices using optical waveguides guided by dark space solitons

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