光开关

摘要

一种光开关，即便控制光的偏光状态发生变动，也不影响开关动作。该光开关具有：由光非线性介质形成的环状的光波导环路(101)、向光波导环路输入控制光的相位控制部件(110)的控制光输入部件(20)、波长分离合成电路(121)和相位偏置电路500。其中，光波导环路由如下部分形成：由从光分波合成器(10)到控制光输入部件(20)的第1偏振面保持光纤(12)形成的光通路；由从控制光输入部件到波长分离合成电路的第2偏振面保持光纤(14)形成的光通路；和由从波长分离合成电路返回到光分波合成器的第4偏振面保持光纤(18)形成的光通路。波长分离合成电路形成为环状的光波导电路。将相位偏置电路插入第1～第4偏振面保持光纤中的任意一个的中途位置。

权利要求

1、一种光开关，其特征在于，具有：

光波导环路，使信号光分支，并且使其在由光非线性介质形成的 环状光通路中互相沿相反方向传播后再进行合波；

控制光输入部件，配置在该光波导环路的中途位置，是用于控制 在该光波导环路中传播的信号光的相位的相位控制部件，并且向所述 光非线性介质输入用于使该光非线性介质的折射率变化的控制光；

波长分离合成电路，设置在所述光波导环路的中途位置，并且使 分别由所述控制光的正交两方向的偏光分量引起的、所述光非线性介 质的折射率变化对信号光的相位控制量的影响程度均等；和相位偏置电路，配置在所述光波导环路的中途位置，用于除去附 加在所述信号光中的相位偏置，其中，所述相位偏置电路配置在构成对所述信号光进行导波的所 述光波导环路的偏振面保持光纤的中途位置，并且具有：使信号光的偏振面旋转45°的第1偏振面旋转元件；用于修正信 号光的正交偏振分量之间的相位偏移的相位补偿元件；以及使信号光 的偏振面旋转45°的第2偏振面旋转元件，构成为按所述第1偏振面旋转元件、所述相位补偿元件、所述第 2偏振面旋转元件的顺序串联地排列。

2、根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：

所述第1及第2偏振面旋转元件是法拉第转子；

所述相位补偿元件是巴俾涅阳光补偿元件。

3、根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：

所述第1及第2偏振面旋转元件是法拉第转子；

所述相位补偿元件是被进行了温度控制的偏振面保持光纤。

4、根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：

所述第1及第2偏振面旋转元件是法拉第转子；

所述相位补偿元件是光电元件。

5、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：所述光波导环路使用偏振面保持光纤作为所述光非线性介质来 形成，并且具有：光分波合成器，具有：输入信号光的第1端口；连接第1偏振面 保持光纤一端的第2端口；连接第4偏振面保持光纤的另一端的第3 端口；以及输出调制信号光的第4端口，并且光强的分支比为1∶1；

所述第1偏振面保持光纤，其一端连接于该光分波合成器的第2 端口，另一端连接于作为所述控制光输入部件的光耦合器；

第2偏振面保持光纤，其一端连接于所述光耦合器，另一端连接 于所述波长分离合成电路；和所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于该波长分离合成电路， 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口，所述波长分离合成电路具有：

波长分离器，连接所述第2偏振面保持光纤的另一端、第3偏振 面保持光纤的一端和第5偏振面保持光纤的一端；

偏振面旋转部，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端和第6偏 振面保持光纤的一端；

合波器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、所述第6偏振 面保持光纤的另一端和所述第4偏振面保持光纤的一端；

所述第3偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述合波器；

所述第5偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述偏振面旋转部；和所述第6偏振面保持光纤，其一端连接于所述偏振面旋转部，另 一端连接于所述合波器，所述相位偏置电路配置在所述第1～第4偏振面保持光纤中任意 一个偏振面保持光纤的中途位置。

6、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：所述光波导环路使用偏振面保持光纤作为所述光非线性介质来 形成，并且具有：光分波合成器，具有：输入信号光的第1端口；连接第1偏振面 保持光纤一端的第2端口；连接第4偏振面保持光纤的另一端的第3 端口；以及输出调制信号光的第4端口，并且光强的分支比为1∶1；

所述第1偏振面保持光纤，其一端连接于该光分波合成器的第2 端口，另一端连接于作为所述控制光输入部件的光耦合器；

第2偏振面保持光纤，其一端连接于所述光耦合器，另一端连接 于所述波长分离合成电路；和所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于该波长分离合成电路， 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口，所述波长分离合成电路具有：

波长分离器，连接所述第2偏振面保持光纤的另一端、第3偏振 面保持光纤的一端和第5偏振面保持光纤的一端；

偏振面旋转部，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端和第6偏 振面保持光纤的一端；

光延迟器，设置在所述第6偏振面保持光纤的中途位置；

合波器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、所述第6偏振 面保持光纤的另一端和所述第4偏振面保持光纤的一端；

所述第3偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述合波器；

所述第5偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述偏振面旋转部；和所述第6偏振面保持光纤，其一端连接于所述偏振面旋转部，另 一端连接于所述合波器，所述相位偏置电路配置在所述第1～第4偏振面保持光纤中任意 一个偏振面保持光纤的中途位置。

7、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：所述光波导环路使用偏振面保持光纤作为所述光非线性介质来 形成，并且具有：光分波合成器，具有：输入信号光的第1端口；连接第1偏振面 保持光纤一端的第2端口；连接第6偏振面保持光纤另一端的第3端 口；以及输出调制信号光的第4端口，并且光强的分支比为1∶1；

所述第1偏振面保持光纤，其一端连接于该光分波合成器的第2 端口，另一端连接于作为所述控制光输入部件的光耦合器；

第2偏振面保持光纤，其一端连接于所述光耦合器，另一端连接 于第2偏振面旋转部；和第3偏振面保持光纤，其一端连接于所述第2偏振面旋转部，另 一端连接于所述波长分离合成电路；

第5偏振面保持光纤，其一端连接于该波长分离合成电路，另一 端连接于第3偏振面旋转部；

所述第6偏振面保持光纤，其一端连接于所述第3偏振面旋转部， 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口；

第2偏振面旋转部，连接所述第2偏振面保持光纤的另一端和所 述第3偏振面保持光纤的一端；和第3偏振面旋转部，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端和所 述第6偏振面保持光纤的一端，所述波长分离合成电路具有：

波长分离器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、第4偏振 面保持光纤的一端和第7偏振面保持光纤的一端；

第1偏振面旋转部，连接所述第7偏振面保持光纤的另一端和第 8偏振面保持光纤的一端；

合波器，连接所述第4偏振面保持光纤的另一端、所述第8偏振 面保持光纤的另一端和所述第5偏振面保持光纤的一端；

所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述合波器；

所述第7偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述第1偏振面旋转部；和所述第8偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1偏振面旋转部， 另一端连接于所述合波器，所述相位偏置电路配置在所述第1～第6偏振面保持光纤中任意 一个偏振面保持光纤的中途位置。

8、根据权利要求5所述的光开关，其特征在于：

所述相位控制部件具有：

偏振波分离器，具有输入控制光的第1端口；输出控制光的S分 量的2端口；和输出控制光的P分量的第3端口；

光衰减器，使从该偏振波分离器输出的所述控制光的S分量的光 强减少后输出；

偏振波合成器，具有输入从该光衰减器输出的所述控制光的S分 量的第1端口；输入从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的 P分量的第3端口；和对从所述光衰减器输出的所述控制光的S分量 和从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的P分量进行合波后 输出的第2端口；和控制光输入部件，使从该偏振波合成器的第2端口输出的控制光 输入到所述光波导环路中。

9、根据权利要求6所述的光开关，其特征在于：

所述相位控制部件具有：

偏振波分离器，具有输入控制光的第1端口；输出控制光的S分 量的第2端口；和输出控制光的P分量的第3端口；

光衰减器，使从该偏振波分离器输出的所述控制光的S分量的光 强减少后输出；

偏振波合成器，具有输入从该光衰减器输出的所述控制光的S分 量的第1端口；输入从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的 P分量的第3端口；和对从所述光衰减器输出的所述控制光的S分量 和从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的P分量进行合波后 输出的第2端口；和控制光输入部件，使从该偏振波合成器的第2端口输出的控制光 输入到所述光波导环路中。

10、根据权利要求7所述的光开关，其特征在于：所述相位控制部件具有：

偏振波分离器，具有：输入控制光的第1端口；输出控制光的S 分量的第2端口；和输出控制光的P分量的第3端口；

光衰减器，使从该偏振波分离器输出的所述控制光的S分量的光 强减少后输出；

偏振波合成器，具有输入从该光衰减器输出的所述控制光的S分 量的第1端口；输入从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的 P分量的第3端口；和对从所述光衰减器输出的所述控制光的S分量 和从所述偏振波分离器的第3端口输出的控制光的P分量进行合波后 输出的第2端口；和控制光输入部件，使从该偏振波合成器的第2端口输出的控制光 输入到所述光波导环路中。

11、根据权利要求7所述的光开关，其特征在于：相等地设定以下光路长，即，一端连接于所述第3偏振面旋转部、 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口的所述第6偏振面保持光 纤所形成的光路长；和一端连接于所述波长分离合成电路、另一端连接于所述第3偏振 面旋转部的所述第5偏振面保持光纤所形成的光路长。

12、根据权利要求10所述的光开关，其特征在于：相等地设定以下光路长，即，一端连接于所述第3偏振面旋转部、 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口的所述第6偏振面保持光 纤所形成的光路长；和一端连接于所述波长分离合成电路、另一端连接于所述第3偏振 面旋转部的所述第5偏振面保持光纤所形成的光路长。

13、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：所述光波导环路使用偏振面保持光纤作为所述光非线性介质来 形成，并且具有：光分波合成器，具有：输入信号光的第1端口；连接第1偏振面 保持光纤一端的第2端口；连接第6偏振面保持光纤另一端的第3端 口；以及输出调制信号光的第4端口，并且光强的分支比为1∶1；

所述第1偏振面保持光纤，其一端连接于该光分波合成器的第2 端口，另一端连接于作为所述控制光输入部件的光耦合器；

第2偏振面保持光纤，其一端连接于所述光耦合器，另一端连接 于第2偏振面旋转部；

第3偏振面保持光纤，其一端连接于所述第2偏振面旋转部，另 一端连接于所述波长分离合成电路；

所述第6偏振面保持光纤，其一端连接于该波长分离合成电路， 另一端连接于所述光分波合成器的第3端口；和第2偏振面旋转部，连接所述第2偏振面保持光纤的另一端和所 述第3偏振面保持光纤的一端；

所述波长分离合成电路具有：

波长分离器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、第4偏振 面保持光纤的一端和第7偏振面保持光纤的一端；

第1偏振面旋转部，连接所述第4偏振面保持光纤的另一端和第 5偏振面保持光纤的一端；

合波器，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端、所述第7偏振 面保持光纤的另一端和所述第6偏振面保持光纤的一端；

所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述第1偏振面旋转部；

所述第5偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1偏振面旋转部， 另一端连接于所述合波器；和所述第7偏振面保持光纤，其一端连接于所述波长分离器，另一 端连接于所述合波器，所述相位偏置电路配置在所述第1～第6偏振面保持光纤中任意 一个偏振面保持光纤的中途位置。

14、根据权利要求6所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路具有：

第1波长分离器，连接所述第2偏振面保持光纤的另一端、第3 偏振面保持光纤的一端和第5偏振面保持光纤的一端；

偏振面旋转部，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端和第6偏 振面保持光纤的一端；

光延迟器，设置在所述第6偏振面保持光纤的中途位置；

第2波长分离器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、所述 第6偏振面保持光纤的另一端和所述第4偏振面保持光纤的一端；

所述第3偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述第2波长分离器；

所述第5偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述偏振面旋转部；和所述第6偏振面保持光纤，其一端连接于所述偏振面旋转部，另 一端连接于所述第2波长分离器。

15、根据权利要求7～12中任意一个所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路具有：

第1波长分离器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、第4 偏振面保持光纤的一端和第7偏振面保持光纤的一端；

第1偏振面旋转部，连接所述第7偏振面保持光纤的另一端和第 8偏振面保持光纤的一端；

第2波长分离器，连接所述第4偏振面保持光纤的另一端、所述 第8偏振面保持光纤的另一端和所述第5偏振面保持光纤的一端；

所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述第2波长分离器；

所述第7偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述第1偏振面旋转部；和所述第8偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1偏振面旋转部， 另一端连接于所述第2波长分离器。

16、根据权利要求13所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路具有：

第1波长分离器，连接所述第3偏振面保持光纤的另一端、第4 偏振面保持光纤的一端和第7偏振面保持光纤的一端；

第1偏振面旋转部，连接所述第4偏振面保持光纤的另一端和第 5偏振面保持光纤的一端；

第2波长分离器，连接所述第5偏振面保持光纤的另一端、所述 第7偏振面保持光纤的另一端和所述第6偏振面保持光纤的一端；

所述第4偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述第1偏振面旋转部；

所述第5偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1偏振面旋转部， 另一端连接于所述第2波长分离器；和所述第7偏振面保持光纤，其一端连接于所述第1波长分离器， 另一端连接于所述第2波长分离器。

17、根据权利要求6所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路在输入了从所述第2偏振面保持光纤输出 的所述控制光后，使其向第1反射镜反射；在再次输入了由该第1反 射镜反射的控制光后，使其向所述第4偏振面保持光纤的一端反射， 并且具有：波长分离板，在输入了从所述第2偏振面保持光纤输出的所述信 号光后，使其透过后向第2反射镜输出；在再次输入了由该第2反射 镜反射的该信号光后，使其透过后向第4偏振面保持光纤的一端输出 该信号光；

偏振面旋转器，设置在从所述第2偏振面保持光纤输出的所述控 制光到达所述第4偏振面保持光纤的一端之前、该控制光通过的位置 上；

反射所述控制光的第1反射镜；

反射所述信号光的第2反射镜。

18、根据权利要求9所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路在输入了从所述第2偏振面保持光纤输出 的所述控制光后，使其向第1反射镜反射；在再次输入了由该第1反 射镜反射的控制光后，使其向所述第4偏振面保持光纤的一端反射， 并且具有：波长分离板，在输入了从所述第2偏振面保持光纤输出的所述信 号光后，使其透过后向第2反射镜输出；在再次输入了由该第2反射 镜反射的该信号光后，使其透过后向第4偏振面保持光纤的一端输出 该信号光；

偏振面旋转器，设置在从所述第2偏振面保持光纤输出的所述控 制光到达所述第4偏振面保持光纤的一端之前、该控制光通过的位置 上；

反射所述控制光的第1反射镜；

反射所述信号光的第2反射镜。

19、根据权利要求7所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出 的所述控制光后，使其向第1反射镜反射；在再次输入了由该第1反 射镜反射的控制光后，使其向所述第5偏振面保持光纤的一端反射， 并且具有：波长分离板，在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出的所述信 号光后，使其透过后向第2反射镜输出；在再次输入了由该第2反射 镜反射的该信号光后，使其透过后向第5偏振面保持光纤的一端输出 该信号光；

偏振面旋转器，设置在从所述第3偏振面保持光纤输出的所述控 制光到达所述第5偏振面保持光纤的一端之前、该控制光通过的位置 上；

反射所述控制光的第1反射镜；

反射所述信号光的第2反射镜。

20、根据权利要求10、11、12中任意一个所述的光开关，其特 征在于：所述波长分离合成电路在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出 的所述控制光后，使其向第1反射镜反射；在再次输入了由该第1反 射镜反射的控制光后，使其向所述第5偏振面保持光纤的一端反射， 并且具有：波长分离板，在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出的所述信 号光后，使其透过后向第2反射镜输出；在再次输入了由该第2反射 镜反射的该信号光后，使其透过后向第5偏振面保持光纤的一端输出 该信号光；

偏振面旋转器，设置在从所述第3偏振面保持光纤输出的所述控 制光到达所述第5偏振面保持光纤的一端之前、该控制光通过的位置 上；

反射所述控制光的第1反射镜；

反射所述信号光的第2反射镜。

21、根据权利要求13所述的光开关，其特征在于：所述波长分离合成电路在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出 的所述控制光后，使其向第1反射镜反射；在再次输入了由该第1反 射镜反射的控制光后，使其向所述第6偏振面保持光纤的一端反射， 并且具有：波长分离板，在输入了从所述第3偏振面保持光纤输出的所述信 号光后，使其透过后向第2反射镜输出；在再次输入了由该第2反射 镜反射的该信号光后，使其透过后向第6偏振面保持光纤的一端输出 该信号光；

偏振面旋转器，设置在从所述第3偏振面保持光纤输出的所述控 制光到达所述第6偏振面保持光纤的一端之前、该控制光通过的位置 上；

反射所述控制光的第1反射镜；

反射所述信号光的第2反射镜。

22、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：经输出用光纤，将光带通滤波器连接于所述光分波合成器的第4 端口。

23、根据权利要求1～4中任意一个所述的光开关，其特征在于：经输入用光纤，将光循环器连接于所述光分波合成器的第1端口。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于长距离、大容量光纤通信等中的、由控制光 来开关被控制光的光开关。

背景技术

为了有效地利用有限的通信线路资源，实现大容量光纤通信，必 须有增加可用于收发的信道数、并使通信速度高速化的手段。
在光纤通信中，通过使对使光脉冲按有规律的一定时间间隔排列 的光脉冲序列进行调制后得到的二进制数字光脉冲信号在作为传输线 路的光纤中传播来进行通信。所谓有规律的一定时间间隔是与相当于 传输密度频率的频率的倒数相对应的时间间隔。下面也将传输密度频 率称为位速率。
作为上述增加信道数的手段，人们对时分多路复用通信(TDM： Time Division Multiplexing)等多路复用通信方法。TDM是一种采用 如下方法的通信方法，即：对多个信道进行时间多路复用后作为时分 多路信号来发送，在接收侧根据由时钟信号生成的选通信号，从时分 多址信号中分离各信道，从而分别取出并接收各信道的信息。
为了使上述TDM等的通信速度高速化，希望全部用光学部件来 实现多路复用分离手段。即，希望实现不经电子部件、仅通过光控制 信号就可执行开关动作的光开关。
在光纤中显现的光卡尔效应是因高强度的光在光纤中传播，而使 光纤的折射率发生变化的非线性光学效应。光卡尔效应的响应速度为 数飞(fs)秒。即，只要利用光卡尔效应来构成光开关，就有可能实 现可实现数百Gbit/s以上的开关动作的光开关。顺便提及，在暂时将 光脉冲信号转换成作为电信号的电脉冲信号，并用电子装置对该电脉 冲信号进行开关之后再回到光脉冲等的现有开关中，开关40Gbit/s左 右的位速率的光脉冲信号是极限。
在光纤中传输的光脉冲信号在光纤传输线路中传播期间会发生 其能量产生损失的、所谓传播损失。传输距离越长，该传播损失越大。 另外，由于光纤具有的波长色散，会引起光脉冲信号的信噪比(S/N： Signal to Noise Ratio)降低、或光脉冲信号的波形变形，从而会产生 所谓的光脉冲信号的波形劣化。下面，将受到能量损失并产生波形劣 化的光脉冲信号称为品质劣化的光脉冲信号。
因此，在光通信装置中，为了增长传输距离，必须有用于对品质 劣化的光脉冲信号进行识别再现处理并再次生成光脉冲信号的光中继 器。在光中继器中，执行如下步骤：首先，从因在光纤传输线路中长 距离传播而产生波形劣化的光脉冲信号中抽取并再现对应其位速率的 频率的光时钟信号。该步骤被称为时刻再现(时刻再现：Re-Timing)。 接着，根据该光时钟信号，对光脉冲信号进行波形整形(整形： Re-Shaping)并再现(再现：Re-Generating)。
尤其是，将不是暂时变换成电信号来执行上述三个功能 (Re-Timing、Re-Shaping及Re-Generating)，而是可全部在光状 态下直接执行的功能称为光3R功能，并且将具有该功能的再现中继 器称为光3R再现中继器。即，光3R再现中继器具有如下功能：不将 具有与从传输端传输时刻的光脉冲信号相同波形、相同强度的光脉冲 信号转换成电信号，而通过光信号处理再现后，对光脉冲信号进行中 继。下面，也将光3R再现中继器称为光信号再现装置。
在光3R再现中继器中，从光脉冲信号中抽取光时钟，使用光门 电路执行光脉冲信号和光时钟的AND处理(选通)，从而再现光脉 冲信号。即，利用从光门中仅输出构成光脉冲信号和光时钟的各光脉 冲中、同时在光门内重合并存在的光脉冲的能量分量的效应，修正光 脉冲信号的光脉冲波形的变形，再现光脉冲信号。
这样，光3R再现中继器具有如下特征：使用基于全光学元件的 光信号处理技术，与以光的高速来进行将光脉冲信号暂时转换成电脉 冲信号来执行信号的再现中继的现有技术相同的信号处理。
现有技术中具有使用非线性光环路反射镜(NOLM：Non-linear Optical loop Mirror)构成光3R再现中继器的例子(例如，参照非专 利文献1)。NOLM具有光分波合成器、光耦合器及光纤环路。归纳 该NOLM的基本动作如下。
作为开关对象的信号光由光分波合成器将其光强均等地分成两 部分。被分成两部分的信号光各自在光纤环路内沿顺时针(也称为CW 方向)及逆时针方向(也称为CCW方向)传播，再输入光分波合成 器中使两者结合。
这时，若未从光耦合器输入控制光，则在光分波合成器中，以相 同相位使在光纤环路内沿顺时针传播的信号光和沿逆时针传播的信号 光合波。结果是，输入到NOLM的信号光被输出到与向光分波合成 器输入时的输入输出端相同的输入输出端。输出到该输入输出端的信 号光也称为环路反射光。
另一方面，若从光耦合器输入控制光，则在光纤环路内显现光卡 尔效应，折射率发生变化。因此，被分成两部分的信号光各自在光纤 环路内沿顺时针及逆时针传播、再输入到光分波合成器、两者相结合 时，两者的相位发生偏移。若调整光纤环路的长度或控制光的强度， 以使该相位偏移量为π，则输入到NOLM的信号光被输出到与向光分 波合成器输入时的输入输出端相对的另一输入输出端。将该输出到另 一输入输出端的信号光也称为环路透过光。
如上述说明，利用控制光可以实现以下开关动作：将作为被控制 光的信号光输出到与向光分波合成器输入时的输入输出端相同的输入 输出端，或输出到与向光分波合成器输入时的输入输出端相对的另一 输入输出端。
另外，在NOLM中，为了利用光分波合成器使在光纤环路中沿 顺时针传播的信号光和沿逆时针传播的信号光进行合波或干涉，必须 使该两者的偏光方向一致。作为为此目的的方法，研究使用偏振面保 持光纤构成上述光纤环路的方法(例如参照非专利文献2)。
非专利文献1：“ALL-OPTICAL REGENERATION”J.C.Simon et al.，ECOC′98 September 1998，pp.467-469
非专利文献2：“Ultrafast polarisation-independent all-optical switching using a polarisation diversity scheme in the nonlinear optical loop mirror”，K.Uchiyama，H.Takara，S.Kawanishi，T.Morioka and M.Saruwatari，Electronics Letters，vol.28，NO.20， pp.1864-1866，1992.

发明内容

在构成光开关的光纤环路内产生的光卡尔效应取决于控制光和 信号光两者的偏光状态。即，信号光和控制光在光纤环路内并行传输 时，两者是直线偏振光，并且在其偏振面互相平行时，由光卡尔效应 导致的折射率变化的大小最大。另一方面，在信号光与控制光的偏振 面正交时，由光卡尔效应导致的折射率变化的大小最小。
在利用由光卡尔效应导致折射率变化这一现象的光开关中，折射 率的变化量取决于信号光与控制光相互的偏光方向的关系这一点导致 开关动作的不稳定。因此，必须在光开关的结构中制作不取决于被输 入光纤环路的信号光或控制光的偏光状态、可始终实现稳定的开关动 作的机构。这里，所谓稳定的开关动作，是指保证在将构成控制光的 光脉冲输入到光纤环路中时，信号光必定作为环路透过光从光开关输 出，并且，在不输入构成控制光的光脉冲时，信号光必定作为环路反 射光从光开关输出。如果未实现稳定的开关动作，则不能作为光开关 用于光3R再现中继器等中。
在用于光3R再现中继器的光开关中，对应上述信号光的是从输 入到该光3R再现中继器中的时间多路复用光脉冲信号中抽取的光时 钟信号。该光时钟信号例如从模式锁定半导体激光器等中输出。因此， 光时钟信号除了可以是直线偏振光之外，必要时，还可将其偏振面方 向固定设定在任意方向上。
另一方面，在用于光3R再现中继器的光开关中，对应上述控制 光的是作为输入该光3R再现中继器的时分多路复用信号的光脉冲信 号，或是由光放大器或波长滤波器对该光脉冲信号进行来放大·加工后 得到的光脉冲信号。输入光3R再现中继器的光脉冲信号是在作为长 距离(数十km左右)传输线路的光纤中传播的光脉冲信号。广泛用 于光通信等中的光纤传输线路由不具有保持在其中传播的光脉冲信号 的偏光状态的能力的光纤构成。因此，除非设置特别的部件，否则不 能实现使其偏光状态保持在恒定状态不变地在该传输线路中传输光脉 冲信号。
因此，用于光3R再现中继器的光开关必须具有开关动作不取决 于输入的光脉冲信号的偏光状态的变动的特性。在现有的使用NOLM 的光开关中，输入的光脉冲信号的偏光状态的变动影响其开关动作， 从而不能保障稳定的开关动作。
因此，本发明的目的在于提供一种光开关，即便作为输入的控制 光的光脉冲信号的偏光状态发生变动，也不影响开关动作，从而可实 现稳定的开关动作。即，本发明的目的在于提供一种为了用于光3R 再现中继器等中而可实现十分稳定的动作的光开关。
该光开关是利用控制光来开关被控制光的光开关，所以在下面的 说明中，为了方便，相对于控制光，将被控制光称为信号光来加以区 别。
为实现上述目的，本发明的光开关的特征在于，除了具有由光非 线性介质形成的环路状光波导环路、和构成将控制光输入光波导环路 的相位控制部件的控制光输入部件之外，还具有波长分离合成电路和 相位偏置电路。
光波导环路使信号光分支，并且使其在由光非线性介质形成的环 状光通路中互相沿相反方向传播后再合波。在光波导环路的中途位置， 配置用于控制在光波导环路中传播的信号光的相位的相位控制部件。 该相位控制部件具有向构成光波导环路的光非线性介质输入用于使该 光非线性介质的折射率发生变化的控制光的控制光输入部件。
即，作为本发明光开关的构成要素的光波导环路由从光分波合成 器到控制光输入部件的光通路、从控制光输入部件到波长分离合成电 路的光通路、和从波长分离合成电路返回到光分波合成器的光通路形 成。作为被控制光的信号光被输入光波导环路后被分支，并且在光波 导环路中互相沿相反方向传播，然后再在分支的位置上合波。
另外，相位偏置电路配置于上述光波导环路的中途位置，执行除 去附加在信号光上的相位偏置分量的动作。
在本发明的光开关中，可利用控制光来控制在光波导环路中传播 的信号光的相位，从而实现由控制光实现开关信号光的功能。波长分 离合成电路起到的作用是，使控制光的正交两方向上的各个偏光分量 分别引起的、对信号光的相位控制量的影响程度均等。而且，该波长 分离合成电路构成为具有波长分离器、偏振面旋转部、合波器和连接 这些部件的光通路。该光通路可用光纤来形成。
另外，形成上述光波导环路的、作为光非线性介质的光通路也可 用光纤来形成。详情后述，但光纤具有显现随着传播光的强度变化、 折射率变化的光非线性效应的性质，可用作构成光波导环路的光非线 性介质。
另外，将输入到上述光波导环路的、作为被控制光的信号光分支 成第1信号光和第2信号光，两者在光波导环路中互相沿相反方向传 播后，再使第1信号和第2信号合波，这可以利用光分波合成器来实 现。
根据本发明的光开关，由于具有由光非线性介质形成的环状的光 波导环路、向光波导环路输入控制光的控制光输入部件和波长分离合 成电路，所以可利用控制光控制在光波导环路中传播的信号光的相位， 从而可实现由控制光来开关信号光的功能。
将作为被控制光的直线偏振信号光输入光分波合成器的信号光 输入端口，使其分支成第1信号光和第2信号光，并使上述第1信号 光和第2信号光在光波导环路中互相沿相反方向传播，再由该光分波 合成器使第1信号光和第2信号光合波。
控制光经由在光波导环路的中途位置设置的相位控制部件的控 制光输入部件输入到光波导环路中。利用输入到光波导环路中的控制 光，在构成光波导环路的光通路的光纤中显现作为光非线性效应的光 卡尔效应，从而使对在该光纤中传播的第1信号光的折射率发生变化。
即，第1及第2信号光互相沿相反方向在构成光波导环路的光通 路的光纤中传播之后，在由光分波合成器进行合波时，若对应控制光 的强度调整该光纤的长度，使第1信号光与第2信号光的相位差为π， 则输入光分波合成器的信号光输入端口的信号光只有在从控制光输入 部件向光纤输入控制光时，在与光分波合成器的信号光输入端口成对 的输出端口上，作为环路透过光向外部输出调制信号光。另一方面， 在未输入控制光时，信号光作为环路反射光被反射到光分波合成器的 信号光输入端口。
这里，若输入到光波导环路中的信号光的偏光方向确定在恒定方 向上不变，则光开关如上述动作。即，若输入到光波导环路的信号光 的偏光方向确定不变，则在由光分波合成器对第1及第2信号光进行 合波时，可对应控制光的强度来确定该光纤的长度，以使第1信号光 和第2信号光的相位差为π。当然，这样决定的光纤长度的最佳值取 决于输入光波导环路的信号光的偏光方向。
但是，如上所述，光通信中使用的光纤传输网由不具有将传输网 传输的光的偏光面方向保持在恒定方向的功能的光纤构成，所以难以 进行控制以使在该光纤中传输的光(在本发明中相当于控制光的光) 的偏光面方向维持在恒定方向上。
因此，在本发明的光纤中，为了实现不取决于输入到光波导环路 中的控制光的偏光方向的开关动作，在光波导环路的中途位置，除了 具有相位控制部件之外，还具有波长分离合成电路。波长分离合成电 路起到的作用是，使控制光的正交两方向上的各个偏光分量分别引起 的、对信号光的相位控制量的影响程度均等。详情后述，但上述波长 分离合成电路实现的功能归纳如下实现。
如上所述，光波导环路由从光分波合成器到控制光输入部件的光 通路、从控制光输入部件到波长分离合成器的光通路和从波长分离合 成电路返回到光分波合成器的光通路形成。在从控制光输入部件到波 长分离合成电路的光通路中，影响第1信号光相位调制的控制光的分 量是与第1信号光的偏振面方向平行的分量。
因此，在从波长分离合成电路返回到光分波合成器的光通路中， 构成为使控制光的偏振面旋转90°后，使其与第1信号光相互作用。 即，进行使控制光的偏振面方向旋转90°动作的是波长分离合成电路。
于是，在从控制光输入部件到波长分离合成电路的光通路中，与 第1信号光相互作用的控制光分量的剩余分量在从波长分离合成电路 返回到光分波合成器的光通路中与第1信号光相互作用。即，从控制 光输入部件到波长分离合成电路的光通路中，与第1信号光相互作用 的控制光分量通过波长分离合成电路使其偏振面旋转90°，所以在从 波长分离合成电路返回到光分波合成器的光通路中，不与第1信号光 相互作用。相反，在从控制光输入部件到波长分离合成电路的光通路 中，未与第1信号光相互作用的控制光分量也通过波长分离合成电路 使其偏振面旋转90°，所以在从波长分离合成电路返回到光分波合成 器的光通路中，与第1信号光相互作用。
如上所述，在从控制光输入部件到波长分离合成电路的光通路中 作为第1信号光与控制光相互作用效应的第1信号光的相位控制量、 与在从波长分离合成电路返回到光分波合成器的光通路中作为第1信 号光与控制光相互作用效应的第1信号光的相位控制量之和，在从控 制光输入部件输入到光波导环路的时刻，不取决于控制光的偏振面方 向。
即，利用波长分离合成电路实现经控制光输入部件输入到光波导 环路中的控制光的正交两方向的各偏光分量分别引起的、对信号光的 相位控制量的影响程度均等。因此，根据本发明的光开关，即便在从 控制光输入部件输入到光波导环路的时刻，控制光的偏振面方向发生 变化，也不影响开关动作，从而可实现稳定的开关动作。
另外，上述的设定条件内容是：关于由控制光控制的信号光的相 位偏移量，在只要仅考虑与信号光沿相同方向(CW方向)并行传输 的控制光的、与信号光的偏振方向平行的分量的影响即可的情况下， 即便在从控制光输入部件输入到光波导环路中的时刻，控制光的偏振 面方向发生变化，也可保证稳定的开关动作。另外，所谓仅考虑与信 号光的偏振方向平行的分量的影响即可的情况，是指位速率非常低的 情况，或光脉冲的占空比非常小的情况。
可是，在控制光脉冲的占空比(用位速率的倒数去除控制光脉冲 的脉冲宽度得到的值)大时，有时不可忽视在沿与控制光相反的方向 (CCW方向)前进的信号光(第2信号光)上附加的相位偏置分量 的、与控制光的偏振方向平行的分量的影响(下面也称为“相位偏置分 量”)。
在控制光脉冲的占空比大的情况下，详情后述，但也可通过在光 波导环路的中途位置配置相位偏置电路，来除去上述相位偏置分量。 由此，在控制光脉冲的占空比大时，也可构成不取决于控制光的偏光 状态、可实现稳定动作的光开关。

附图说明

图1是第1实施方式的光开关的结构示意图。
图2是第1相位偏置电路的结构示意图。
图3是第2相位偏置电路的结构示意图。
图4是第3相位偏置电路的结构示意图。
图5是用于说明波长分离器的动作的图。
图6是用于说明第1实施方式的光开关的动作的图。
图7是模式地表示信号光脉冲与控制光脉冲的时间位置关系的 图。
图8是第2实施方式的光开关的结构示意图。
图9是用于说明第2实施方式的光开关的动作的图。
图10是第3实施方式的光开关的结构示意图。
图11是第4实施方式的光开关的结构示意图。
图12是第6实施方式的光开关的结构示意图。
图13是用于说明第7实施方式的光开关的动作的图。
图14是用于说明第8实施方式的光开关的动作的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。另外，各图用于图示 本发明的一个结构示例，只是在可理解本发明的程度上概略地表示各 构成要素的配置关系等，而不将本发明限定于图示例子。另外，在下 面的说明中，虽然使用特定的设备及条件等，但这些材料及条件不过 是最佳示例之一，因而不限定于此。另外，在各图中对相同的构成要 素附加相同的符号，并省略重复说明。
<第1实施方式>
(结构)
参照图1来说明作为本发明第1实施方式的第1光开关的结构。 第1光开关除了具有由光非线性介质形成的环状的光波导环路101和 向光波导环路101输入控制光的相位控制部件110的控制光输入部件 20之外，还具有波长分离合成电路121和相位偏置电路500。
光波导环路101由以下部分形成：由从光分波合成器10到控制 光输入部件20的第1偏振面保持光纤12形成的光通路(下面称为“通 路L1”)；由从控制光输入部件20到波长分离合成电路121的第2偏 振面保持光纤14形成的光通路(下面称为“通路L2”)；和由从波长 分离合成电路121返回到光分波合成器10的第4偏振面保持光纤18 形成的光通路(下面称为“通路L4”)。
构成第1光开关的光纤最好利用偏振面保持光纤，以使控制光及 作为被控制光的信号光的偏光面不会在沿该光纤的传播中不规则地变 动。作为偏振面保持光纤，以PANDA(PANDA： Polarization-maintaining AND Absorption-reducing)型光纤为代表。 该光纤在芯线附近形成应力施加部，通过对芯线施加强的应力，而得 到偏振保持特性。
PANDA型光纤在包围对光进行导波的芯线的包层上，以夹住芯 线的形状形成应力施加部。例如，包层由SiO2形成，芯线由掺杂了 GeO2的SiO2形成，应力施加部由掺杂了B2O3的SiO2形成。通过这 样地形成，在相对PANDA型光纤的光的传播方向垂直的面内设定的 滞相(slow)轴方向和与slow轴正交的进相(fast)轴方向上，对沿 芯线被导波的光的有效折射率不同。即，由于在芯线附近设置具有比 包层折射率高的折射率的应力施加部，所以对光的电场向量的振动方 向平行于slow轴方向的光的有效折射率，比对光的电场向量的振动方 向平行于fast轴方向的光的有效折射率高。由于存在这样的有效折射 率的非对称性，输入到PANDA型光纤中的光的偏光面被保持并传播。
即，在PANDA型光纤中，若使直线偏振光的偏振面与slow轴 (或fast轴)一致地输入，则可保持偏振状态不变地在PANDA型光 纤中传播，并且在射出端也可仅得到偏振面与slow轴(或fast轴)一 致的直线偏振光。
光分波合成器10可利用定向光耦合器。尤其是为了构成本发明 的光纤，最好利用可使光的偏振面确定在恒定方向上不变地切换光通 路的定向光耦合器。作为保持这样的偏振面的定向光耦合器，有人开 发出偏振面保持光耦合器(例如参照フジクラ技法：第102号2002 年4月)。在使2根PANDA型光纤的slow轴(或fast轴)彼此精密 地配合并平行地排列的基础上，通过熔融延伸来制作该偏振面保持光 耦合器。在可以确认得到了作为期望的定向光耦合器的特性(光强的 分支比为1比1等)的时刻，结束延伸，并固定在用于加固的基板上 完成。
在光波导环路101的中途位置配置有用于控制沿光波导环路传播 的信号光的相位的相位控制部件110。该相位控制部件110在构成光 波导环路的、由作为光非线性介质的第2偏振面保持光纤14构成的通 路L2上，具有用于输入控制光的控制光输入部件20。
另外，作为控制光输入部件20，也利用保持偏振面的定向光耦合 器。下面，也将可用作控制光输入部件20的定向耦合器等称为光耦合 器。当然，在可用作控制光输入部件20的元件中，不限于定向光耦合 器，存在各种元件，但利用哪种元件是属于设计事项的事项。
波长分离合成电路121具有波长分离器30、偏振面旋转部60、 合波器40和构成连接这些部件的光通路的偏振面保持光纤。
下面，具体地说明第1光纤的结构。光分波合成器10通过如下 分配定向耦合器的4个输入输出端口来进行利用。第1端口10-1连接 输入用光纤144的一端，输入信号光。第2端口10-2连接第1偏振面 保持光纤12的一端，第3端口10-3连接第4偏振面保持光纤18的另 一端。第4端口10-4连接输出用光纤146的一端，输出由控制光控制、 作为环路透过光被开关的、作为信号光分量的调制信号光。
从光分波合成器10的第1端口10-1输入的信号光其光强被1比 1地分支，分别在第2端口10-2和第3端口10-3输出第1信号光和第 2信号光。即，第1信号光的光强和第2信号光的光强相等。
构成通路L1的第1偏振面保持光纤12将一端连接在光分波合成 器10的第2端口10-2上，将另一端连接在作为控制光输入部件20的 光耦合器上。下面，也将作为控制光输入部件20的光耦合器表述为光 耦合器20。构成通路L2的第2偏振面保持光纤14将一端连接在光耦 合器20上，将另一端连接在作为构成波长分离合成电路121的一构成 要素的波长分离器30的第1端口30-1上。构成通路L4的第4偏振面 保持光纤18将一端连接在作为构成波长分离合成电路121的一构成要 素的合波器40上，将另一端连接在光分波合成器10的第3端口10-3 上。
波长分离合成电路121具有波长分离器30、偏振面旋转部60和 合波器40。波长分离器30连接第2偏振面保持光纤14的另一端、第 3偏振面保持光纤16的一端和第5偏振面保持光纤22的一端。偏振 面旋转部60连接第5偏振面保持光纤22的另一端和第6偏振面保持 光纤24的一端。合波器40连接第3偏振面保持光纤16的另一端、第 6偏振面保持光纤24的另一端和第4偏振面保持光纤18的一端。即， 第3偏振面保持光纤16将一端连接在波长分离器30的第2端口30-2 上，将另一端连接在合波器40的第1端口40-1上；第5偏振面保持 光纤22将一端连接在波长分离器30的第3端口30-3上，将另一端连 接在偏振面旋转部60上；第6偏振面保持光纤24将一端连接在偏振 面旋转部60上，将另一端连接在合波器40的第2端口40-2上。
即，波长分离合成电路121相对由通路L1、L2及L4构成的光 波导环路101，形成从属光波导环路。形成该从属光波导环路的光通 路由连接波长分离器30和合波器40的第3偏振面保持光纤16(下面 也称为“通路L3”)、连接波长分离器30和偏振面旋转部60的第5偏 振面保持光纤22(下面也称为“通路L5”)及连接偏振面旋转部60和 合波器40的第6偏振面保持光纤24(下面也称为“通路L6”)形成。
在通路L3、通路L5及通路L6之间设定各自的光路长，以使信 号光通过通路L3所需的时间与控制光通过通路L5、偏振面旋转部60 及通路L6所需的时间相等。
相位偏置电路500选择构成对信号光进行导波的光波导环路的通 路L1～通路L4中的任意一个通路，并设置在该通路内(通路的中途 位置)。在图1中，表示在通路L4中设置相位偏置电路500的情况。 相位偏置电路500具有：使信号光的偏振面旋转45°的第1偏振面旋 转元件、对信号光的正交偏振分量间的相位偏移进行修正的相位补偿 元件以及使信号光的偏振面旋转45°的第2偏振面旋转元件，并且按 第1偏振面旋转元件、相位补偿元件、第2偏振面旋转元件的顺序串 联地排列。下面，说明相位偏置电路500的具体结构例。作为相位偏 置电路500，由于存在多个结构例，所以为了进行区别，在以后的说 明中，记述为第1相位偏置电路501、第2相位偏置电路502及第3 相位偏置电路503。
[第1相位偏置电路]
参照图1及图2来说明第1相位偏置电路501的结构。在偏振面 保持光纤901和偏振面保持光纤905之间，按作为第1偏振面旋转元 件的第1法拉第转子902、作为相位补偿元件的巴俾涅阳光(バピネ ソレイユ)补偿板903、作为第2偏振面旋转元件的第2法拉第转子 904的顺序串联地排列。在偏振面保持光纤901和第1法拉第转子902 之间、第1法拉第转子902和巴俾涅阳光补偿板903之间、巴俾涅阳 光补偿板903和第2法拉第转子904之间、第2法拉第转子904和偏 振面保持光纤905之间，最好根据需要插入凸透镜等光学元件(未图 示)。为了在结合效率高的状态下分别使信号光及控制光输入输出到 上述第1法拉第转子902、巴俾涅阳光补偿板903、第2法拉第转子 904，在上述位置插入该凸透镜等光学元件是有效的。
在图1所示的光开关中，通过在中途位置切断构成通路4的第4 偏振面保持光纤18，形成偏振面保持光纤901及905。即，在中途位 置切断第4偏振面保持光纤18，并在其间顺序串联地排列第1法拉第 转子902、巴俾涅阳光补偿板903及第2法拉第转子904。
相位偏置电路500可以选择通路L1～通路L4中的任意一个通 路，并设置在该通路内(通路的中途位置)，所以可以在设置在通路 L1内时，在中途位置切断第1偏振面保持光纤12，在设置在通路L2 内时，在中途位置切断第2偏振面保持光纤14，在设置在通路L3内 时，在中途位置切断第3偏振面保持光纤16，然后在其间按顺序串联 地排列上述的第1法拉第转子902、巴俾涅阳光补偿板903及第2法 拉第转子904。
另外，虽然利用第1及第2法拉第转子作为第1及第2偏振面旋 转元件，但不只限于法拉第转子，只要是1/2波长板等具有使偏振面 旋转的功能的元件，就可利用。在下面说明的第2及第3相位偏置电 路中，也采纳利用第1及第2法拉第转子作为第1及第2偏振面旋转 元件的例子，但该情况也不只限于法拉第转子。
[第2相位偏置电路]
参照图1及图3说明第2相位偏置电路502的结构。在偏振面保 持光纤1001和偏振面保持光纤1005之间，按作为第1偏振面旋转元 件的第1法拉第转子1002、作为相位补偿元件的短的偏振面保持光纤 1003、作为第2偏振面旋转元件的第2法拉第转子1004的顺序串联地 排列。在偏振面保持光纤1003中安装温度控制用的热源1006。在偏 振面保持光纤1001和第1法拉第转子1002之间、第1法拉第转子1002 和短的偏振面保持光纤1003之间、短的偏振面保持光纤1003和第2 法拉第转子1004之间、第2法拉第转子1004和偏振面保持光纤1005 之间，最好根据需要插入凸透镜等光学元件(未图示)。为在结合效 率高的状态下，分别使信号光及控制光输入输出到上述的第1法拉第 转子1002、短的偏振面保持光纤1003、第2法拉第转子1004，在上 述位置插入该凸透镜等光学元件是有效的。
在图1所示的光开关中，通过在中途位置切断构成通路L4的第 4偏振面保持光纤18，形成偏振面保持光纤1001及1005。即，在中 途位置切断第4偏振面保持光纤18，在其间按顺序串联地排列第1法 拉第转子1002、短的偏振面保持光纤1003及第2法拉第转子1004。
相位偏置电路500可以选择通路L1～通路L4中的任意一个通 路，并设置在该通路内(通路的中途位置)，所以可以在设置于通路 L1内时，在中途位置切断第1偏振面保持光纤12，在设置于通路L2 内时，在中途位置切断第2偏振面保持光纤14，在设置于通路L3内 时，在中途位置切断第3偏振面保持光纤16，然后在其间顺序串联地 排列上述的第1法拉第转子1002、短的偏振面保持光纤1003及第2 法拉第转子1004。
[第3相位偏置电路]
参照图1及图4说明第3相位偏置电路503的结构。在偏振面保 持光纤1101和偏振面保持光纤1105之间，按作为第1偏振面旋转元 件的第1法拉第转子1102、作为相位补偿元件的光电元件1103、作为 第2偏振面旋转元件的第2法拉第转子1104的顺序串联地排列。在偏 振面保持光纤1101和第1法拉第转子1102之间、第1法拉第转子1102 和光电元件1103之间、光电元件1103和第2法拉第转子1104之间、 第2法拉第转子1104和偏振面保持光纤1105之间，最好根据需要插 入凸透镜等光学元件(未图示)。为了在结合效率高的状态下，分别 向上述第1法拉第转子1102、光电元件1103、第2法拉第转子1104 输入输出信号光及控制光，在上述位置插入该凸透镜等光学元件是有 效的。
在图1所示的光纤中，通过在中途位置切断构成通路L4的第4 偏振面保持光纤18，形成偏振面保持光纤1101及1105。即，在中途 位置切断第4偏振面保持光纤18，并在其间按顺序串联地排列第1法 拉第转子1102、光电元件1103及第2法拉第转子1104。
相位偏置电路500可以选择通路L1～通路L4中的任意一个通 路，并设置在该通路内(通路的中途位置)。所以可以在设置在通路 L1内时，在中途位置切断第1偏振面保持光纤12，在设置在通路L2 内时，在中途位置切断第2偏振面保持光纤14，在设置在通路L3内 时，在中途位置切断第3偏振面保持光纤16，然后在其间按顺序串联 地排列上述第1法拉第转子1102、光电元件1103及第2法拉第转子 1104。
作为光电元件1103的一个例子，可以使用具有如下结构的元件： 通过在c轴切割LiNbO3(铌酸锂)结晶的c+面及c-面上构成电极， 并在c+面及c-面之间施加电压来显现光电效应，从而使c轴方向的折 射率发生变化。即，只要沿与如上形成的光电元件1103的c轴正交的 方向输入信号光及控制光，并在使用LiNbO3的光电元件1103的c+ 面及c-面之间由直流电源1106施加电压，就可控制输入信号光的相互 正交的偏光分量或控制光的相互正交的偏光分量之间的相位差。
作为光电元件1103，不只限于上述使用LiNbO3的光电元件，还 可以通过利用在LiNbO3或LiTaO3等强电介质光学结晶中实施Ti热 扩散的方法构成光波导，来形成具有与上述波导型光电元件相同功能 的光电元件。
无论如何，利用哪种结构的光电元件，属于应在考虑到光开关的 用途等后来决定的设计事项。
(动作)
参照图1来说明第1光开关的动作原理。根据本发明的第1光开 关，由于具有以光非线性介质形成光形的环状光波导环路101、向光 波导环路101输入控制光的相位控制部件110的控制光输入部件20 和波长分离合成电路121，所以可通过控制光控制沿光波导环路101 传播的信号光的相位，并且可实现由控制光来开关作为被控制光的信 号光的功能。
将作为被控制光的直线偏光信号光输入到作为光分波合成器10 的信号光输入端口的第1端口10-1，分支成第1信号光和第2信号光， 分别沿CW方向和CCW方向传播，再用该光分波合成器10对第1 信号光和第2信号光进行合波。即，将信号光输入到第1端10后， 从第2端口10-2输出第1信号光，从第3端口10-3输出第2信号光， 分别沿CW方向和CCW方向传播，然后将第1信号光输入第3端口 10-3，将第2信号光输入第2端口10-2，在光分波合成器10中对第1 信号光和第2信号光进行合波。
控制光通过设置在光波导环路101中途位置的光耦合器20输入 光波导环路101。通过输入到光波导环路101的控制光，在构成光波 导环路101的光通路的第2偏振面保持光纤14和第4偏振面保持光纤 18中，显现出作为光非线性效应的光卡尔效应，并且对沿该第2偏振 面保持光纤14和第4偏振面保持光纤18传播的第1信号光的折射率 发生变化。
即，在第1及第2信号光各自沿CW方向和CCW方向传播后， 在利用光分波合成器10合波时，若与控制光的强度相对应地调整该第 2偏振面保持光纤14和第4偏振面保持光纤18的长度，以使第1信 号光和第2信号光的相位差为π，则向作为光分波合成器10的信号光 输入端口的第1端口10-1输入的信号光，只在从光耦合器20向第2 偏振面保持光纤14输入了控制光时，在与作为光分波合成器10的信 号光输入端口的第1端口10-1成对的输出端口、即第4端口10-4上， 向外部输出调制信号作为环路透过光。另一方面，在未输入控制光时， 信号光作为环路反射光，被反射到作为光分波合成器10的信号光输入 端口的第1端口10-1。
这里，若输入到光波导环路101中的控制光的偏光方向确定在恒 定方向上不变，则光开关如上所述发挥作用。即，由于从模式锁定半 导体激光器等输出信号光，所以可使其偏光方向确定在恒定方向上， 所以如果输入光波导环路101的控制光的偏光方向也确定不变，则在 由光分波合成器10对第1及第2信号光进行合波时，可对应控制光的 强度来确定该第2偏振面保持光纤14和第4偏振面保持光纤18的长 度，以使第1信号光和第2信号光的相位差为π。当然，这样决定的 第2偏振面保持光纤14和第4偏振面保持光纤18的长度的最佳值取 决于输入光波导环路101的信号光的偏振面和控制光的偏振面在沿光 波导环路101内传播过程中形成的角度。
但是，通常难以将输入光波导环路101的控制光的偏光方向确定 在恒定方向上不变。即，在光3R再现中继器中利用第1光开关时， 由于控制光是沿距发送设备侧数十km以上长度、不能保证偏振面保 持等特性的一般光纤传输线路传播的光脉冲信号，所以不能保障其偏 光面确定在恒定方向上。
因此，在第1光开关中，为了实现不取决于输入到光波导环路101 的控制光的偏光方向的开关动作，具有波长分离合成电路121，从而 即便控制光的偏光方向不确定，也能实现稳定的开关动作。波长分离 合成电路121的作用是，使控制光的正交两方向上的各偏光分量对信 号光的相位控制量的影响程度均等。
以上是对第1光开关动作的概述。下面详细地说明第1光开关的 动作。在下面的说明中，为了方便，在图1所示的光开关的结构示意 图中，规定沿光纤等光传输通路或光分波合成器等元件传播的光的偏 光方向如下。即，将光的电场向量的振动方向垂直于纸面的偏振光称 为TE(Transverse-Electric Modes)偏振波，垂直于纸面的方向称为 TE方向。另外，将光的电场向量的振动方向平行于纸面的偏振光称 为TM(Transverse-Magnetic Modes)偏振波，平行于纸面的方向称 为TM方向。
首先，说明作为构成波长分离合成电路121的一个构成要素的波 长分离器30。波长分离器30例如可利用在透明基板上使电介质多层 膜层积而形成的电介质多层膜波长滤波器。作为在市场上出售的电介 质多层膜波长滤波器，可利用光伸光学工业公司制造的商品名为 T-MUX的商品等。
在信号光的波长为λs，控制光的波长为λp时，可以如下设计用 作波长分离器30的电介质多层膜波长滤波器的反射透过特性。即，波 长为λs的信号光透过、反射波长为λp的控制光。这种电介质多层膜 波长滤波器可根据关于电介质多层膜的反射·透过特性的、众所周知的 光学理论来设计。
参照图5来说明波长分离器30的动作。在图5中模式地描述波 长分离器30，在波长分离器30的第1端口30-1、第2端口30-2及第 3端口30-3各自的端口上，以波长为横轴，模式地描述输入输出光的 波长特性。
将波长λs的信号光和波长λp的控制光输入波长分离器30的第 1端口30-1。若未从控制光输入部件20输入控制光，则从波长分离器 30的第1端口30-1输入的光仅是波长λs的信号光，但若输入控制光， 则变成波长λs的信号光和波长λp的控制光相混合的光。
由于波长分离器30使波长为λs的信号光透过、并反射波长为λp 的控制光，所以若将波长λs的信号光和波长λp的控制光输入波长分 离器30的第1端口30-1，则从第2端口30-2仅输出所透过的、波长 λs的信号光，从第3端口30-3仅输出所反射的、波长为λp的控制光。 另外，若将波长λs的信号光输入波长分离器30的第3端口30-3，则 波长分离器30使波长为λs的信号光透过，但如后所述，由于未设置 该透过光的耦合端口，所以不能从波长分离器30的任何端口输出。
作为构成波长分离合成电路121的另一构成要素的偏振面旋转部 60可利用法拉第转子。即，调整利用法拉第转子，以便在输入直线偏 振光后，使该直线偏振光的偏振面旋转90°后输出。另外，偏振面旋 转部60不限于法拉第转子，还可利用1/2波长板。总之，只要偏振面 旋转部60是具有在输入直线偏振光后使该直线偏振光的偏振面旋转 90°后输出的功能的元件，就可利用，并且利用哪个元件属于设计事项。
作为构成通路L2及通路L4的偏振面保持光纤，最好是利用可 高效率地显现光卡尔效应的偏振面保持光纤。这基于下述理由。即， 上述开关中必需的相位偏移量φ由下式(1)给出。
φ＝2γPL         (1)
这里，P(W)为控制光的功率，L(km)为构成光纤环路的偏 振面保持光纤的长度。γ(W-1km-1)是基于光卡尔效应的非线性光学 常数。因此，非线性光学常数γ(W-1km-1)越大，越可缩短构成通路 L2及通路L4的偏振面保持光纤的长度(相当于上式(1)的L(km))。 即，可更紧凑地构成第1光开关。
为高效率地显现光卡尔效应，所采取的措施是，在光纤芯线中高 浓度掺杂GeO2，来增大基于光卡尔效应的非线性光学常数γ (W-1km-1)，或减小作为光纤的波导模截面积的模场直径(MFD： Mode Field Diameter)，从而增大光纤内的光能量密度。例如，MFD 为8μm的一般光纤γ＝1～2km-1W-1，而市场上也出售MFD为3.6μm、 大一位的γ＝20km-1W-1的光纤。
另外，还开发出被称为波利光纤(Holey fiber)的、在包层上形 成空洞的光纤，或称为光子频带间隙光纤的、光非线性高的光纤。将 来，当然可以设想在偏振面保持光纤上也采取上述措施，开发具有偏 振面保持性质的同时还具有高的光非线性的光纤。
下面，将设法使光卡尔效应高效率显现的光纤称为非线性光纤。
参照图6来详细地说明第1光开关的动作。图6为说明作为本发 明第1实施方式的第1光开关的动作，模式地描述沿通路L2～通路 L6传播的信号光及控制光的传播方式。另外，为了容易看清，在图6 中，直线地抽象化描述通路L2至通路L6。
说明在连接有形成通路L2的第2偏振面保持光纤14的一端的控 制光输入部件20的输出端上，将信号光作为TE偏振波输入第2偏振 面保持光纤14中的情况。当然，也可将信号光作为TM波输入到第2 偏振面保持光纤14中，来使光纤动作，但由于属于相同的说明，所以 省略该说明。
另一方面，由于控制光的偏振面的方向是任意方向，所以设控制 光的TE方向的分量为S分量(设S分量的强度为PE。)，设TM方 向的分量为P分量(设P分量的强度为PM。)。即，控制光的强度P 为PE+PM，并且该值P由另外设置在第1光开关外部的光放大器等 控制在恒定大小上，然后输入到该第1光开关的控制光输入部件20 中。另外，在沿构成通路L2的第2偏振面保持光纤14传播的过程中， 保持控制光的强度P及偏光状态(作为直线偏振光的偏振面的方向)。
构成信号光的信号光脉冲和构成上述控制光的控制光脉冲在构 成通路L2的第2偏振面保持光纤14中并行传输，由于由控制光脉冲 显现的光卡尔效应的相互相位调制效应而在信号光脉冲上产生的相位 偏移量φL2由下式(1′)给出。但是，与信号光脉冲的偏振面正交的控 制光脉冲的P分量不产生影响，并且控制光脉冲在其波形不变化的状 态下在第2偏振面保持光纤14中传播。另外，基于因第2偏振面保持 光纤14的群速度色散而产生的、信号光脉冲与控制光脉冲的传播速度 的差异，信号光脉冲与控制光脉冲在并行传输过程中，两者不产生位 置偏移(也称为离开(walk off))。
φL2＝2γPEl2           (1′)
这里，l2是构成通路L2的第2偏振面保持光纤14的长度。
信号光脉冲和控制光脉冲到达第2偏振面保持光纤14的另一端， 并且两者被输入波长分离器30的第1端口30-1。如上所述，信号光 脉冲从第2端口30-2输出，在构成通路L3的第3偏振面保持光纤16 中传播，并在输入到合波器40的第1端口40-1后输出到第3端口40-3， 然后输入到构成通路L4的第4偏振面保持光纤18中。
另一方面，控制光脉冲从波长分离器30的第3端口30-3输出， 输入构成通路L5的第5偏振面保持光纤22，在第5偏振面保持光纤 22中传播，在通过偏振面旋转部60后，在构成通路L6的第6偏振面 保持光纤24中传播，然后从合波器40的第2端口40-2输入合波器 40。然后，从合波器40的第3端口40-3输出，输入到第4偏振面保 持光纤18中。
控制光脉冲通过偏振面旋转部60后，由于其偏振方向被旋转 90°，所以控制光脉冲在第5偏振面保持光纤22中传播时的P分量及 S分量在第6偏振面保持光纤24中传播时分别变成S分量及P分量。 因此，在合波器40中对合波信号光脉冲和控制光脉冲进行合波后，输 入第4偏振面保持光纤18中，然后两种光脉冲在第4偏振面保持光纤 18中并行传输时，相对于在构成通路L2的第2偏振面保持光纤14中 并行传输时与信号光脉冲的偏振方向(P方向)平行的控制光分量是 其强度为PM的P分量，由于其偏振方向被旋转90°，所以与信号光脉 冲的偏振方向(P方向)平行的控制光分量变成其强度为PE的P分量。
即，相对于在构成通路L2的第2偏振面保持光纤14中并行传输 时控制光脉冲的P分量的强度为PM，由于在构成通路L4的第4偏振 面保持光纤18中并行传输时偏振面被旋转90°，所以其强度不变，仍 为PM，变成S分量。另一方面，相对于在构成通路L2的第2偏振面 保持光纤14中并行传输时控制光脉冲的S分量的强度为PE，由于在 构成通路L4的第4偏振面保持光纤18中并行传输时偏振面被旋转 90°，所以其强度不变，仍为PE，变成P分量。
下面，说明在构成通路L4的第4偏振面保持光纤18中，构成信 号光的信号光脉冲和构成上述控制光的控制光脉冲并行传输，由于由 控制光脉冲显现的光卡尔效应导致的相互相位调制效应而在信号光脉 冲上产生的相位偏移量φL4。
在从合波器40的第2端口40-2输入的控制光脉冲中，在通路L4 中与信号光脉冲并行传输、并使信号光脉冲产生相互相位调制效应的 分量，在从第3端口40-3输出时，其强度为在通路L2中并行传输时 控制光脉冲的P分量强度PM的一半强度PM/2。其理由是基于用作合 波器40的定向光耦合器等的合分波特性，由于输入输出到合波器40 而使其强度变为一半。
在通路L4中与信号光脉冲并行传输、并使信号光脉冲产生相互 相位调制效应的控制光脉冲的分量，在通路L2中传播时为P分量， 经由波长分离器30在通路L5中作为P分量传播，并在通过偏振面旋 转部60时变换成S分量。即，由于该分量是在通路L2中作为P分量 传播的控制光脉冲的分量，所以在输入到合波器40的第2端口40-2 的时刻，其强度等于PM。
因此，在沿通路L4传播的过程中，在信号光脉冲上产生的相位 偏移量φL4由下式(2)给出。
φL4＝2γ(PM/2)l4                    (2)
这里，l4是构成通路L4的第4偏振面保持光纤18的长度。
通过在通路L2和通路L4中与控制光脉冲并行传播，在信号光 脉冲上产生的相位偏移量φtotal是根据式(1′)和式(2)给出的相位偏 移量的和，因此由下式(3)给出。
φtotal＝φL2+φL4＝2γ(PEl2+(PM/2)l4)                (3)
这里，由于通路L2及通路L4与通路L1、通路L3、通路L5及 通路L6相比足够长，所以假设可认为在信号光脉冲上产生的相位偏 移量仅在通路L2及通路L4中产生。
即，在通路L1、通路L3、通路L5及通路L6中，在信号光脉冲 上产生的相位偏移量小到可以忽视的程度。顺便说一下，因为通路L2 及通路L4为数km，而通路L1、通路L3、通路L5及通路L6为数十 cm大小，所以其长度比是1万倍，并且如上所述，相位偏移量与光路 长成正比，所以可知，在通路L1、通路L3、通路L5及通路L6中， 在信号光脉冲上产生的相位偏移量小到可以忽视的程度。
这里，如果设定通路L4的长度为通路L2长度l2的2倍，即 L＝l2＝l4/2，则上述式(3)可写为
φtotal＝2γL(PE+PM)＝2γLP        (4)
根据该式(4)可知，在信号光脉冲上产生的相位偏移量由控制 光的输入强度P(＝PE+PM)决定，不取决于PE和PM之比PE/PM。即， 意味着无论控制光的偏光状态(由PE和PM之比给出)如何，只要控 制光的输入强度恒定，则在信号光上产生的相位偏移量不变。
由此可以实现一种即便作为所输入的控制光的光脉冲信号的偏 光状态发生变动也不影响开关动作，从而可以实现稳定的开关动作的 光开关。即，可以构成一种在用于光3R再现中继器等中时，能实现 非常稳定的动作的光开关。
若站在将第1光开关作为使在光波导环路101中沿CW方向和 CCW方向传播的第1信号光和第2信号光产生干扰的干扰系统的角 度，由于相对于由通路L1、通路L2及通路L4形成的主光波导环路 101，设置有由通路L3、通路L5及通路L6形成的从属光波导环路， 所以担心是否存在由该从属光波导环路对第1光开关的开关动作引起 不稳定的因素。但是，该从属光波导环路不具有对信号光调制其相位 的效应。
即，在光波导环路101中沿CW方向传播的第1信号光不会由波 长分离器30导入该从属光波导环路中。另外，在光波导环路101中沿 CCW方向传播的第2信号光在通路L4中传播后，在如下2个通路中 传播。
其中第1通路是如下通路，即在通路L4中传播后输入合波器40 的第3端口40-3，从第1端口40-1输出后在通路L3中传播，从波长 分离器30的第2端口30-2输入波长分离器30，并从第1端口30-1输 出，然后输入通路L2。这种情况下，第2信号光虽然在通路L3中传 播，但如上所述，由于通路L3的长度非常短，所以对第2信号光的 相位的影响小到可以忽视的程度。
另外，第2通路是如下通路，即在通路L4中传播后，输入合波 器40的第3端口40-3，从第2端口40-2输出，在通路L6中传播， 在通过偏振面旋转部60后，在通路L5中传播，然后从波长分离器30 的第3端口30-3输入波长分离器30。在该第2通路中传播的第2信 号光在从波长分离器30的第3端口30-3输入波长分离器30后，既不 输出到第1端口30-1，也不输出到第2端口30-2。
由于第2信号光的波长为λs，所以透过构成波长分离器30的电 介质多层膜等元件。因此，从波长分离器30的第3端口30-3输入波 长分离器30的第2信号光应该透过构成波长分离器30的电介质多层 膜等元件。因此，不从波长分离器30的第1端口30-1输出是显而易 见的。另一方面，参照图5说明也不与相对于第3端口30-3中间夹着 电介质多层膜等元件、并位于相反一侧的第2端口30-2相耦合的理由。
在图5中，中间夹着使用电介质多层膜等元件等的波长分离器 30、在同一侧设定第1端口30-1和第3端口30-3，在与之相反的一侧 设定第2端口30-2。而且，在与从第1端口30-1输入的光线的传播方 向一致的同一直线上设置第2端口30-2。另一方面，在与从第3端口 30-3输入的光线的传播方向一致的同一直线上不设置输入输出端口。 结果是，即便将波长分离器30的透过波长为λs的第2信号光从第3 端口30-3输入波长分离器30，虽然要透过波长分离器30，但由于在 与从第3端口30-3输入的光线的传播方向一致的同一直线上未设置第 2端口30-2，所以也不与第2端30-2相耦合。
即，总之，由于该从属光波导环路对信号光不具有调制其相位的 效应，所以不会由该从属光波导环路调制信号光的相位，不防碍第1 光开关的开关动作。
如上所述，根据第1光开关，只要控制光的强度不发生变动，无 论控制光的偏光状态如何，都可确定在信号光中产生的相位偏移量。 结果是，可使用本发明的第1光开关作为可实现在光3R中继器等中 使用时所要求的、不取决于控制光偏光状态的开关动作的光开关。
在上述说明的第1光开关的动作中，涉及到因控制光脉冲引起的 光卡尔效应所产生的相互相位调制，控制光脉冲具有与信号光脉冲平 行的偏光方向，且仅考虑与信号光脉冲沿相同方向并行传播的控制光 脉冲的影响。但在实际当中，在信号光与控制光的偏振面相互正交时 也显现光卡尔效应。但是，此时，非线性光学系数比信号光和控制光 的偏振面相互平行时小。下面，设产生信号光和控制光的偏振面相互 正交时的光卡尔效应的非线性光学系数为γ′。
另外，不限于控制光脉冲与信号光脉冲沿相同方向并行传播的情 况，在信号光脉冲与控制光脉冲沿反方向传播、在光波导环路中发生 冲突时，也产生光卡尔效应。这时产生光卡尔效应的非线性光学系数 在信号光脉冲与控制光脉冲的偏振面正交时为γ′，在两者的偏光面平 行时为γ。
下面，参照图7(A)及(B)来说明必须考虑上述的信号光与控 制光的偏振面相互正交时和信号光脉冲与控制光脉冲沿反方向传播、 在光波导环路中发生冲突时显现的光卡尔效应的情况。
图7(A)及(B)是模式地表示信号光脉冲与控制光脉冲的时间 位置关系图。在图7(A)及(B)中，以直线状的圆筒形表示形成信 号光脉冲传播的光波导环路的偏振面保持型非线性光纤，并且模式地 描述沿该非线性光纤传播的信号光脉冲及控制光脉冲的传播方式。
图7(A)模式地描述信号光脉冲和控制光脉冲在偏振面保持光 纤中互相沿同一方向传播的方式。并且描述信号光脉冲与控制光脉冲 的偏光面正交的情况。
由于信号光的波长λs与控制光的波长λp之差为数nm，所以若 信号光脉冲与控制光脉冲的偏光面互相平行，则在偏振面保持型非线 性光纤中传播的相位速度几乎没有差异。但是，在信号光脉冲与控制 光脉冲的偏光面互相正交时，由于该非线性光纤具有的偏振模式色散， 在偏振面保持型非线性光纤中传播的相位速度的差异不能忽视。即， 即便是作为波长几乎相同的光的信号光脉冲和控制光脉冲，若在进行 传播的偏振面保持型非线性光纤中存在偏振模式色散，则相对该非线 性光纤的光学轴的、与传播光的偏光面的方向构成的角度使得有效折 射率不同，所以在信号光脉冲与控制光脉冲的偏光面互相正交时，两 者的相位速度之差达到不能忽视的程度。
如图7(A)所示，可知用虚线表示的信号光脉冲随着其偏光面 与信号光脉冲的偏光面正交的、用实线表示的控制光脉冲在非线性光 纤中的传播，其位置关系发生偏移。在该图中，表示控制光脉冲的相 位速度比信号光脉冲的相位速度快的情况。因此，形成控制光脉冲超 过信号光脉冲的情况。与此相反，在控制光脉冲的相位速度比信号光 的相位速度慢时，由于以下的说明同样地仍然成立，所以不重复相同 的说明。
由基于在偏振面保持光纤中产生的偏振模式色散的相位速度差 所导致的信号光脉冲相对控制光脉冲的延迟时间比控制光脉冲的位速 率的倒数大得多时，信号光脉冲扫描数个控制光脉冲。这时，针对信 号光脉冲产生的光卡尔效应所导致的相位偏移量与在控制光脉冲的时 间轴上的占有率成正比。而且，该信号光脉冲的时间波形中不反映控 制光脉冲的时间波形。因此，在以后的说明中，将针对如上述的信号 光脉冲产生的光卡尔效应所导致的相位偏移称为相位偏置，将该相位 偏移量称为相位偏置分量。
在信号光脉冲和控制光脉冲的偏光面正交的状态下，在信号光脉 冲和控制光脉冲在偏振面保持光纤中互相沿相同方向传播时，将上述 相位偏置分量附加在所有的信号光脉冲上。
若设相位偏置分量为φ⊥，则由下式(5)给出。
φ⊥＝2γ′PLd(1/M)            (5)
这里，P是控制光的强度，L是偏振面保持光纤的长度，d是用 位速率的倒数来除控制光脉冲的时间宽度得到的值，即占空比。另外， 1/M是在时间轴上存在控制光脉冲的位置和不存在的位置之比，是表 示控制光脉冲在时间轴上的每单位时间的出现比例的标记率。
另一方面，图7(B)模式地描述信号光脉冲与控制光脉冲在偏 振面保持光纤中互相沿反方向传播的方式。而且，描述了信号光脉冲 与控制光脉冲的偏振面平行的情况。这时，信号光脉冲在沿作为非线 性光纤的偏振面保持光纤中传播时与控制光脉冲多次冲突。即，偏振 面保持光纤的长度足够长、信号光脉冲在偏振面保持光纤中传播完所 需的时间比控制光脉冲的位速度的倒数大得多时，信号光脉冲与多个 控制光脉冲突。
在上述的信号光脉冲与控制光脉冲的偏光面平行、信号光脉冲与 控制光脉冲在偏振面保持光纤中互相沿反方向传播的情况下，针对信 号光纤产生的光卡尔效应所导致的相位偏移量与图7(A)所示的情况 相同，与控制光脉冲在时间轴上的占有率成正比。而且，与图7(A) 所示的情况相同，在该信号光脉冲的时间波形中，不反映控制光脉冲 的时间波形。即，针对信号光脉冲产生的光卡尔效应所导致的相位偏 移变成相位偏置。该相位偏置分量φ″由下式(6)给出。
φ″＝2γPLd(1/M)          (6)
另外，在信号光脉冲和控制光脉冲的偏光面正交的情况下，信号 光脉冲与控制光脉冲在偏振面保持光纤中互相沿反方向传播时，在式 (6)中用γ′替换γ，求出这时的相位偏置分量。
下面说明式(5)及式(6)中给出的相位偏置分量φ⊥或φ″如何 影响第1光开关的动作。
首先，信号光沿与控制光相同的方向在光波导环路中传播的情 况，即仅式(5)中给出的φ⊥影响沿CW方向传播的信号光(第1 信号光)。另一方面，信号光沿与控制光相反的方向在光波导环路中 传播的情况，即式(5)及(6)中给出的φ⊥和φ″影响沿CCW方向 传播的信号光(第2信号光)。
与信号光脉冲的偏振面正交的方向上的控制光脉冲的偏振面分 量所产生的影响，即φ⊥，无论对第1信号光还是对第2信号光都相 同，所以在第1光开关的开关动作中，φ⊥相互被抵消，可视为不存在。 即，对第1光开关的开关动作产生影响的，是对第2信号光作用的、 式(6)中给出的相位偏置分成φ″。对第2信号光作用的相位偏置分 量φ″对第1信号光产生第2信号光的相位偏移。因此，在开关动作中 本来必需的、由与第1信号光脉冲并行传输的控制光脉冲生成的第1 信号光脉冲的相位偏移上附加了上述相位偏置分量φ″。即，由于附加 了相位偏置分量φ″，产生如下障碍。即，在通过使控制光脉冲和第1 信号光脉冲在光波导环路中沿CW方向并行传输、在第1信号光脉冲 和第2信号光脉冲间产生等于π的相位差而实现的第1光开关的动作 中产生障碍。
这里，试着估计式(6)中给出的相位偏置分量φ″的大小。在标 准的光通信中，标记率1/M＝1/2、控制光脉冲的占空比d一般是0.1 左右，所以，这种情况下的相位偏置分量φ″的大小在设2γPL＝π时， φ″＝2γPLd(1/M)＝π×0.1×(1/2)＝0.05π。这里，设2γPL＝π是因为由控 制光脉冲在信号光脉冲中产生的开关所必需的相位偏移量φ由式(1) 给出，所以假设式(1)给出的φ(＝2γPL)正好为π的情况。
在标记率1/M＝1/2、控制光脉冲的占空比d设定在0.1左右的光 通信中，相位偏置分量φ″的大小小到0.05π，因此对光开关的动作没 有本质的影响。
但是，在利用进行来NRZ(Non Return to Zero)光编码的信号 光的光通信中，占空比d相当于1，所以，相对于作为由控制光脉冲 开关信号光脉冲的条件的φ(＝2γPL)＝π，相位偏置分量φ″的大小为 φ″＝2γPLd(1/M)＝π×1×(1/2)＝0.5π，达到了使第1光开关产生误动作 的水准。因此，如利用进行了NRZ光编码的信号光的光通信那样， 在占空比d为接近1左右的大小时，必须有用于除掉式(6)中给出的 相位偏置分量φ″的相位偏置电路。
[第1相位偏置电路]
参照图1及图2，说明第1相位偏置电路501的动作原理。在图 2中，用圆柱形状模式地表示构成对信号光进行导波的光波导环路的 偏振面保持光纤。为方便说明，设信号光或控制光的传播方向为z方 向，与之正交的方向为x及y方向。
第1相位偏置电路501选择构成对信号光进行导波的光波导环路 的通路L1～通路L4中的任意一个通路，并设置在该通路内(通路的 中途位置)。由于图1表示在通路L4内设定相位偏置电路500的情 况，所以，与之相对应，设偏振面保持光纤901为第4偏振面保持光 纤18a，偏振面保持光纤905为第4偏振面保持光纤18b。当然，相位 偏置电路500除了插入通路L4以外，还可插入通路L1、通路L2及 通路L3中的任意一个通路，插入哪个通路属于设计事项。
说明从偏振面保持光纤901的左侧输入作为偏振面平行于slow 轴的直线偏光的信号光的情况。即，假设信号光从第4偏振面保持光 纤18a朝向第4偏振面保持光纤18b、在第4偏振面保持光纤18a中 沿CCW方向传播的情况，即第2信号光。
从偏振面保持光纤901的右侧(图2的纸面上(以下相同))输 出第2信号光，通过第1法拉第转子902使其偏振面方向旋转45°(在 图2中顺时针旋转45°)。之后，输入到巴俾涅阳光补偿板903中。 在输入到巴俾涅阳光补偿板903中时，使第2信号光的偏振面的方向 与巴俾涅阳光补偿板903的光学轴方向(在图2中为y轴方向)一致。 接着，将第2信号光输入第2法拉第转子904，使偏振面方向旋转45° (在图2中逆时针旋转45°)。将从第2法拉第转子904输出的第2 信号光输入到偏振面保持光纤905(第4偏振面保持光纤18b)中。
在输入到偏振面保持光纤905(第4偏振面保持光纤18b)中时， 由于第2信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤905的slow轴平 行，所以第2信号光作为平行于slow轴的直线偏振光在偏振面保持光 纤905中传播，之后，从偏振面保持光纤905输出。
下面，说明从偏振面保持光纤905的右侧输入具有平行于slow 轴方向的偏振面的直线偏振信号光(第1信号光)的情况。从偏振面 保持光纤905(第4偏振面保持光纤18b)的左侧输出第1信号光，由 第2法拉第转子904使其偏光方向逆时针旋转45°。之后，将第1信 号光输入到巴俾涅阳光补偿板903中。在输入到巴俾涅阳光补偿板903 中时，使第1信号光的偏振面方向与巴俾涅阳光补偿板903的光学轴 方向(在图2中为x轴方向)一致。
接着，将第1信号光输入到第1法拉第转子902中，使其偏振面 方向旋转45°(在图2中顺时针旋转45°)。将从第1法拉第转子902 输出的第2信号光输入到偏振面保持光纤901(第4偏振面保持光纤 18a)中。
在输入到偏振面保持光纤901(第4偏振面保持光纤18a)中时， 由于第1信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤901的slow轴平 行，所以第1信号光作为平行于slow轴的直线偏振光在偏振面保持光 纤901中传播，之后从偏振面保持光纤901的左端输出。
将第1及第2信号光在第1相位偏置电路501中传播时，其偏振 面方向怎样变化归纳为一览表，并在表1(A)及(B)中表示。在表 1(A)及(B)中，将slow略记为s轴，将fast轴略记为f轴。另外， 向右或向左的箭头表示光的前进方向。
表1(A)表示第1及第2信号光的偏振面平行于slow轴的情况。 根据表1(A)可知，第1信号光和第2信号光的偏光面方向仅在相位 补偿元件(巴俾涅阳光补偿板903)中正交，在其他光学元件部分中 传播时，变成互相平行的方向。因此意味着，对于第1及第2信号光， 在巴俾涅阳光补偿板903中，相位偏置分量可相互抵消。
容易知道的是，通过利用巴俾涅阳光补偿板903，可与相位偏置 分量值的大小相对应地调整巴俾涅阳光补偿板903的相位补偿量，从 而可抵消相位偏置分量。即，可通过巴俾涅阳光补偿板补偿相当于式 (6)给出的φ″的、正交的偏光分量间的相位差量。
根据上述说明，即便控制光脉冲的占空比大时，也可保证稳定的 开关动作。
另外，表1(B)归纳表示出输入到图2所示结构的第1相位偏 置电路501的第1及第2信号光的偏振面方向平行于fast轴的情况。 与表1(A)所示的第1及第2信号光的偏振面方向平行于slow轴的 情况相同，可知在巴俾涅阳光补偿板903中，相位置分量可相互抵消。 即，表示的是，通过利用第1相位偏置电路，无论输入第1光开关101 的信号光是TE偏振波，还是TM偏振波，都可抵消相位偏置分量。
[第2相位偏置电路]
参照图1及图3，说明第2相位偏置电路502的动作原理。在图 3中，用圆柱形状模式地表示构成对信号光进行导波的光波导环路的 偏振面保持光纤。
第2相位偏置电路502选择构成对信号光进行导波的光波导环路 的通路L1～通路L4中的任意一个通路，并设置在该通路内(通路的 中途位置)。由于图1表示在通路L4内设定相位偏置电路500的情 况，所以，与之相对应，设偏振面保持光纤1001为第4偏振面保持光 纤18a，偏振面保持光纤1005为第4偏振面保持光纤18b。当然，相 位偏置电路500除了插入通路L4以外，还可插入通路L1、通路L2 及通路L3中的任意一个通路，插入哪个通路属于设计事项。
说明从偏振面保持光纤1001的左侧输入作为偏振面平行于slow 轴的直线偏振光的信号光的情况。即，假设信号光从第4偏振面保持 光纤18a朝向第4偏振面保持光纤18b、在第4偏振面保持光纤18a 中沿CCW方向传播的情况，即第2信号光。
从偏振面保持光纤1001的右侧输出第2信号光，通过第1法拉 第转子1002使其偏振面方向旋转45°(在图3中顺时针旋转45°)。 之后，输入到短偏振面保持光纤1003中。在输入到短偏振面保持光纤 1003中时，第2信号光的偏振面的方向与短偏振面保持光纤1003的 光学轴方向(在图3中是作为y轴方向的slow轴方向)一致。接着， 将第2信号光输入第2法拉第转子1004，使其偏振面方向旋转45°(在 图3中逆时针旋转45°)。将从第2法拉第转子1004输出的第2信号 光输入到偏振面保持光纤1005(第4偏振面保持光纤18b)中。
在输入到偏振面保持光纤1005(第4偏振面保持光纤18b)中时， 由于第2信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤1005的slow轴 平行，所以第2信号光作为平行于slow轴的直线偏振光在偏振面保持 光纤1005中传播，之后，从偏振面保持光纤1005输出。
下面，说明从偏振面保持光纤1005的右侧输入具有平行于slow 轴方向的偏振面的直线偏振信号光(第1信号光)的情况。从偏振面 保持光纤1005(第4偏振面保持光纤18b)的左侧输出第1信号光， 通过第2法拉第转子1004使其偏光方向逆时针旋转45°。之后，将第 1信号光输入到短偏振面保持光纤1003中。在输入到短偏振面保持光 纤1003中时，使第1信号光的偏振面方向与短偏振面保持光纤1003 的光学轴方向(在图3中为x轴方向)一致。
接着，将第1信号光输入到第1法拉第转子1002中，使其偏振 面方向旋转45°(在图3中顺时针旋转45°)。将从第1法拉第转子1002 输出的第1信号光输入到偏振面保持光纤1001(第4偏振面保持光纤 18a)中。
在输入到偏振面保持光纤1001(第4偏振面保持光纤18a)中时， 由于第1信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤1001的slow轴 平行，所以第1信号光作为平行与slow轴的直线偏振光在偏振面保持 光纤1001中传播，之后从偏振面保持光纤1001输出。
在就第1及第2信号光在第2相位偏置电路502中传播时其偏振 面方向怎样变化，将第1相位偏置电路的情况归纳为一览表的表1(A) 及(B)中，只要将巴俾涅阳光补偿板903处改写为短偏振面保持光 纤1003即可。与第1相位偏置电路的情况相同，即便在控制光脉冲的 占空比大时，也可保证稳定的开关动作。
在第2相位偏置电路502中，作为相位补偿元件，使用由热源1006 控制其温度的短偏振面保持光纤1003。
可通过短偏振面保持光纤1003抵消的相位偏置分量Δφ由下式 (7)给出。
Δφ＝(2πBΔL)/λs            (7)
这里，ΔL是短偏振面保持光纤1003的长度，B是对平行于slow 轴方向的偏振面分量的有效折射率与对平行于fast轴方向的偏振面分 量的有效折射率之差，下面也称为「模式折射率」。
模式折射率B的温度依赖性由下式(8)给出。
B＝Bo+ΔBΔT                (8)
这里，Bo是室温(25℃)下的模式折射率，市场上出售的多数 PANDA型光纤的情况是，相对波长1.55μm(信号光的波长λs)， Bo＝3×10-4左右。另外，ΔT是温度变化量，ΔB是温度系数。市场上 出售的多数PANDA型光纤的情况是ΔB＝4×10-7左右。
在第2相位偏置电路502中，将短偏振面保持光纤1003可通过 用热源1006控制其温度来抵消的相位偏置分量Δφ设定成必需值。
这里，对于短偏振面保持光纤1003及热源1006，技术上要求以 下几点：
(A)在可由热源1006改变的温度范围内，可实现Δφ＝2π。
(B)在可用热源1006控制的设定温度的精度内，在开关动作 稳定所必需的程度上得出Δφ的设定精度。
(C)在信号光的波长λs的波动范围内，Δφ的波动小至开关动 作稳定所必需的程度。
下面，为研究能够否符合上述3点技术上的要求，假定具有上述 温度系数等参数的、市场上出售的多数PANDA型光纤的情况进行模 拟。在该情况下假定温度变化量ΔT的最大值为50℃。另外，设计条 件为：信号光的光谱宽度为1nm，对应该波长频带宽度的相位偏置 量的宽度抑制在0.02π(为实现开关动作所必需的2π的1％)内。
给出可抵消的相位偏置分量Δφ为Δφ＝(2πBΔL)/λs。另外，由于 ΔB＝4×10-7，比Bo＝3×10-4小，所以可以忽略，从而Δφ＝(2πBoΔL)/ λs。由于Δφ＝2π可以实现，所以可知只要 左右以上即可。可容易地设定该程度长度的偏振面 保持光纤。
另一方面，根据式(7)及(8)，试着估计温度每变化1℃的相 位偏置量的变化量，和信号光的波长λs每波动1nm对相位偏置量造 成的变化量。
根据式(7)及(8)得出Δφ＝(2π(Bo+ΔBΔT)ΔL)/λs。另外， 温度每变化1℃的相位偏置量的变化量Δ(ΔφT)为：
另一方面，信号 光的波长λs每波动1nm的相位偏置量的变化量Δ(Δφλ)为：
$\Delta \left(\mathrm{\Delta \phi \lambda }\right)=\partial \left(\mathrm{\Delta \phi }\right)/\partial \mathrm{\lambda s}=-(\left(2\pi (\mathrm{Bo}+\mathrm{\Delta B\Delta T})\mathrm{\Delta L}\right)/\lambda s^2),$
如果设ΔBΔT比Bo小得多、可忽略，则

即，波长变化Δλ时的Δφ的变化量计算为：
|Δ(Δφλ)×Δλ|＝((2πBoΔL)Δλ/λs2)。这里，对于λs＝1550nm、 Δλ＝1nm，设|Δ(Δφλ)×Δλ|＝0.02π时，若Bo＝3×10-4，则 即可知，只要ΔL为8cm左右以下，就可充分 实现。
另外，温度变化ΔT时的Δφ的变化量为：
|Δ(ΔφT)|＝(2πΔBΔLΔT)/λs，因此，当|Δ(ΔφT)×Δλ|＝0.02π 时，若λs＝1550nm、ΔB＝4×10-7、ΔL＝8cm，则


如上所述，满足该条件的短偏振面保持光纤1003的长度ΔL只 要为8cm以下即可。另外，若设计条件为：在由热源1006进行的温 度控制的精度范围内，与上述相同，将温度波动时相位偏置的变化Δφ 的容许值抑制在0.02π以内，则如上所述，求出的温度控制的精度为 0.48°。该程度的温度控制可容易地实现。
根据以上研究结果可知，通过利用长度为8cm左右的短PANDA 型光纤1003，可实现与第1相位偏置电路相同的功能，并可构成第2 相位偏置电路。
[第3相位偏置电路]
参照图1及图4，说明第3相位偏置电路503的动作原理。在图 4中，用圆柱形状模式地表示构成对信号光进行导波的光波导环路的 偏振面保持光纤。
第3相位偏置电路503选择构成对信号光进行导波的光波导环路 的通路L1～通路L4中的任意一个通路，并设置在该通路内(通路的 中途位置)。由于图1表示在通路L4内设定相位偏置电路500的情 况，所以，与之相对应，设偏振面保持光纤1101为第4偏振面保持光 纤18a，偏振面保持光纤1105为第4偏振面保持光纤18b。当然，相 位偏置电路500除了插入通路L4以外，还可插入通路L1、通路L2 及通路L3中的任意一个通路，插入哪个通路属于设计事项。
说明从偏振面保持光纤1101的左侧输入作为偏振面平行于slow 轴的直线偏振光的信号光。即，假设信号光从第4偏振面保持光纤18a 朝向第4偏振面保持光纤18b，在第4偏振面保持光纤18a中沿CCW 方向传播的情况，即第2信号光。
从偏振面保持光纤1101的右侧输出第2信号光，通过第1法拉 第转子1102使其偏振面方向旋转45°(在图4中顺时针旋转45°)。 之后，输入到光电元件1103中。在输入到光电元件1103中时，使第 2信号光的偏振面方向与光电元件1103的c轴方向(在图4中为x轴 方向)一致。接着，将第2信号光输入第2法拉第转子1104，使偏振 面方向旋转45°(在图4中逆时针旋转45°)。将从第2法拉第转子1104 输出的第2信号光输入到偏振面保持光纤1005(第4偏振面保持光纤 18b)中。
在输入到偏振面保持光纤1105(第4偏振面保持光纤18b)中时， 由于第2信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤1105的slow轴 平行，所以第2信号光作为平行于slow轴的直线偏振光在偏振面保持 光纤1105中传播，之后，从偏振面保持光纤1105输出。
下面，说明从偏振面保持光纤1105的右侧输入具有平行于slow 轴方向的偏振面的直线偏振信号光(第1信号光)的情况。从偏振面 保持光纤1105(第4偏振面保持光纤18b)的左侧输出第1信号光， 由第2法拉第转子1104使其偏光方向逆时针旋转45°。之后，将第1 信号光输入到光电元件1103中。在输入到光电元件1103中时，使第 1信号光的偏振面方向与光电元件1103的c轴的正交方向(在图4中 为y轴方向)一致。
接着，将第1信号光输入到第1法拉第转子1102中，使偏振面 方向旋转45°(在图4中顺时针旋转45°)。将从第1法拉第转子1102 输出的第2信号光输入到偏振面保持光纤1101(第4偏振面保持光纤 18a)中。
在输入到偏振面保持光纤1101(第4偏振面保持光纤18a)中时， 由于第1信号光的偏振面方向变为与偏振面保持光纤1101的slow轴 平行，所以第1信号光作为平行于slow轴的直线偏振光在偏振面保持 光纤1101中传播，之后，从偏振面保持光纤1101输出。
在就第1及第2信号光在第3相位偏置电路503中传播时其偏振 面方向怎样变化，将第1相位偏置电路的情况归纳为一览表的表1(A) 及(B)中，只要将巴俾涅阳光补偿板903处改写为光电元件1103即 可。与第1相位偏置电路的情况相同，即便在控制光脉冲的占空比大 时，也可保证稳定的开关动作。
【表1】
表1(A)第1及第2信号光的偏振面平行于slow轴的情况
  偏振面保持   光纤901   相位补偿   元件903   偏振面保持   光纤905   第2信号光   (从901左侧输入)   s轴   →   y轴   →   s轴   第1信号光   (从905右侧输入)   s轴   ←   x轴   ←   s轴   平行于s轴的   控制光分量   s轴   →   y轴   →   s轴   平行于f轴的   控制光分量   f轴   →   x轴   →   f轴
表1(B)第1及第2信号光的偏振面平行于fast轴的情况
  偏振面保持   光纤901   相位补偿   元件903   偏振面保持   光纤905  第2信号光  (从901左侧输入)   f轴   →   x轴   →   f轴  第1信号光  (从905右侧输入)   f轴   ←   y轴   ←   f轴  平行于s轴的  控制光分量   s轴   →   y轴   →   s轴  平行于f轴的  控制光分量   f轴   →   x轴   →   f轴
在第3相位偏置电路503中，使用光电元件1103作为相位补偿 元件。如图4所示，光电元件1103通过在LiNbO3结晶的c+面和c- 面之间由电源1106施加电压而显现电光学效应，在LiNbO3结晶的c 轴与c轴的正交方向的a轴或b轴这2个光学轴之间产生双折射。因 此，抵消应抵消的相位偏置。通过由电源1106控制LiNbO3结晶的c+ 面和c-面之间的电压，可调整相位偏置量。
由于上述光电学效应非常高速地显现，所以可高速地产生应补偿 的相位偏置量。因此，由于控制光脉冲的时间宽度发生时间变化等现 象，即便在应补偿的相位偏置量发生时间变化的状况下，也可边监视 调制后的信号光(作为环路透过光从第1光开关102输出的信号光) 的消光比，边控制电源1106的电压，以使该消光比最大。即，可通过 控制电源1106的电压高速地控制应补偿的相位偏置量，从而可实现稳 定的开关动作。
<第2实施方式>
(结构)
参照图8来说明作为本发明第2实施方式的第2光开关的结构。 第2光开关除了具有由光非线性介质形成的环状的光波导环路102和 向光波导环路102输入控制光的相位控制部件110的控制光输入部件 20之外，还具有波长分离合成电路122和相位偏置电路500。
第2光开关的结构与上述第1光开关的结构的不同之处在于，在 通路L6的中途位置插入光延迟器70。
光分波合成器10具有：输入信号光的第1端口10-1；连接第1 偏振面保持光纤13一端的第2端口10-2；连接第4偏振面保持光纤 19的另一端的第3端口10-3；以及输出调制信号光的第4端口10-4， 并且是光强的分支比为1∶1的光分波合成器10。第1偏振面保持光 纤13将一端连接于光分波合成器10的第2端口10-2，将另一端连接 于作为控制光输入部件110的光耦合器20。第2偏振面保持光纤15 将一端连接于光耦合器20，将另一端连接于波长分离合成电路122。 第4偏振面保持光纤19将一端连接于波长分离合成电路122，将另一 端连接于光分波合成器10的第3端口10-3。
另外，波长分离合成电路122具有：波长分离器30、偏振面旋转 部60、光延迟器70、合波器40、第3偏振面保持光纤17、第5偏振 面保持光纤23和第6偏振面保持光纤25。波长分离器30连接第2偏 振面保持光纤15的另一端、第3偏振面保持光纤17的一端和第5偏 振面保持光纤23的一端。偏振面旋转部60连接第5偏振面保持光纤 23的另一端和第6偏振面保持光纤25的一端。在第6偏振面保持光 纤25的中途位置设置光延迟器70。合波器40连接第3偏振面保持光 纤17的另一端、第6偏振面保持光纤25的另一端和第4偏振面保持 光纤19的一端。
第3偏振面保持光纤17将一端连接于波长分离器30，将另一端 连接于合波器40。第5偏振面保持光纤23将一端连接于波长分离器 30，将另一端连接于偏振面旋转部60。第6偏振面保持光纤25将一 端连接于偏振面旋转部60，将另一端连接于合波器40。
市场上出售的PANDA型光纤等偏振面保持光纤在相对于沿该光 纤传播的光的传播方向(下面也称为“光纤的光轴方向”)被称为slow 轴的光学轴方向和被称为fast轴的光学轴方向上，对被导波光的有效 折射率不同。
但是，沿该光纤的光轴方向，fast轴(或slow轴)方向并非完全 不变。因此，即便向偏振面保持光纤输入的输入光是其偏振面平行于 偏振面保持光纤的fast轴(或slow轴)的直线偏振波，在从该偏振面 保持光纤输出的输出光中，在与输入光的偏振方向正交的方向上也具 有偏光分量。将该与输入光的偏振方向正交的偏振方向的分量称为偏 振串扰。
在市场上出售的、具有均衡的偏振保持性能的PANDA型光纤中， 若PANDA型光纤的长度达到数十m以上的长度，则该偏振串扰急剧 地增大，这是众所周知的(例如，参照古河电工时报：第109号2002 年发行pp.5-10)。
由于利用光卡尔效应的光开关通常使用数十m以上长度的偏振 面保持光纤，所以在其设计中，必需充分考虑偏振串扰。在构成光开 关的偏振面保持光纤中传播的光脉冲具有针对fast轴及slow轴两方向 的偏光分量。因此，若产生偏振串扰，则信号光的光脉冲原来的偏振 方向分量与偏振串扰产生干扰，信号光的光脉冲的偏光状态变成与不 存在偏振串扰时不同的状态。该偏振串扰对信号光的光脉冲的相位产 生的效应随着信号光的光脉冲的波长、或偏振面保持光纤的周围温度 等的变化而变化。即，由于偏振串扰的存在，给光开关的动作特性带 来变动，从而产生引起动作不稳定的问题。
偏振面旋转部60也可通过熔接第5偏振面保持光纤23的光学轴 和第6偏振面保持光纤25的光学轴，使其互相成90°角来构成(例如， 参照非专利文献2)。当然，与第1光开关相同，偏振面旋转部60不 只限于法拉第转子，也可使用1/2波长板。在使用1/2波长板时，必 须设置成控制光的S分量的偏振面方向与1/2波长板的光学轴相互成 45°角。
总之，偏振面旋转部60只要是具有在输入直线偏振光后将该直 线偏振光的偏振面旋转90°后输出的功能的元件，就可使用，使用哪 种元件属于设计事项。
相位偏置电路500选择构成对信号光进行导波的光波导环路的通 路L1～通路L4中的任意一个通路，并设置在该通路内(通路的中途 位置)。图8表示在通路L4内设定相位偏置电路500的情况。相位 偏置电路500的结构与在第1光开关中使用的结构相同，所以省略其 说明。
另外，除了上述的第1光开关与该第2光开关的不同点之外，由 于第2光开关的结构与第1光开关的结构相同，所以省略该重复的说 明。
(动作)
通过由偏振面保持光纤构成通路L1～通路L6，以及利用在保持 偏振面的状态下发挥作用的元件构成光分波合成器10、控制光输入部 件20和合波器40，可以得到下面的效果。即，可始终保持信号光的 偏光方向，还可使信号光沿CW方向传播的分量(第1信号光)及沿 CCW方向传播的分量(第2信号光)在光波导环路102中的光路长 完全一致。因此，在未将控制光输入光波导环路102的情况中，在光 分波合成器10中使第1信号光和第2信号光合波时，由于两者的偏振 面方向及其相位一致，因而可以实现稳定的开关动作。
由不保证偏振面保持的一般光纤构成通路L1～通路L6，并且， 对于光波合成器、控制光输入部件和合波器，也使用不保证偏振面保 持的元件，来构成与第2光开关相同的光开关，则产生下面的问题。 即，由于光开关周围温度的变化或信号光波长的波动，在光分波合成 器10中使第1信号光和第2信号光合波时，不保证两者的偏振面方向 及其相位一致，所以无法实现稳定的开关动作。
下面，说明在通路L6的中途位置插入光延迟器70的理由。如以 下说明，通过插入光延迟器70，可抑制由于构成通路L1～通路L6的 偏振面保持光纤具有的有效折射率模式色散所产生的偏振模式色散效 应，从而可实现稳定的开关动作。
第2光开关中，由偏振面保持光纤构成通路L1～通路L6，并且 利用在保持偏振面的状态下发挥作用的元件构成光分波合成器、控制 光输入部件及合成器，所以不能忽视在光波导环路102中产生的、上 述的偏振模式色散对开关动作产生的效应。
偏振模式色散(PMD：Polarization-Mode Dispersion)由下式(9) 给出。
PMD＝B/c            (9)
这里，B是在偏振面保持光纤中传播的信号光的、针对偏振面保 持光纤的滞相轴(slow轴)和进相轴(fast轴)各自的有效折射率之 差，下面也将B的值称为模式双折射率。另外，c(m/s)为真空中光 的传播速度。
作为偏振面保持光纤被广泛利用的PANDA型光纤，对光的电场 向量振动方向平行于fast轴的光的有效折射率与对平行于slow轴的光 的有效折射率之差为3×10-4左右。因此，由于偏振模式色散值PMD 为(3×10-4)÷(3×108m/s)＝1×10-12s/m，所以每1m偏振面保持光纤 为1ps左右。
参照图9说明在考虑了偏振模式色散的情况下，沿通路L2～通 路L6传播的信号光及控制光的传播方式。图9用于说明作为本发明 第2实施方式的第2光开关的动作，并且模式地描述出沿通路L2～通 路L6传播的信号光及控制光的传播方式。另外，为了容易看清，在 图5中，直线地抽象化描述通路L2～通路L6。
说明在连接有形成通路L2的第2偏振面保持光纤15一端的控制 光输入部件20的输出端，将控制光作为TE偏振波输入第2偏振面保 持光纤15中的情况。当然，也可将控制光作为TM偏振波输入第2 偏振面保持光纤15来使光开关动作，但由于为相同说明，所以省略其 说明。
设定第1信号光在具有与构成通路L2的偏振面保持光纤15的 slow轴平行的偏振面的偏光状态下传播。另一方面，设定控制光具有 其偏光面平行于slow轴的S分量和其偏振面平行于与slow轴正交的 fast轴的P分量，在构成通路L2的偏振面保持光纤15中传播。该设 定条件与参照图1说明第1光开关的动作时相同。
另外，如果不产生基于因第2偏振面保持光纤15的群速度色散 而产生的信号光脉冲与控制光脉冲的传播速度的不同、信号光脉冲和 控制光脉冲在并行传输过程中两者的位置偏移，即离开，则控制光脉 冲的P分量相对信号光脉冲仅前进偏振模式色散的部分。
为了实现稳定的开关动作，必须满足以下条件。首先，在输入到 构成通路L2的第2偏振面保持光纤15的一端(与控制光输入部件20 的接合部)的时刻，信号光脉冲(图9中用a表示)与控制光脉冲的 S分量(图9中用b表示)在时间轴上的位置一致。以及，在输入到 构成通路L4的第4偏振面保持光纤19的一端(与合波器的接合部) 的时刻，信号光脉冲(图9中用c表示)和控制光脉冲的P分量(图 9中用d表示)在时间轴上的位置必须一致。
前者条件可通过调整使控制光输入光波导环路102的时限来控 制。但是后者条件受偏振模式色散的影响，无法使信号光脉冲(图9 中用c表示)和控制光脉冲的P分量(图9中用d表示)在时间轴上 的位置一致。
因此，第2光开关在通路L6的中途位置插入光延迟器70。光延 迟器70起到使上述信号光脉冲(图9中用c表示)和控制光脉冲的P 分量(图9中用d表示)在时间轴上一致的作用。即，在信号光脉冲 在通路L3中传播并输入到通路L4为止的期间内，以及在控制光脉冲 在通路L5至L6中传播并输入到通路L4为止的期间内，提供用于补 偿由于偏振模式色散导致的传播时间差异的延迟时间。
即，控制光脉冲的P分量和S分量由于在通路L2中传播而产生 的偏振模式色散所导致的离开被由于在通路L4中传播而产生的偏振 模式色散所导致的离开抵消。在通路L2中作为P分量传播的控制光 脉冲分量通过设置在通路L5和通路L6之间的偏振面旋转部60后， 变为S分量。另外，在通路L2中作为S分量传播的控制光脉冲分量 通过设置在通路L5和通路L6之间的偏振面旋转部60后，变为P分 量。
因此，如果控制光脉冲的P分量和S分量由于在通路L2中传播 而产生的偏振模式色散所导致的离开被由于在通路L4中传播而产生 的偏振模式色散所导致的离开抵消，则在输入到构成通路L4的第4 偏振面保持光纤19的一端(与合波器40的接合部)的时刻，可使信 号光脉冲(图9中用c表示)和控制光脉冲的P分量(图9中用d表 示)在时间轴上的位置一致。
如上所述，由于信号光的偏振面方向与第2偏振面保持光纤15 及第4偏振面保持光纤19的slow轴平行，所以在通路L6的中途位置 配置光延迟器70。假设信号光的偏振面方向与第2偏振面保持光纤15 及第4偏振面保持光纤19的fast轴平行，则也可在通路L3的中途位 置设置光延迟器70。
另外，如果由偏振模式色散所产生的上述离开量已知，并且保证 偏振面保持光纤的长度实质上恒定等、不必使该离开量变化，则只要 将通路L6或通路L3的光路长设定成可抵消由上述偏振模式色散所产 生的离开的长度，就不必导入光延迟器70。
但是，由偏振模式色散产生的上述离开量已知，并且保证偏振面 保持光纤的长度实质上恒定是非常特殊的情况。因此，通常必须导入 光延迟器70，通过光延迟器70，使上述信号光脉冲(图9中用c表示) 和控制光脉冲的P分量(图9中用d表示)在时间轴上一致，以便使 控制光脉冲的P分量和S分量由于在通路L2中传播而产生的偏振模 式色散所导致的离开被由于在通路L4中传播而产生的偏振模式色散 所导致的离开抵消。
光延迟器70是可调整光路长的装置，只要是本领域技术人员， 就可利用已存在的直角棱镜反射镜等容易地形成。即，可以如下构成： 在中途位置切断构成通路L6的第6偏振面保持光纤25，将从其切断 面一端输出的控制光导入直角棱镜反射镜，将来自该直角棱镜反射镜 的反射光输入第6偏振面保持光纤25的切断面的另一端。
将从第6偏振面保持光纤25的切断面的一端向直角棱镜反射镜 前进的控制光的传播方向，与从直角棱镜反射镜向第6偏振面保持光 纤25的切断面的另一端前进的控制光的传播方向调整为平行。而且， 为调整光路长，可以改变从第6偏振面保持光纤25的切断面的一端及 另一端到直角棱镜反射镜的距离。可产生相当于该距离两倍长度的光 路长变化，并且可调整光路长，从而使控制光脉冲的P分量和S分量 由于在通路L2中传播而产生的偏振模式色散所导致的离开被由于在 通路L4中传播而产生的偏振模式色散所导致的离开抵消。
由于已经说明了选择构成对信号光进行导波的光波导环路的通 路L1～通路L4中的任意一个通路，并在该通路内(通路的中途位置) 设置相位偏置电路500的理由及其效果，所以这里不再重复。
<第3实施方式>
(结构)
参照图10来说明作为本发明第3实施方式的第3光开关的结构。 第3光开关除了具有由光非线性介质形成的环状的光波导环路103和 向光波导环路103输入控制光的相位控制部件110的控制光输入部件 20之外，还具有波长分离合成电路121和相位偏置电路500。
即，在第3光开关中，光波导环路103由如下部分形成：由从光 分波合成器10到控制光输入部件20的第1偏振面保持光纤13形成的 光通路(下面也称为“通路L1”)；由从控制光输入部件20到第2偏 振面旋转部64的第2偏振面保持光纤51形成的光通路(下面也称为 “通路L2”)；由从第2偏振面旋转部64到波长分离合成电路123的 第3偏振面保持光纤52形成的光通路(下面也称为“通路L3”)；由 从波长分离合成电路123到第3偏振面旋转部66的第5偏振面保持光 纤54形成的光通路(下面也称为“通路L5”)；和由从第3偏振面旋 转部66返回到光分波合成器10的第6偏振面保持光纤55形成的光通 路(下面也称为“通路L6”)。
第3光开关的结构与上述第1及第2光开关结构的不同之处在于 导入了第2偏振面旋转部64及第3偏振面旋转部66。第1偏振面旋 转部62对应第1及第2光开关中的偏振面旋转部60。第2偏振面旋 转部64连接第2偏振面保持光纤51的另一端和第3偏振面保持光纤 52的一端。第3偏振面旋转部66连接第5偏振面保持光纤54的另一 端和第6偏振面保持光纤55的一端。
即，在第3光开关中，光波导环路103使用偏振面保持光纤作为 光非线性介质来形成，并且具有：光分波合成器10、第1偏振面保持 光纤13、第2偏振面保持光纤51、第3偏振面保持光纤52、第5偏 振面保持光纤54、第6偏振面保持光纤55、第2偏振面旋转部64和 第3偏振面旋转部66。
光分波合成器10具有：输入信号光的第1端口10-1；连接第1 偏振面保持光纤13的一端的第2端口10-2；连接第6偏振面保持光 纤的另一端的第3端口10-3；以及输出调制信号光的第4端口10-4， 并且是光强的分支比为1∶1的光分波合成器10。
第1偏振面保持光纤13将一端连接于光分波合成器10的第2端 口10-2，将另一端连接于作为控制光输入部件的光耦合器20。第2偏 振面保持光纤51将一端连接于光耦合器20，将另一端连接于第2偏 振面旋转部64。第3偏振面保持光纤52将一端连接于第2偏振面旋 转部64，将另一端连接于波长分离合成电路123。第5偏振面保持光 纤54将一端连接于波长分离合成电路123，将另一端连接于第3偏振 面旋转部66。第6偏振面保持光纤55将一端连接于第3偏振面旋转 部66，将另一端连接于光分波合成器10的第3端口10-3。
另外，第2偏振面旋转部62连接第2偏振面保持光纤51的另一 端和第3偏振面保持光纤52的一端。第3偏振面旋转部66连接第5 偏振面保持光纤54的另一端和第6偏振面保持光纤55的一端。
波长分离合成电路123具有：波长分离器30、第1偏振面旋转部 62、合波器40、第4偏振面保持光纤53、第7偏振面保持光纤56和 第8偏振面保持光纤57。
即，波长分离合成电路123相对于由通路L1、L2、L3、L5及 L6构成的光波导环路103，形成从属的光波导环路。形成该从属光波 导环路的光通路是连接波长分离器30和合波器40的第4偏振面保持 光纤53(下面也称为“通路L4”)、连接波长分离器30和第1偏振面 旋转部62的第7偏振面保持光纤56(下面也称为“通路L7”)，以及 连接第1偏振面旋转部62和合波器40的第8偏振面保持光纤57(下 面也称为“通路L8”)。
波长分离器30连接第3偏振面保持光纤52的另一端、第4偏振 面保持光纤53的一端和第7偏振面保持光纤56的一端。第1偏振面 旋转部62连接第7偏振面保持光纤56的另一端和第8偏振面保持光 纤57的一端。合波器40连接第4偏振面保持光纤53的另一端、第8 偏振面保持光纤57的另一端和第5偏振面保持光纤54的另一端。
第4偏振面保持光纤53将一端连接于波长分离器30，将另一端 连接于合波器40。第7偏振面保持光纤56将一端连接于波长分离器 30，将另一端连接于第1偏振面旋转部62。第8偏振面保持光纤57 将一端连接于第1偏振面旋转部62，将另一端连接于合波器40。
相位偏置电路500选择构成对信号光进行导波的光波导环路的通 路L1～通路L6中的任意一个通路，并且设置在该通路内(通路的中 途位置)。图10表示在通路L6内设定相位偏置电路500的情况。
除了上述的第1及第2光开关的不同之处，第3光开关的结构与 第1及第2光开关的结构共用，所以省略该重复说明。
(动作)
作为第3光开关的光开关的动作原理，与第1及第2光开关相同。 第3光开关的特征在于：通过设置第2及第3偏振面旋转部，不需要 使用在第2光开关中必需的光延迟器70。
另外，就光路长而言，也满足与第2光开关相同的条件。即，对 于通路L2、L3、L5、L6，设各自的长度为l2、l3、l5、l6，则满足l2+l3＝ (l5+l6)/2。就第2光开关而言，该关系对应为：通路L4与通路L2 的长度关系设定为通路L4的长度l4是通路L2的长度l2的2倍、即设 定成L＝l2＝l4/2的关系。第3光开关的通路L2与通路L3的长度之和 对应第2光开关的通路L2的长度，第3光开关的通路L5与通路L6 的长度之和对应第2光开关的通路L4的长度。因此，可以得到在第1 光开关中实现的、即使控制光的偏振面不确定也可实现稳定的开关动 作的效果。
对于通路L2、L3、L5、L6成立的l2+l3＝(l5+l6)/2的关系根据 对在通路L2及L3中产生的相位偏移量与在通路L5及L6中产生的 相位偏移量之差允许何种程度的误差，来确定其要求精度。在多数实 施方式中，只要该相位偏移量的误差在10％以内，就不会产生故障。 即，在光3R再现中继器中利用第3光开关时，再现出的信号光的品 质在光通信所允许的范围内。
另外，在第3光开关中，由于导入第2及第3偏振面旋转部64、 66，所以不需要在第2光开关中必需的光延迟器70。在第2光开关中， 不利用在第2实施方式的说明中公开的光延迟器70来构成在原理上是 可能的，但其前提条件是，只限于下述情况：偏振模式色散量被恒定 不变地确定，并且容易向通路L3、通路L5及通路L6提供用于补偿 取决于由偏振模式色散所导致的偏振面的时间延迟量的时间延迟差。
但是，在实际的光开关的利用中，光开关中利用的光纤的长度随 应用对象的不同而使用各种长度。因此，偏振模式色散量对应各种情 况变成各种值。除此之外，为构成光开关而使用的光纤的长度必须在 数百m至数km。光纤为该长度时产生的偏振模式色散量为数百ps 至数ns。在这段时间中光在空气中前进的距离为数cm至数十cm。即， 为了补偿取决于偏振模式色散所导致的偏振面的时间延迟量所应设置 的装置的尺寸变大，从而使光开关整体的尺寸也变大。结果是，作为 损害光开关的开关动作的原因的机械稳定性也难以确保。
第3光开关可解决上述问题。为此，第3光开关构成为相等地设 定通路L2和通路L3的长度，并且设定连接有形成通路L2的第2偏 振面保持光纤51的另一端和形成通路L3的第3偏振面保持光纤52 的一端的第2偏振面旋转部64。第2偏振面旋转部64具有使通过的 光的偏振面旋转90°的功能。第2偏振面旋转部64与在第1及第2光 开关中设定的偏振面旋转部60相同，可利用法拉第转子。另外，不限 于法拉第转子，也可利用1/2波长板。
通过在通路L2和通路L3之间设定第2偏振面旋转部64，因为 相等地设定通路L2和通路L3的长度，所以可抵消在通路L2及通路 L3中产生的偏振模式色散。因此，与在第2光开关中参照图9的说明 相同，只要设定通路L4的长度与通路L7和通路L8的长度之和相等， 则与第2光开关的情况相同，可除去由于偏振模式色散所导致的开关 动作的不稳定性。这里，将图9所示的、第2光开关的通路L2及通 路L4分别改写为第3光开关的通路L3及通路L5来说明。另外，将 第2光开关的通路L2改写为由第3光开关的通路L2及通路L3构成 的通路，将第2光开关的通路L4改写为由第3光开关的通路L5及通 路L6构成的通路来说明。另外，所谓第3光开关的通路L4和由通路 L7和通路L8形成的通路，分别对应第2光开关中的通路L3和由通 路L5和通路L6形成的通路。
因此，与参照图9进行的、对第2光开关的动作的说明相同，在 输入到构成通路L2的第2偏振面保持光纤51一端(与控制光输入部 件20的接合部)的时刻，如果信号光脉冲(图9中用a表示)和控制 光脉冲的S分量(图9中用b表示)在时间轴上的位置一致，则在自 动地输入到构成通路L5的第5偏振面保持光纤54的一端(与合波器 40的接合部)的时刻，信号光脉冲(图9中用c表示)和控制光脉冲 的P分量(图9中用d表示)在时间轴上的位置一致。这样，可抵消 由于偏振模式色散所导致的效应，除去开关动作的不稳定性。
下面，参照表2(A)及(B)说明还必须设置第3偏振面旋转部 66的理由。在表2(A)及(B)中，将信号光和控制光在形成光波导 环路103的通路L1至通路L8中传播的状态归纳为一览表。在表2(A) 及(B)中，将传播的信号光或控制光的偏振面平行于作为形成通路 L1至通路L6的偏振面保持光纤的光学轴的slow轴及fast轴的情况分 别表述为s轴及f轴。另外，为了表示在连接的通路间从哪些通路向 哪些通路传播，在通路间的栏中显示向右或向左的箭头。另外，表2 (A)表示未设置第3偏振面旋转部66的情况，表2(B)表示设置 了第3偏振面旋转部66的情况。
在该说明中，设向第3光开关输入的输入信号光是沿TE方向具 有振动面的直线偏振光，TE方向是偏振面保持光纤的光学轴slow轴 的方向。
在未设置第3偏振面旋转部66时，从表2(A)可知，第1信号光 (沿CW方向传播的信号光)和第2信号光(沿CCW方向传播的信 号光)在通路L1至通路L6中其偏振面方向始终正交。即，第1信号 光的偏振面平行于slow轴时，第2信号光的偏振面平行于fast轴，第 1信号光的偏振面平行于fast轴时，第2信号光的偏振面平行于slow 轴。
因此，第1信号光和第2信号光在光分波合成器10中合波时， 受到构成通路L1、L2、L3、L5及L6的偏振面保持光纤具有的模式 双折射的影响。由于因模式双折射导致的偏振面保持光纤的slow轴方 向及fast轴方向各自的有效折射率的差异，具有平行于两方向的偏振 面的信号光的传播距离之差达到正好1个波长(换算成相位为2π)前 所必须的传播距离(下面称为“位长”)为数mm左右。
即，若以比该位长短得多的精度形成构成第3光开关的光波导环 路103的通路L1、L2、L3、L5及L6的长度，则由于第3光开关的 环境温度或输入的输入信号光波长的波动，在光分波合成器10中使第 1信号光和第2信号光合波时，其相位关系不规则地变化，因而开关 动作变得不稳定。如上所述，由于通路L2、L3、L5、L6的长度为数 百m至数km，所以极难设定上述通路长度，以使长度误差为1mm以 下。
另外，在设置了第3偏振面旋转部66的情况下，从表2(B)可 看出，第1信号光(沿CW方向传播的信号光)和第2信号光(沿 CCW方向传播的信号光)在通路L1、L2、L3、L5及L6中其偏振面 方向始终互相平行。因此，在光分波合成器10中使第1信号光和第2 信号光合波时，不产生由模式双折射所导致的相位差。即，由于没有 取决于第3光开关的环境温度或输入信号光的波长波动的相位差，所 以可实现稳定的开关动作。
如上述说明，根据第3光开关，不需要在第2光开关中必需的光 延迟器70，从而可降低制造成本。另外具有的优点是，即便构成第3 光开关的光波导环路103的偏振面保持光纤的长度或其种类发生变 更，也不必变更形成该通路的偏振面保持光纤以外的构成要素。
【表2】
表2(A)

表2(B)

由于已经说明了选择构成对信号光进行导波的光波导环路的通 路L1至通路L6中的任意一个通路，并在其通路内(通路的中途位置) 设置相位偏置电路500的理由及其效果，所以这里不再重复。
另外，还可如下构成相位偏置电路500。即，将第2偏振面旋转 元件(例如，第2法拉第转子)设定成其偏振面旋转方向与图2、3 及4所示的方向相反，不是上述的逆时针，而是顺时针旋转45°。通 过这样的设定，在通路L5或通路L6中设置了相位偏置电路500时， 不需要第3偏振面旋转部66，另外，在通路L2或通路L3中设置了 相位偏置电路500时，不需要第2偏振面旋转部64。
参照表3(A)及(B)，说明不需要上述第2及第3偏振面旋转 部的理由。
如上所述，将相位偏置电路500设定成由第2偏振面旋转元件(例 如，第2法拉第转子)使偏振面顺时针旋转45°的情况下，将第1信 号光及第2信号光在第1相位偏置电路中传播时其偏振面方向如何变 化归纳为一览表，并在表3(A)及(B)中表示。在表3(A)及(B) 中，将slow轴略记为s轴，将fast轴略记为f轴。另外，向右或向左 的箭头表示光的前进方向。
表3(A)表示第1信号光的偏振面平行于fast轴、第2光信号 的偏振面平行于slow轴的情况。根据表3(A)可知，第1信号光和 第2信号光的偏光面方向仅在相位补偿元件(例如，巴俾涅阳光补偿 板903)中正交，在其他的光学元件部分中传播时，变为互相平行的 方向。而且可知，在第1及第2信号光向偏振面保持光纤(例如，偏 振面保持光纤901及905)进行输入时和输出时，其偏振面方向正交。 即，第2信号光以平行于slow轴方向的偏振面从偏振面保持光纤901 的左端输入时，以平行于fast轴的偏振面从偏振面保持光纤905的右 端输出。另外，在第1信号光以平行于fast轴方向的偏振面从偏振面 保持光纤905的右端输入时，以平行于slow轴的偏振面从偏振面保持 光纤901的左端输出。
因此，如上所述，若利用被设定成由第2偏振面旋转元件(例如， 第2法拉第转子)使偏振面顺时针旋转45°的相位偏置电路500，则对 于第1及第2信号光，在相位补偿元件(例如，巴俾涅阳光补偿板903) 中可抵消相位偏置分量，并且意味着，由于第1及第2信号光通过相 位偏置电路500，偏振面相对偏振面保持光纤的光学轴旋转90°。即， 不需要以使第1及第2信号光的偏振面相对偏振面保持光纤的光学轴 旋转90°为目的而插入的第2偏振面旋转部64或第3偏振面旋转部66。 另外，在控制光脉冲的占空比大时，也可保证稳定的开关动作不变。
另外，表3(B)表示第1信号光的偏振面平行于slow轴、第2 光信号的偏振面平行于fast轴的情况。与表3(A)所示的情况相同， 在相位补偿元件(例如，巴俾涅阳光补偿板903)中，相位偏置分量 可抵消，并且由于第1及第2信号光通过相位偏置电路500，偏振面 相对偏振面保持光纤的光学轴旋转90°。
【表3】
表3(A)第1信号光的偏振面平行于fast轴、第2信号光的偏 振面平行于slow轴的情况
  偏振面保持   光纤901   相位补偿   元件903   偏振面保持   光纤905  第2信号光  (从901左侧输入)   s轴   →   y轴   →   f轴  第1信号光  (从905右侧输入)   s轴   ←   x轴   ←   f轴  平行于s轴的  控制光分量   s轴   →   y轴   →   f轴  平行于f轴的  控制光分量   f轴   →   x轴   →   s轴
表3(B)第1信号光的偏振平行slow轴、第2信号光的偏振面 平行fast轴的情况
  偏振面保持   光纤901   相位补偿   元件903   偏振面保持   光纤905  第2信号光  (从901左侧输入)   f轴   →   x轴   →   s轴  第1信号光  (从905右侧输入)   f轴   ←   y轴   ←   s轴  平行于s轴的  控制光分量   s轴   →   y轴   →   f轴  平行于f轴的  控制光分量   f轴   →   x轴   →   s轴
<第4实施方式>
(结构)
参照图11说明作为本发明第4实施方式的第4光开关的结构。 第4光开关与第1至第3光开关的相位控制部件的结构不同。第1至 第3光开关的相位控制部件除了具有作为控制光输入部件的光耦合器 之外，不具有特别的必须构成要素。相反，在第4光开关中，其特征 在于，作为第1至第3光开关的相位控制部件具有以下构成要素，并 且构成为可应对在构成用于构成光波导环路104的光通路的各种光学 部件或使这些光学部件相结合的光纤中的控制光衰减。
相位控制部件112具有：偏振波分离器406、光衰减器408、偏 振波合成器407、作为控制光输入部件的光耦合器20。偏振波分离器 406具有输入控制光的第1端口406-1、输出控制光的S分量的第2端 口406-2、输入控制光的P分量的第3端口406-3。光衰减器408使从 偏振波分离器406输出的控制光的S分量的光强减小后输出。偏振波 分离器407具有：输入从光衰减器408输出的控制光的S分量的第1 端口407-1；输入从偏振波分离器的第3端口406-3输出的控制光的P 分量的第3端口407-3；使从光衰减器408输出的控制光的S分量和 从偏振波分离器406的第3端口406-3输出的控制光的P分量合波后 输出的第2端口407-2。作为控制光输入部件的光耦合器20使从偏振 波合成器407的第2端口407-2输出的控制光从第2偏振面保持光纤 51(在第1光开关中为14、在第2光开关中为15)的一端输入到光波 导环路中。
另外可知，将第4光开关中利用的上述相位控制部件112用于第 1至第3光开关中，也可得到下述效果。在第1光开关中，即便不用 偏振面保持型光纤，也可构成用于构成光波导环路101的通路，但因 而不能发挥第2及第3光开关具有的效果，但若导入第4光开关中利 用的上述相位控制部件112，则可得到由此产生的效果。
(动作)
由于上述的第4光开关中利用的上述相位控制部件112以外的构 成部分的动作与第1至第3光开关的情况相同，所以省略其说明。
在第1至第3光开关中，只考虑合波器40中控制光光强在原理 上的衰减部分。但是，实际的光开关中利用的合波器等光学部件大多 数情况下不能忽视在这些光学部件和光纤的结合部分上产生的光强的 损失。为了构成第1至第3光开关，将多个光学部件与光纤结合。如 果由于在该多处结合部产生的光损失而使控制光的光强衰减，则当然 地对取决于控制光光强而产生的光纤的折射率变化量产生影响，进而 对光开关的开关动作也产生影响。
参照图11说明由于上述光衰减器408对控制光的衰减而对开关 动作产生的效应。这里，设输入信号光是其偏振面为TE方向的直线 偏振光，并且在作为图11所示的偏振波分离器406的输入端口的第1 端口406-1上，控制光的S分量(与信号光的偏振面平行的分量，即 TE分量)及与之正交的P分量的强度分别为PE、PM。
从偏振波分离器406的第1端口406-1输入控制光之后，其S分 量从第2端口406-2输出，在光纤410中传播后，输入光衰减器408 中。然后，由光衰减器408衰减、在光纤411中传播、输入偏振波合 成器407的第1端口407-1后，从作为偏振波合成器407的输出端口 的第2端口407-2输出。然后，在光纤413中传播，经光耦合器20输 入第2偏振面保持光纤51的一端后，在光波导环路104中沿CW方 向传播。
另一方面，从偏振波分离器406的第3端口406-3输出控制光的 P分量，在光纤412中传播后，输入偏振波合成器407的第3端口407-3， 然后从偏振波合成器407的第2端口407-2输出。然后，在光纤413 中传播，经光耦合器20输入第2偏振面保持光纤51的一端，然后在 光波导环路104中沿CW方向传播。
在控制光的S分量及P分量被输入第2偏振面保持光纤51的一 端时，在第2偏振面保持光纤51的一端上的各自的光强PE′及PM′由 下式(10a)及(10b)给出。
PE′＝PE10-(A+B1)/10                    (10a)
PM′＝PM10-B2/10                        (10b)
这里，A是光衰减器408中的衰减量，B1和B2分别是从偏振波 分离器406的第1端口406-1到偏振波合成器407的第2端口407-2 的、针对控制光的S分量和P分量的衰减量。A、B1和B2中的任意一 个都是用dB表示的值。
从第2偏振面保持光纤51的一端输入控制光，按顺序在通路L2、 通路L3、通路L7、通路L8中传播后到达合波器40，然后输入第5 偏振面保持光纤54的一端时的、控制光的P分量的强度PM″由下式 (11)给出。
【公式1】
${P_M}^{\prime \prime }=\frac{1}{2}{P}_M{10}^{-\frac{B_2+C+D}{10}}---\left(11\right)$
这里，C是第2偏振面保持光纤51(通路L2)及第3偏振面保 持光纤52(通路L3)的传播损失量之和，D是波长分离器30、第7 偏振面保持光纤56(通路L7)、第8偏振面保持光纤57(通路L8) 及合波器40中的传播损失量之和。C及D的值都是用dB表示的值。
与导出式(1′)至(3)的方法相同，由于通过控制光脉冲显现 的光卡尔效应所导致的相互相位调制效应，对沿CW方向传播的信号 光(第1信号光)产生的相位偏移量的总量φtotal由下式(12)给出。
【公式2】
${\phi }_{\mathrm{total}}=2\gamma {P_E}^{\prime }(l_2+l_3)+2\gamma {P_M}^{\prime \prime }(l_5+l_6)$
$=2\gamma P_E{10}^{-\frac{A+B_1}{10}}(l_2+l_3)+\gamma P_M{10}^{-\frac{B_2+C+D}{10}}(l_5+l_6)---\left(12\right)$
在通路L2、通路L3、通路L5及通路L6中，若满足下式(13) 地构成第4光开关，则上式(8)可变形为下式(14)。
【公式3】
$2(l_2+l_3){10}^{-\frac{A+B_1}{10}}=(l_5+l_6){10}^{-\frac{B_2+C+D}{10}}=l_{\mathrm{eff}}---\left(13\right)$
φtotal＝γPEleff+γPMleff＝γ(PE+PM)/leff            (14)
这里，l2、l3、l5及l6分别为通路L2、通路L3、通路L5及通路 L6的光路长。式(13)给出的leff是由A、B1、B2、C及D决定的光 通路的有效长度，只要求出光衰减器408中的衰减量A、在偏振波分 离器406、偏振波合成器407、形成通路L2和通路L3的偏振面保持 光纤及波长分离器30等中的控制光的损失量，就是确定的值。
因此，如果在形成第4光开关的阶段测定了这些损失量，则有效 长度leff确定，从而可设定使式(12)中给出的φtotal值为π所必需的 控制光的强度(PE+PM)。相反，若作为第4光开关的设计参数给出 控制光的强度，则只要设定通路L2、通路L3、通路L5及通路L6的 光路长l2、l3、l5及l6满足式(13)即可。
另外可知，与式(4)所示的相同，式(14)也表示在第1信号 光中产生的相位偏移量的总量φtotal由控制光的强度(PE+PM)决定， 而不取决于控制光的偏光状态(PE与PM之比：PE/PM)。
即，可知，根据第4光开关，可以实现不取决于控制光的偏光状 态的开关动作。
另外，在第4实施方式中，使用光衰减器408，并将其设置在连 接偏振波分离器406的第2端口406-2和偏振波合成器407的第1端 口407-1的通路的中间，但若满足由式(13)给出的关系，则可使用 光放大器来替代光衰减器408。另外，也可以不将光衰减器408或光 放大器的设置位置设置在第4实施方式中采用的位置，而是设置在连 接偏振波分离器406的第3端口406-3和偏振波合成器407的第3端 口407-3的通路的中间。
<第5实施方式>
(结构)
参照图11说明作为本发明第5实施方式的第5光开关的结构。 第5光开关的特征在于，相等地设定以下两个光路长：将一端连接于 光分波合成器10的第3端口10-3、将另一端连接于第3偏振面旋转 部66的第6偏振面保持光纤55形成的通路L6的光路长l6；和将另一 端连接于第3偏振面旋转部66、将一端连接于波长分离合成器123的 第5偏振面保持光纤54形成的通路L5的光路长l5。
已述的第3光开关或第4光开关当中、将上述l5＝l6的条件应用 于在第3光开关中设置了相位控制部件112的光开关(下面简称为“第 4光开关”)上的光开关为第5实施方式。
在多数实施方式中，只要就通路L5和L6成立的l5＝l6的关系的 精度在10％以内，就不会产生故障。即，在光3R再现中继器中利用 第5光开关时，再现的信号光的品质在光通信允许的范围内。
由于第3光开关与第4光开关的相位控制部件的结构不同，所以 在将上述l5＝l6的条件应用于第3光开关时和应用于第4光开关时构成 为不同的光开关，但这里，由于作为第5实施方式的效果相同，所以 将两者均称为第5光开关，不特别加以区别。
(动作)
在利用已述的第3光开关及第4光开关时，前提是，使信号光的 偏光状态为其偏振面是TE方向的直线偏振光。而第5光开关构成为 信号光的偏振面无论是TM方向、还是TE方向都可无故障地利用。 为此的条件为上述的l5＝l6。
通过相等地设定第5偏振面保持光纤54形成的通路L5的光路长 l5和第6偏振面保持光纤55形成的通路L6的光路长l6，可抵消在通 路L5及通路L6中产生的偏振模式色散效应。其理由是在通路L5和 通路L6之间设置有第3偏振面旋转部66。因此，在通路L5中传播 时信号光及控制光的偏振面夹着第3偏振面旋转部66，从而在通路 L6传播中使其方向旋转90°。因此，信号光作为TM偏振波或TE偏 振波在通路L5中传播的时间和信号光作为TE偏振波或TM偏振波 在通路L6中传播的时间相等。因此，从相位控制部件110或112输 入的输入信号光的偏振面无论是TM方向、还是TE方向，在通路L5 和通路L6中传播的时间都可相等。结果是，在光波导环路103或104 中循环的时间始终相等。就是说，可以实现不取决于从相位控制部件 110或112输入的输入信号光的偏振面方向的光开关。
如上述说明，第5光开关不取决于信号光与控制光的偏光状态， 从而成为可以实现稳定的开关动作的光开关。
<第6实施方式>
(结构)
参照图12说明作为本发明第6实施方式的第6光开关的结构。 与第3及第4光开关相比，第6光开关在结构上的不同点如下。首先， 在第3及第4光开关中，夹着第3偏振面旋转部66、由第5偏振面保 持光纤54和第6偏振面保持光纤55形成的光通路在第6光开关中由 一条第6偏振面保持光纤58形成。另外，在第3及第4光开关中，夹 着第1偏振面旋转部62、由第7偏振面保持光纤56和第8偏振面保 持光纤57形成的光通路在第6光开关中由一条第7偏振面保持光纤 51形成。另外，在第3及第4光开关中，由第4偏振面保持光纤53 形成的光通路在第6光开关中夹着第1偏振面旋转部68、由第4偏振 面保持光纤60和第5偏振面保持光纤61形成。
因此，第6光开关的结构如下。即，光波导环路105使用偏振面 保持光纤作为光非线性介质来形成，包括具有输入控制光的控制光输 入部件20的相位控制部件110(参照图1、4、6)和波长分离合成电 路124。
光波导环路105具有：光分波合成器10、第1偏振面保持光纤 13、第2偏振面保持光纤51、第3偏振面保持光纤52、第6偏振面保 持光纤58、第2偏振面旋转部64和波长分离合成电路124。
光分波合成器10具有：输入信号光的第1端口10-1；连接第1 偏振面保持光纤13一端的第2端口10-2；连接第6偏振面保持光纤 58的另一端的第3端口10-3；以及输出调制信号光的第4端口10-4， 并且光强的分支比为1∶1。第1偏振面保持光纤13将一端连接于光 分波合成器10的第2端口10-2，将另一端连接于作为控制光输入部 件的光耦合器20。
第2偏振面保持光纤51将一端连接于光耦合器20，将另一端连 接于第2偏振面旋转部64。第3偏振面保持光纤52将一端连接于第2 偏振面旋转部64，将另一端连接于波长分离合成电路124。第6偏振 面保持光纤58将一端连接于波长分离合成电路124，将另一端连接于 光分波合成器10的第3端口10-3。第2偏振面旋转部64连接第2偏 振面保持光纤51的另一端和第3偏振面保持光纤52的一端。
另外，波长分离合成电路124具有：波长分离器30、第1偏振面 旋转部68、合波器40、第4偏振面保持光纤60、第5偏振面保持光 纤61和第7偏振面保持光纤59。
波长分离器30连接第3偏振面保持光纤52的另一端、第4偏振 面保持光纤60的一端和第7偏振面保持光纤59的一端。第1偏振面 旋转部68连接第4偏振面保持光纤60的另一端和第5偏振面保持光 纤61的一端。合波器40连接第5偏振面保持光纤61的另一端、第7 偏振面保持光纤59的另一端和第6偏振面保持光纤58的一端。
第4偏振面保持光纤60将一端连接于波长分离器30，将另一端 连接于第1偏振面旋转部68。第5偏振面保持光纤61将一端连接于 第1偏振面旋转部68，将另一端连接于合波器40。第7偏振面保持光 纤59将一端连接于波长分离器30，将另一端连接于合波器40。
另外，也可设定下面的相位控制部件112，来替换上述的相位控 制部件110。即，相位控制部件112具有偏振波分离器406、光衰减器 408、偏振波合成器407和作为控制光输入部件的光耦合器20。偏振 波分离器406具有：输入控制光的第1端口406-1；输出控制光的S 分量的第2端口406-2；和输出控制光的P分量的第3端口406-3。光 衰减器408使从偏振波分离器406输出的控制光的S分量的光强减小 后输出。偏振波合成器407具有：输入从光衰减器408输出的控制光 的S分量的第1端口407-1；输入从偏振波分离器的第3端口406-3 输出的控制光的P分量的第3端口407-3；和对从光衰减器408输出 的控制光的S分量和从偏振波分离器406的第3端口406-3输出的控 制光的P分量进行合波后输出的第2端口407-2。作为控制光输入部 件的光耦合器20将从偏振波合成器407的第2端口407-2输出的控制 光从第2偏振面保持光纤51的一端输入到光波导环路105中。
将相位偏置电路500插入通路L6中。
如上所述，第6光开关也可使用在第4光开关中采用的相位控制 部件112作为相位控制部件来构成，并且使用相位控制部件112得到 的效果与第4光开关的情况相同。这里，第6光开关在结构上的特征 不在于使用相位控制部件112，所以作为第6实施方式，设置相位控 制部件110来构成的光开关与设置对相位控制部件110进行了改良的 相位控制部件112来构成的光开关都称为第6光开关，不特别地加以 区别。
(动作)
根据上述第6光开关，在第1偏振面旋转部68中，使信号光的 偏振面方向旋转90°。这种情况下，对在光波导环路105中沿CW方 向传播的第1信号光产生的相位偏移，当第1信号光在第2及第3偏 振面保持光纤51、52中传播时受控制光的S分量的影响。而当第1 信号光在第6偏振面保持光纤58中传播时受控制光的P分量的影响。 因此，与第1至第4光纤的情况相同，可实现不取决于控制光的偏光 状态动作的光开关。
参照图4更具体地说明第6光开关的动作。在表4中，将信号光 与控制光在形成光波导环路105的通路L1至通路L7中传播的状态归 纳为一览表。在表4中，将传播的信号光或控制光的偏振面平行于作 为形成通路L1至通路L7的偏振面保持光纤的光学轴的slow轴及fast 轴的情况分另表述为s轴及f轴。另外，为了表示在连接的通路间从 哪些通路向哪些通路传播，在通路间的栏中显示向右或向左的箭头。 在本说明中，设向第6光开关输入的输入信号光是沿TE方向具有振 动面的直线偏振光，TE方向是偏振面保持光纤的光学轴slow轴的方 向。
与第3光开关的动作相同，沿CW方向传播的第1信号光和沿 CCW方向传播的第2信号光在其偏振面方向平行的状态下在通路L1 至通路L6中传播。因此，在光分波合成器10中对第1信号光和第2 信号光进行合波时，不产生由于形成通路L1至L6的偏振面保持光纤 具有的模式双折射所导致的相位差。即，取决于第6光开关的环境温 度或信号光波长的波动而产生的相位差在第1信号光和第2信号光之 间不产生，所以第6光开关可实现稳定的开关动作。
在第6光开关中，除了在第3或第4光开关中得到的效果之外， 还可将设置偏振面旋转部的部位从3处减少到2处，从而可以得到结 构更简单，制造更容易的效果。
与在第3实施方式的第3光开关的动作说明中进行的情况相同的 情况在第6光开关中也成立。即，也可如下构成相位偏置电路500。 即，将第2偏振面旋转元件(例如，第2法拉第转子)设定为使偏振 面的旋转方向与图2、3、及4所示的方向相反，不是上述的逆时针旋 转，而是顺时针旋转45°。通过这样的设定，在通路L2或通路L3中 设置了相位偏置电路500的情况下，不需要第2偏振面旋转部64，另 外，在通路L4或通路L5中设置了相位偏置电路500的情况下，不需 要第1偏振面旋转部68。
即，如上所述，若利用设定为由第2偏振面旋转元件(例如，第 2法拉第转子)使偏振面顺时针旋转45°的相位偏置电路500，则对第 1及第2信号光，在相位补偿元件(例如巴俾涅阳光补偿板903)中可 抵消相位偏置分量，并且由于第1及第2信号光通过相位偏置电路 500，偏振面相对偏振面保持光纤的光学轴旋转90°。
【表4】
表4

<第7实施方式>
(结构)
作为本发明第7实施方式的第7光开关是对第2至第6光开关中 的波长分离合成电路进行了改良的光开关。参照图8、10、11、12及 图13(A)及(B)，说明设置于第7光开关中的波长分离合成电路 在结构上的特征。在设置于第7光开关中的波长分离合成电路中，将 设置于第2至第6光开关中的波长分离合成电路中使用的合波器替换 为波长分离器，并使用2个波长分离器构成。对应第3至第5光开关 的波长分离合成电路的第7光开关的波长分离合成电路如下构成。
另外，如上所述，第7光开关是对第2至第6光开关的波长分离 合成电路进行了改良的光开关，波长分离合成电路之外的结构是与第 2至第6光开关共同的结构。因此，由在第7实施方式中利用的波长 分离合成电路之外的结构部分得到的效果相同，所以将对第2至第6 光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开关称为第7光开关，不 特别加以区别。
作为对第3至第5光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开 关的第7光开关的波长分离合成电路具有：第1波长分离器701、第1 偏振面旋转部62、第2波长分离器702、第4偏振面保持光纤53、第 7偏振面保持光纤56和第8偏振面保持光纤57。
第1波长分离器701连接第3偏振面保持光纤52的另一端、第4 偏振面保持光纤53的一端和第7偏振面保持光纤56的一端。第1偏 振面旋转部62连接第7偏振面保持光纤56的另一端和第8偏振面保 持光纤57的一端。第2波长分离器702连接第4偏振面保持光纤53 的另一端、第8偏振面保持光纤57的另一端和第5偏振面保持光纤 54的另一端。
第4偏振面保持光纤53将一端连接于第1波长分离器701，将另 一端连接于第2波长分离器702。第7偏振面保持光纤56将一端连接 于第1波长分离器701，将另一端连接于第1偏振面旋转部62。第8 偏振面保持光纤57将一端连接于第1偏振面旋转部62，将另一端连 接于第2波长分离器702。
另外，作为对第2光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开 关的第7光开关的波长分离合成电路具有：第1波长分离器701、偏 振面旋转部60、光延迟器70、第2波长分离器702、第3偏振面保持 光纤17、第5偏振面保持光纤23和第6偏振面保持光纤25。
第1波长分离器701连接第2偏振面保持光纤15的另一端、第3 偏振面保持光纤17的一端和第5偏振面保持光纤23的一端。偏振面 旋转部60连接第5偏振面保持光纤23的另一端和第6偏振面保持光 纤25的一端。将光延迟器70设置在第6偏振面保持光纤25的中途位 置。第2波长分离器702连接第3偏振面保持光纤17的另一端、第6 偏振面保持光纤25的另一端和第4偏振面保持光纤19的一端。
第3偏振面保持光纤17将一端连接于第1波长分离器701，将另 一端连接于第2波长分离器702。第5偏振面保持光纤23将一端连接 于第1波长分离器701，将另一端连接于偏振面旋转部60。第6偏振 面保持光纤25将一端连接于偏振面旋转部60，将另一端连接于第2 波长分离器702。
另外，作为对第6光开关的波长分离合成电路选行了改良的光开 关的第7光开关的波长分离合成电路具有：第1波长分离器701、第1 偏振面旋转部68、第2波长分离器702、第4偏振面保持光纤60、第 5偏振面保持光纤61和第7偏振面保持光纤59。
第1波长分离器701连接第3偏振面保持光纤52的另一端、第4 偏振面保持光纤60的一端和第7偏振面保持光纤59的一端。第1偏 振面旋转部68连接第4偏振面保持光纤60的另一端和第5偏振面保 持光纤61的一端。第2波长分离器702连接第5偏振面保持光纤61 的另一端、第7偏振面保持光纤59的另一端和第6偏振面保持光纤 58的一端。
第4偏振面保持光纤61将一端连接于第1波长分离器701，将另 一端连接于第1偏振面旋转部68。第5偏振面保持光纤61将一端连 接于第1偏振面旋转部68，将另一端连接于第2波长分离器702。第 7偏振面保持光纤59将一端连接于第1波长分离器701，将另一端连 接于第2波长分离器702。
(动作)
参照图13(A)及(B)并适当参照图8、10、11及12，说明第 7光开关的动作。图13(A)及(B)用于说明作为本发明第7实施方 式的第7光开关的动作，并且模式地表示出在波长分离合成电路及形 成该波长分离合成电路的光通路中传播的信号光及控制光的传播方 式。在图13(A)及(B)中，控制光传播的通路用实线表示，信号 光的通路用虚线表示。
图13(A)是用于说明与作为对第3至第5光开关中的波长分离 合成电路进行了改良的光开关的第7光开关的波长分离合成电路有关 的动作的图。另外，图13(B)是用于说明与作为对第6光开关的波 长分离合成电路进行了改良的光开关的第7光开关的波长分离合成电 路有关的动作的图。就与作为对第2光开关的波长分离合成电路进行 了改良的光开关的第7光开关的波长分离合成电路有关的动作，在图 13(A)中，通过将写着通路L3的地方改写为通路L2、将写着通路 L4的地方改写为通路L3、将写着通路L5的地方改写为通路L4、将 写着通路L7的地方改写为通路L5、将写着通路L8的地方改写为通 路L6，下面的说明仍然成立。
参照图13(A)及图11，说明与作为对第3至第5光开关的波 长分离合成电路进行了改良的光开关的第7光开关的波长分离合成电 路有关的动作。从通路L3输出的、沿CW方向传播的第1信号光的 传播分量按第1波长分离器701的第1端口701-1、第2端口702-2、 通路L4、第2波长分离器702的第2端口702-2、第1端口702-1的 顺序传播后，输入到通路L5中。另外，从通路L 5输出、沿CCW方 向传播的第2信号光的传播分量从通路L5输出后，按第2波长分离 器702的第1端口702-1、第2端口702-2、通路L4、第1波长分离 器701的第2端口701-2、第1端口701-1的顺序传播后，输入到通路 L3中。
另外，沿CW方向传播的控制光从通路L3输出后，在第1波长 分离器701的第1端口701-1、第3端口701-3和通路L7中传播，在 通过设置于A点所示位置上的第1偏振面旋转部62时，转换S分量 和P分量，并输入到通路L8中。然后，按通路L8、第2波长分离器 702的第3端口702-3、第1端口702-1的顺序传播，输入到通路L5 中。
通路L4是信号光传播的通路，另外，通路L7及通路L8是控制 光传播的通路。通路L3及通路L5是信号光和控制光共同传播的通路。
如上所述，由于信号光和控制光在波长分离合成电路中传播，所 以根据与在第2光开关的动作说明等中进行的偏振面旋转部60作用的 说明相同的理由，第7光开关可实现不取决于控制光的偏光状态的开 关动作。
参照图13(B)及图12，说明与作为对第6光开关的波长分离合 成电路进行了改良的光开关的第7光开关的波长分离合成电路有关的 动作。这种情况下，与上述图13(A)所示的波长分离合成电路不同 之处在于，在图13(B)中用点A表示的通路L4和通路L5之间的位 置上设置第1偏振面旋转部68。这时，在通过设置于A点所示位置上 的第1偏振面旋转部68时，转换信号光的S分量和P分量。根据与 在第6光开关的动作说明等中进行的偏振面旋转部60的作用说明相同 的理由，第7光开关可实现不取决于控制光的偏光状态的开关动作。
如上所述，在设置于第7光开关中的波长分离合成电路中，将设 置于第2至第6光开关的波长分离合成电路中使用的合波器替换为第 2波长分离器，并使用第1及第2波长分离器，从而成为不利用合波 器来形成的结构，所以，信号光及控制光强度不会在通过合波器时减 少到1/2。因此，与第2至第6光开关相比，开关动作所必需的控制光 的强度为1/2即可。因此，用于产生光非线性效应的通路的长度变短， 从而可使作为光开关的尺寸小型化。
<第8实施方式>
(结构)
作为本发明第8实施方式的第8光开关与第7光开关相同，是对 第2至第6光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开关。参照图 8、10、11、12及图14(A)及(B)，说明设置于第8光开关中的波 长分离合成电路在结构上的特征。
在设置于第8光开关中的波长分离合成电路中，将设置于第2至 第6光开关中的波长分离合成电路中使用的合波器及波长分离器替换 为1块波长分离板来构成。对应第3至第5光开关的波长分离合成电 路的第8光开关的波长分离合成电路如下构成。
另外，如上所述，第8光开关与第7光开关相同，是对第2至第 6光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开关，波长分离合成电 路之外的结构是与第2至第6光开关相同的结构。因此，由在第8实 施方式中利用的波长分离合成电路之外的结构部分得到的效果相同， 所以将对第2至第6光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开关 称为第8光开关，不特别地加以区别。
作为对第3至第5光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开 关的第8光开关的波长分离合成电路具有：波长分离板801、偏振面 旋转器807、第1反射镜805和第2反射镜803。
波长分离板801在输入了从第3偏振面保持光纤52输出的控制 光后，使其向第1反射镜805反射，在再次输入了从第1反射镜805 反射的控制光后，使其向第5偏振面保持光纤54的一端反射，并且在 输入了从第3偏振面保持光纤52输出的信号光后，使其透过并向第2 反射镜803输出，在再次输入了由第2反射镜803反射的信号光后， 使其透过并向第5偏振面保持光纤54的一端输出信号光。偏振面旋转 器807可利用1/2波长板等，并且被设置在从第3偏振面保持光纤52 输出的控制光到达第5偏振面保持光纤54的一端之前、控制光通过的 位置上。第1反射镜805进行反射控制光的动作，第2反射镜803进 行反射信号光的动作。
另外，作为对第2光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开 关的第8光开关的波长分离合成电路具有：波长分离板801、偏振面 旋转器807、第1反射镜805和第2反射镜803。
波长分离板801在输入了从第2偏振面保持光纤15输出的控制 光后，使其向第1反射镜805反射，在再次输入了从第1反射镜805 反射的控制光后，使其向第4偏振面保持光纤19的一端反射，并且在 输入了从第2偏振面保持光纤15输出的信号光后，使其透过并向第2 反射镜803输出，在再次输入了由第2反射镜803反射的信号光后， 使其透过并向第4偏振面保持光纤19的一端输出信号光。偏振面旋转 器807被设置在从第2偏振面保持光纤15输出的控制光到达第4偏振 面保持光纤19一端之前、控制光通过的位置上。第1反射镜805进行 反射控制光的动作，第2反射镜803进行反射信号光的动作。
另外，作为对第6光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开 关的第8光开关的波长分离合成电路具有：波长分离板801、偏振面 旋转器806、第1反射镜802和第2反射镜804。
波长分离板801在输入了从第3偏振面保持光纤52输出的控制 光后，使其向第1反射镜802反射，在再次输入了由第1反射镜802 反射的控制光后，使其向第6偏振面保持光纤58的一端反射，并且， 在射入了从第3偏振面保持光纤52输出的信号光后，使其透过并向第 2反射镜804输出，在再次输入了由第2反射镜反射的信号光后，使 其透过并向第6偏振面保持光纤58的一端输出信号光。偏振面旋转器 806设置在从第3偏振面保持光纤52输出的信号光到达第6偏振面保 持光纤58的一端之前、信号光通过的位置上。第1反射镜802进行反 射控制光的动作，第2反射镜804进行反射信号光的动作。
(动作)
参照图14(A)及(B)并适当参照图4、6、7及8，说明第8 光开关的动作。图14(A)及(B)用于说明第8光开关的动作，并 且模式地表示出在波长分离合成电路及形成该波长分离合成电路的光 通路中传播的信号光及控制光的传播方式。在图14(A)及(B)中， 用实线表示控制光传播的通路(控制光在空间中传播的路线)，用虚 线表示信号光的通路(信号光在空间中传播的路线)。图14(A)是 用于说明与作为对第3至第5光开关中的波长分离合成器进行了改良 的光开关的第8光开关的波长分离合成电路有关的动作的图。另外， 图14(B)是用于说明与作为对第6光开关的波长分离合成器进行了 改良的光开关的第8光开关的波长分离合成电路有关的动作的图。
就与作为对第2光开关的波长分离合成电路进行了改良的光开关 的第8光开关的波长分离合成电路有关的动作，在图14(A)中，通 过将通路L3处改写为通路L2，将通路L5处改写为通路L4，将通路 L7处改写为通路L5，将通路L8处改写为通路L6，下面的说明仍然 成立。
波长分离板801可利用在透明基板上形成电介质多层膜的、被称 为电介质多层膜滤波器的波长滤波器。波长分离板801利用具有使波 长为λs的信号光透过、使波长为λp的控制光反射的特性的电介质多 层膜滤波器。若波长为λs的信号光以入射角θ入射到波长分离板801 的形成有电介质多层膜的面上，则其透过电介质多层膜，从透明基板 的形成有电介质多层膜的一侧的相反侧的面，夹着法线向量以角度θ 输出。另一方面，若波长为λp的控制光以入射角θ入射到波长分离 板801的形成有电介质多层膜的面上，则根据反射法则，夹着形成有 电介质多层膜的面的法线向量以角度θ向反射方向输出。
参照图14(A)及图11，说明与作为对第3至第5光开关的波长 分离合成电路进行了改良的光开关的第8光开关的波长分离合成电路 有关的动作。
从通路L3输出、沿CW方向传播的波长为λs的第1信号光的 传播分量以入射角θ射入波长分离板801，透过电介质多层膜后，从 透明基板的形成有电介质多层膜的一侧的相反侧的面，夹着法线向量 以角度θ透过并输出。以角度θ输出的第1信号光由第2反射镜803 反射，再以入射角θ射入波长分离板801，透过波长分离板801后， 输入通路L5中。另一方面，从通路L5输出、沿CCW方向传播的第 2信号光的传播分量从通路L5输出后，以入射角θ射入波长分离板 801，透过电介质多层膜后，从透明基板的形成有电介质多层膜的一侧 的相反侧的面，夹着法线向量以角度θ透过并输出。以角度θ输出的 第2信号光由第2反射镜803反射后，再以入射角θ射入波长分离板 801，透过波长分离板801后，输入通路L3中。
另外，从通路L3输出沿CW方向传播的、波长为λp的控制光 后，以入射角θ射入波长分离板801，由电介质多层膜反射后，通过 偏振面旋转器807，以入射角θ射入第1反射镜805。以入射角θ射入 到第1反射镜805的控制光由第1反射镜805反射后，再以入射角θ 射入波长分离板801，由电介质多层膜反射后，输入通路L5中。偏振 面旋转器807可利用1/2波长板。在控制光通过偏振面旋转器807时， 其偏振面方向旋转90°
如上所述，由于信号光和控制光在波长分离合成电路中传播，所 以根据与在第2光开关的动作说明等中进行的对偏振面旋转部60的作 用说明相同的理由，第8光开关可实现不取决于控制光的偏光状态的 开关动作。
参照图14(B)及图12，说明与作为对第6光开关的波长分离合 成电路进行了改良的光开关的第8光开关的波长分离合成电路有关的 动作。
从通路L3输出、沿CW方向传播的波长为λs的第1信号光的 传播分量以入射角θ射入波长分离板801，透过电介质多层膜后，从 透明基板的形成有电介质多层膜的一侧的相反侧的面，夹着法线向量， 以角度θ透过后输出。以角度θ输出的第1信号光通过偏振面旋转器 806后，由第2反射镜804反射，再以入射角θ射入波长分离板801， 透过波长分离板801后，输入通路L6中。另一方面，从通路L6输出、 沿CCW方向传播的第2信号光的传播分量从通路L6输出后，以入 射角θ射入波长分离板801，透过电介质多层膜后，从透明基板的形 成有电介质多层膜的一侧的相反侧的面，夹着法线向量，以角度θ透 过后输出。以角度θ输出的第2信号光由第2反射镜804反射后，通 过偏振面旋转器806，再以入射角θ射入波长分离板801，透过波长分 离板801后，输入通路L3中。偏振面旋转器806可利用1/2波长板。 在信号光通过偏振面旋转器806时，转换信号光的S分量和P分量。
另外，从通路L3输出沿CW方向传播的、波长为λp的控制光 后，以入射角θ射入波长分离板801，由电介质多层膜反射后，以入 射角θ射入第1反射镜802。以入射角θ射入到第1反射镜802的控 制光由第1反射镜802反射后，再以入射角θ射入波长分离板801， 由电介质多层膜反射后，输入通路L6中。
依据与在第6光开关的动作说明中进行的对第1偏振面旋转部68 的作用说明相同的理由，第8光开关可实现不取决于信号光的偏光状 态的开关动作。
如上所述，在设置于第8光开关中的波长分离合成电路中，将设 置于第2至第6光开关中的波长分离合成电路中使用的合波器及波长 分离器替换成1块波长分离板来构成，所以信号光及控制光强度在通 过合波器时未减少到1/2。因此，与第2至第6光开关相比，开关动作 所必需的控制光的强度为1/2即可。另外，第7光开关必需有第1及 第2波长分离器和2个担负波长分离作用的元件，而第8光开关只必 需1块波长分离板801，担负波长分离作用的元件可以是一个，从而 具有可减少构成部件个数、简单结构、可使尺寸小型化的优点。另外， 因减少1个担负波长分离作用的元件，从而还具有可将通过该元件时 的信号光及控制光的衰减率减少到一半的优点。
在第1及第2光开关中，相位偏置电路500选择构成对信号光进 行导波的光波导环路的通路L1至通路L4中的任意一个通路，并设置 在该通路内(通路的中途位置)。另外，在第3至第6光开关中，选 择构成对信号光进行导波的光波导环路的通路L1至通路L6中的任意 一个通路，并设置在该通路内(通路的中途位置)。另外，在第7及 第8光开关中，设置在与作为其结构基础的第1至第6光开关结构中 的设置场所相同的场所。
在第1至第8实施方式中，最好是在将一端连接于光分波合成器 10的第4端口10-4的输出用光纤146的另一端上，连接将透过波长 的中心设定为λs、且具有可遮断波长λp的特性的光带通滤波器150。 由于从光分波合成器10的第4端口10-4除了输出调制信号光之外， 还输出控制光，所以遮断该控制光，仅输出调制信号光。一般多以从 光开关中仅取出调制信号光作为输出光为目的加以利用。
另外，最好是在连接于光分波合成器10的第1端口10-1一端的 输入用光纤144的另一端上连接光循环器142。这样，输入信号光经 光循环器142输入到输入用光纤144中，从光分波合成器10的第1 端口10-1输入到光波导环路中。然后，在输入用光纤144中对由光波 导环路反射的环路反射光进行导波，输入到光循环器142中，从与输 入了输入信号光的光循环器142的输入端口不同的输出端口输出，并 且不将环路反射光返回到输入信号光所传播的传输线路中。
如果不在输入用光纤144中配置光循环器142，则输出到光分波 合成器10的第1端口10-1的环路反射光在传输来的传输线路中反向 前进，返送到发送侧。通常在时间多路复用光通信中，最好不要从接 收侧向发送侧反向传输发送信号的一部分，所以希望利用光循环器 142，使输出到光分波合成器10的第1端口10-1的环路反射光向信号 光传播来的传输线路之外的传输线路输出。