JP2003295248A

JP2003295248A - 高速光ｅｘＯＲ演算装置

Info

Publication number: JP2003295248A
Application number: JP2002103507A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ito; 敏夫伊藤; Rieko Satou; 里江子佐藤; Yasuhiro Suzuki; 安弘鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP3738991B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ｅｘＯＲ演算を高速で実行することができ
るようにする。【解決手段】ループ型干渉計５０の光ファイバ（ルー
プ導波路）５１の中点からシフトした位置に、ＸＰＭ型
の波長変換素子１を介装する。連続光ＣＷは光カプラ５
２にて分岐して右回と左回りの連続光ＣＷ（Ｒ），ＣＷ
（Ｌ）として進行する。波長変換素子１に入射している
信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が同じときには、連続光Ｃ
Ｗ（Ｒ），ＣＷ（Ｌ）は、波長変換素子１を介して外部
に出され、信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が異なるときに
は、連続光ＣＷ（Ｒ），ＣＷ（Ｌ）は、波長変換素子１
を通過して戻ってきて、出力端子５２out から出力され
る。出力端子５２out から出力される光のパルス幅は、
光ファイバ５１ａ，５１ｂの長さの差に応じて規定する
ことができ、パルス幅を短くすることができ、高速演算
が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相互位相変調（Ｘ
ＰＭ）型の波長変換素子とループ型干渉計（サニャック
干渉計）と光フィルタを用いた高速光ｅｘＯＲ演算装置
に関し、光ｅｘＯＲ演算を高速で実行することができる
ように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴ技術の発展に伴う伝送容量の増加に
伴い、光信号のビットレートは２．５Ｇｂ／ｓから１０
Ｇｂ／ｓ、さらには４０Ｇｂ／ｓへと増加する傾向にあ
る。ここで問題となるのが偏波モード分散である。即
ち、一般に光ファイバには偏波面によって速く進む成分
と遅く進む成分が存在するため、例えば光ファイバの入
力端において、光パルス中の速く進む偏波成分（ＴＥ偏
波成分とＴＭ偏波成分のうちの一方）と遅く進む偏波成
分（ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分のうちの他方）の位相
が一致していても、長い光ファイバ中を伝送すると、遅
く進む偏波成分は速く進む偏波成分に対して位相が遅
れ、光ファイバの出力端では、遅く進む偏波成分は速く
進む偏波成分よりも遅れて到着する。この結果、出力端
では光パルス（遅く進む偏波成分と早く進む偏波成分と
を合成したもの）の波形がなまってしまう。

【０００３】この偏波モード分散の値としては、例えば
ファイバ長Ｌ（Ｋｍ）に対し、０．２×Ｌ^1/2（ｐｓ）〜２×Ｌ^1/2（ｐｓ）程度である。すなわち、最悪の場合１００Ｋｍの光ファ
イバを仮定すると２０ｐｓの偏波モード分散が生じる。
この値は２．５Ｇｂ／ｓ（パルス幅４００ｐｓ）や１０
Ｇｂ／ｓ（パルス幅１００ｐｓ）ではさほど大きな問題
ではないが、４０Ｇｂ／ｓ（パルス幅２５ｐｓ）では致
命的な波形劣化となり、符号誤り率を大きく劣化させる
要因となる。

【０００４】そこで、光ファイバの出力端にて、光パル
スを、偏波スプリッタにてＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分
とに分岐し、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分との位相状態
を検出することを発案するに至った。このように、ＴＥ
偏波成分とＴＭ偏波成分との位相状態を検出するため
に、光ｅｘＯＲ（排他的論理和）演算をすることがあ
る。

【０００５】即ち、図３（ａ）に示すように、ＴＥ偏波
成分とＴＭ偏波成分との位相差がある時には、光ｅｘＯ
Ｒ出力が得られ、図３（ｂ）に示すように、ＴＥ偏波成
分とＴＭ偏波成分との位相差が無い時には、光ｅｘＯＲ
出力が０となる。このように、光ｅｘＯＲ演算をするこ
とにより、偏波成分の位相状態の検出をすることができ
る。

【０００６】また、各種の光信号検査回路や光処理回路
において、２つの光信号に対して光ｅｘＯＲ演算を行う
光ｅｘＯＲ回路が必要になることがある。

【０００７】そこで、本願発明者は、光ｅｘＯＲ演算を
させるために、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Mo
dulation）型の波長変換素子を用いた光ｅｘＯＲ回路を
用いていた。

【０００８】ここで、いままで使用していた、光ｅｘＯ
Ｒ回路を、図４を参照して説明する。図４に示す光ｅｘ
ＯＲ回路１は、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Mo
dulation）型の波長変換素子である。この光ｅｘＯＲ回
路１では、平面光導波路（ＰＬＣ：Planar Lightwave C
ircuit）により形成されたプラットホーム１０の面上
に、光導波路により構成した対称マッハツェンダ型光干
渉回路２０が形成されている。

【０００９】対称マッハツェンダ型光干渉回路２０は、
マッハツェンダ型光干渉回路を形成する２本の光干渉用
光導波路２１，２２と信号光用光導波路２３，２４を有
している。そして、入力端側及び出力端側において、そ
れぞれ、光干渉用光導波路２１，２２が近接することに
より方向性光結合器（３ｄＢ光結合器）２５，２６が形
成されている。また、光干渉用光導波路２１と信号光用
光導波路２３とが近接することにより方向性光結合器
（３ｄＢ光結合器）２７が形成され、光干渉用光導波路
２２と信号光用光導波路２４とが近接することにより方
向性光結合器（３ｄＢ光結合器）２８が形成されてい
る。

【００１０】光干渉用光導波路２１，２２により形成さ
れたマッハツェンダ型光干渉回路のうち、アーム導波路
の部分（光干渉用光導波路２１，２２のうち方向性光結
合器２５，２６間に存在する部分）には、半導体光増幅
器３１，３２が介装される状態で実装されている。この
ようにマッハツェンダ型光干渉回路に半導体光増幅器３
１，３２を実装することにより、ＸＰＭ型の波長変換素
子が構成される。

【００１１】更に、この光ｅｘＯＲ回路１には光フィル
タ４０が備えられている。この光フィルタ４０は、制御
光Ｓｓの波長成分（波長λｓ）の光のみを通過させるフ
ィルタ特性を有している。なお、図４において、Ｐ１〜
Ｐ８はポートである。

【００１２】この光ｅｘＯＲ回路１のポートＰ２に、波
長がλｓの連続光である制御光Ｓｓを入射すると、制御
光Ｓｓは、光分岐器として機能する方向性光結合器２５
にて分岐され、光干渉用光導波路２１，２２のアーム導
波路部分を伝送して半導体光増幅器３１，３２に入射さ
れる。

【００１３】ポートＰ１に、波長がλ１の信号光Ｓ１を
入射すると、信号光Ｓ１は方向性光結合器２７を介して
光干渉用光導波路２１に入って半導体光増幅器３１に入
射される。そうすると、半導体光増幅器３１は、飽和現
象によりキャリア密度が減少し屈折率変化が引き起こさ
れる。またポートＰ４に、波長がλ２の信号光Ｓ２を入
射すると、信号光Ｓ２は方向性光結合器２８を介して光
干渉用光導波路２２に入って半導体光増幅器３２に入射
される。そうすると、半導体光増幅器３２は、飽和現象
によりキャリア密度が減少し屈折率変化が引き起こされ
る。

【００１４】なお、方向性光結合器（３ｄＢ光結合器）
２５〜２８の代わりに、マルチモード干渉型の３ｄＢ光
結合器（いわゆるＭＭＩカプラ）を用いても構わない。

【００１５】次に、この光ｅｘＯＲ回路１の動作状態を
説明する。（１）制御光Ｓｓが入射されている状態において、信号
光Ｓ１，Ｓ２が入射されていないとき。このときには、半導体光増幅器３１を通過してきた制御
光Ｓｓと、半導体光増幅器３２を通過してきた制御光Ｓ
ｓとの位相差は零であり、両方の制御光が光合波器とし
て機能する方向性光結合器２６にて合波されるときに、
干渉効果により位相状態が強度変化に変換される。この
ため、ポートＰ７からは光強度が強められた（光信号状
態が「１」となった）制御光Ｓｓが出力され、ポートＰ
６では光強度が弱められて（光信号状態が「０」となっ
て）制御光Ｓｓは出力されない。したがって、光フィル
タ４０からの出力光Ｓｏの光信号状態は「０」となる。

【００１６】（２）制御光Ｓｓが入射されている状態に
おいて、信号光Ｓ１は入射されているが信号光Ｓ２が入
射されていないとき。このときには、半導体光増幅器３１を通過してきた制御
光Ｓｓは半導体光増幅器３１の屈折率変化により位相が
変化させられており、半導体光増幅器３２を通過してき
た制御光Ｓｓは位相変化しておらず、半導体光増幅器３
１を通過してきた制御光Ｓｓと、半導体光増幅器３２を
通過してきた制御光Ｓｓとの間に位相差がある。このた
め、両方の制御光が光合波器として機能する方向性光結
合器２６にて合波されるときに、干渉効果により位相状
態が強度変化に変換される。このため、ポートＰ７では
光強度が弱められて（光信号状態が「０」となって）制
御光Ｓｓが出力されず、ポートＰ６からは光強度が強め
られた（光信号状態が「１」となった）制御光Ｓｓが出
力される。このポートＰ６から出力される制御光Ｓｓの
波形は、信号光Ｓ１の波形の反転波形であり、その周波
数はλｓである。したがって、ポートＰ６から出力され
る制御光Ｓｓは、信号光Ｓ１を波長変換した信号光とな
る。このようにしてポートＰ６から出力された制御光Ｓ
ｓは、フィルタ４０を通過して出力光Ｓｏとなり、その
光信号状態は「１」となる。なお、波長がλ１の信号光
Ｓ１と、波長がλ２の信号光Ｓ２もポートＰ６から出力
されるが、この信号光Ｓ１，Ｓ２は光フィルタ４０にて
カットされる。

【００１７】（３）制御光Ｓｓが入射されている状態に
おいて、信号光Ｓ１は入射されていないが信号光Ｓ２が
入射されているとき。このときには、半導体光増幅器３１を通過してきた制御
光Ｓｓは位相変化しておらず、半導体光増幅器３２を通
過してきた制御光Ｓｓは半導体光増幅器３２の屈折率変
化により位相が変化させられており、半導体光増幅器３
１を通過してきた制御光Ｓｓと、半導体光増幅器３２を
通過してきた制御光Ｓｓとの間に位相差がある。このた
め、両方の制御光が光合波器として機能する方向性光結
合器２６にて合波されるときに、干渉効果により位相状
態が強度変化に変換される。このため、ポートＰ７では
光強度が弱められて（光信号状態が「０」となって）制
御光Ｓｓが出力されず、ポートＰ６からは光強度が強め
られた（光信号状態が「１」となった）制御光Ｓｓが出
力される。このポートＰ６から出力される制御光Ｓｓの
波形は、信号光Ｓ１の波形の反転波形であり、その周波
数はλｓである。したがって、ポートＰ６から出力され
る制御光Ｓｓは、信号光Ｓ２を波長変換した信号光とな
る。このようにしてポートＰ６から出力された制御光Ｓ
ｓは、フィルタ４０を通過して出力光Ｓｏとなり、その
光信号状態は「１」となる。なお、波長がλ１の信号光
Ｓ１と、波長がλ２の信号光Ｓ２もポートＰ６から出力
されるが、この信号光Ｓ１，Ｓ２は光フィルタ４０にて
カットされる。

【００１８】（４）制御光Ｓｓが入射されている状態に
おいて、信号光Ｓ１，Ｓ２が共に入射されているとき。このときには、半導体光増幅器３１を通過してきた制御
光Ｓｓは半導体光増幅器３１の屈折率変化により位相が
変化させられており、同様に、半導体光増幅器３２を通
過してきた制御光Ｓｓは半導体光増幅器３２の屈折率変
化により位相が変化させられており、半導体光増幅器３
１を通過してきて位相変化した制御光Ｓｓと、半導体光
増幅器３２を通過してきて位相変化した制御光Ｓｓとの
間の位相差は零である。このため、両方の制御光が光合
波器として機能する方向性光結合器２６にて合波される
ときに、干渉効果により位相状態が強度変化に変換され
る。このため、ポートＰ７からは光強度が強められた
（光信号状態が「１」となった）制御光Ｓｓが出力さ
れ、ポートＰ６では光強度が弱められて（光信号状態が
「０」となって）制御光Ｓｓは出力されない。したがっ
て、光フィルタ４０からの出力光Ｓｏの光信号状態は
「０」となる。

【００１９】結局、信号光Ｓ１，Ｓ２の光信号状態
「１」，「０」に応じて、出力光Ｓｏの光信号状態
「１」「０」は、図５のようになる。つまり、ポートＰ
６における出力光Ｓｏの光信号状態は、信号光Ｓ１，Ｓ
２をｅｘＯＲ演算した状態となる。

【００２０】したがって、一具体例である図６に示すよ
うに、出力光Ｓｏは、信号光Ｓ１，Ｓ２をｅｘＯＲ演算
した波形となる。

【００２１】なお、ＸＰＭ型波長変換素子（光ｅｘＯＲ
回路１）による光ｅｘＯＲ動作は、制御光Ｓｓの振り分
け動作をしているとして見ることもできる。かかる観点
は、本願発明を説明する際において必要であるので、図
４を参照しつつ、ここで説明しておく。

【００２２】前述した光ｅｘＯＲ動作において説明した
ように、ポートＰ２に入射された制御光Ｓｓは、前述した（１）（４）に示すように、信号光Ｓ１，Ｓ
２が共に入射されていないとき、及び、信号光Ｓ１，Ｓ
２が共に入射されているときには、ポートＰ７から出力
され、前述した（２）（３）に示すように、信号光Ｓ１は入
射されているが信号光Ｓ２が入射されていないとき、及
び、信号光Ｓ１は入射されていないが信号光Ｓ２が入射
されているときには、ポートＰ６から出力される。

【００２３】つまり、のように、信号光Ｓ１，Ｓ２の
信号状態が同じであるためｅｘＯＲ演算結果が０となる
状態のときには、ポートＰ２から入射された制御光Ｓｓ
は、ポートＰ２に対してクロス位置にあるポートＰ７か
ら出力され（これをクロス状態と称する）、のよう
に、信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が異なっているためｅ
ｘＯＲ演算結果が１となる状態のときには、ポートＰ２
から入射された制御光Ｓｓは、ポートＰ２と光干渉用光
導波路２１で結ばれた反対側のポートＰ６から出力され
る（これをバー状態と称する）。

【００２４】このように、信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態
が同じであるためｅｘＯＲ演算結果が０となるときに
は、クロス状態となり、信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が
異なっているためｅｘＯＲ演算結果が１となるときに
は、バー状態となることは、ＸＰＭ型波長変換素子の一
般的な特性である。かかる特性は、制御光Ｓｓがポート
Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７に入射された場合にも同様に生ずる。
このような現象は、半導体光増幅器２３，２４に供給し
ている電流値が同じ場合に生ずるが（通常はこのように
して使用することが多い）、仮に、半導体光増幅器２
３，２４に供給している電流値を異ならせた場合には、
クロス状態とバー状態との関係が、上述したのと逆にな
る。

【００２５】他の従来例である、図７に示す光ｅｘＯＲ
回路１Ａでは、波長変換素子自体の構成は図４に示すも
のと同様であり、光フィルタを無くすために、信号光Ｓ
１，Ｓ２と制御光Ｓｓとの進行方向が逆になるように入
射している。つまり、信号光Ｓ１をポートＰ１に、信号
光Ｓ２をポートＰ４に、制御光ＳｓをポートＰ６に入射
している。このため出力光ＳｏはポートＰ２から出力さ
れる。このポートＰ２からは信号光Ｓ１，Ｓ２が出力さ
れないので、光フィルタが不要になる。

【００２６】信号光Ｓ１，Ｓ２と制御光Ｓｓとの進行方
向を逆にして光フィルタを不要にしていること以外の部
分の構成・動作は、図４に示すものと同様であるので、
重複する説明は省略する。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光ｅ
ｘＯＲ回路１，１Ａでは、図６に示すように、出力光Ｓ
ｏは、立ち上がりは速いが（例えば数ｐｓ）であるが、
立ち下がりは遅い（数十ｐｓ）。これは、光キャリアを
伴う半導体光増幅器３１，３２の非線形効果は、立ち上
がり時間は極めて短いが、励起光（信号光）が切れた後
のキャリアの緩和時間で決まる立ち下がり時間が長いか
らである。このように、出力光Ｓｏの立ち下がり時間が
長いため、光ｅｘＯＲ演算動作を高速化するのに限界が
あった。したがって、周波数の高い信号光を、光ｅｘＯ
Ｒ演算動作することには限界があった。

【００２８】本発明は、上記従来技術に鑑み、高速で光
ｅｘＯＲ演算をすることができる高速光ｅｘＯＲ演算装
置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、光干渉回路を形成する２本の光干渉用光導
波路と、この光干渉用光導波路にそれぞれ個別に信号光
を入射させる２本の信号光用光導波路とを備えると共
に、前記光干渉用光導波路にそれぞれ半導体光増幅器が
介装される状態で実装されている相互位相変調型の波長
変換素子と、ループ導波路と、入力端子と出力端子を有
すると共に前記ループ導波路の両端が接続されている光
カプラとで構成され、前記入力端子に連続光が入射され
るループ型干渉計と、前記ループ型干渉計の前記出力端
子から出力された光のうち前記連続光の波長成分の光の
みを通過させる光フィルタとを有しており、前記ループ
導波路の中点からシフトした位置において、前記波長変
換素子の一方の光干渉用光導波路が、前記ループ導波路
に介装されて接続されていることを特徴とする。この場
合、前記光干渉回路はマッハツェンダ型光干渉回路が好
適である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００３１】図１は、本発明の実施の形態に係る高速光
ｅｘＯＲ演算装置１００を示す。この高速光ｅｘＯＲ演
算装置１００は、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase
Modulation）型の波長変換素子１と、ループ型干渉計
（サニャック干渉計）５０と、光フィルタ６０とで構成
されている。

【００３２】波長変換素子１では、平面光導波路（ＰＬ
Ｃ：Planar Lightwave Circuit）により形成されたプラ
ットホーム１０の面上に、光導波路により構成した対称
マッハツェンダ型光干渉回路２０が形成されている。

【００３３】対称マッハツェンダ型光干渉回路２０は、
マッハツェンダ型光干渉回路を形成する２本の光干渉用
光導波路２１，２２と信号光用光導波路２３，２４を有
している。そして、入力端側及び出力端側において、そ
れぞれ、光干渉用光導波路２１，２２が近接することに
より方向性光結合器（３ｄＢ光結合器）２５，２６が形
成されている。また、光干渉用光導波路２１と信号光用
光導波路２３とが近接することにより方向性光結合器
（３ｄＢ光結合器）２７が形成され、光干渉用光導波路
２２と信号光用光導波路２４とが近接することにより方
向性光結合器（３ｄＢ光結合器）２８が形成されてい
る。

【００３４】光干渉用光導波路２１，２２により形成さ
れたマッハツェンダ型光干渉回路のうち、アーム導波路
の部分には、半導体光増幅器３１，３２が介装される状
態で実装されている。このようにマッハツェンダ型光干
渉回路に半導体光増幅器３１，３２を実装することによ
り、ＸＰＭ型の波長変換素子が構成される。

【００３５】なお、図１において、Ｐ１〜Ｐ８はポート
である。そして第１の信号光Ｓ１がポートＰ１に、第２
の信号光Ｓ２がポートＰ４に入射される。

【００３６】なお、方向性光結合器（３ｄＢ光結合器）
２５〜２８の代わりに、マルチモード干渉型の３ｄＢ光
結合器（いわゆるＭＭＩカプラ）を用いても構わない。

【００３７】このＸＰＭ型の波長変換素子１は、信号光
Ｓ１，Ｓ２の信号状態が同じであるためｅｘＯＲ演算結
果が０となるときには、クロス状態となり、信号光Ｓ
１，Ｓ２の信号状態が異なっているためｅｘＯＲ演算結
果が１となるときには、バー状態となる。

【００３８】したがって、〔１〕信号光Ｓ１，Ｓ２の信
号状態が同じであるためｅｘＯＲ演算結果が０となると
きには、クロス状態となり、ポートＰ７に入射された光
はポートＰ２から出力され、ポートＰ３に入射された光
はポートＰ６から出力され、〔２〕信号光Ｓ１，Ｓ２の
信号状態が異なっているためｅｘＯＲ演算結果が１とな
るときには、バー状態となり、ポートＰ７に入射された
光はポートＰ３から出力され、ポートＰ３に入射された
光はポートＰ７から出力される。

【００３９】ループ型干渉計５０は、ループ導波路とし
て機能する光ファイバ５１と、光ファイバ５１の両端が
接続されている光カプラ５２とで構成されており、光カ
プラ５２には入力端子５２inと出力端子５２out を有し
ている。

【００４０】入力端子５２inには連続光ＣＷが入射され
ており、この連続光ＣＷは光カプラ５２にて分岐し、光
ファイバ５１中を、右回りの連続光ＣＷ（Ｒ）と左回り
の連続光ＣＷ（Ｌ）となって進行する。そして、右回り
の連続光ＣＷ（Ｒ）と左回りの連続光ＣＷ（Ｌ）は光フ
ァイバ５１を一周してから光カプラ５２に戻る（戻って
くる場合の状態については後述する）。

【００４１】このとき、一周して光カプラ５２に戻って
きた右回りの連続光ＣＷ（Ｒ）と左回りの連続光ＣＷ
（Ｌ）の位相が同じである場合には、連続光ＣＷ
（Ｒ），ＣＷ（Ｌ）は干渉して入力端子５２inから出力
される。一方、光カプラ５２に戻ってきた右回りの連続
光ＣＷ（Ｒ）と左回りの連続光ＣＷ（Ｌ）の位相が異な
っている場合（これには、連続光ＣＷ（Ｒ），ＣＷ
（Ｌ）の一方のみが戻ってきた場合も含む）には、干渉
は不完全にした起こらず（または干渉がまったく起こら
ず）、連続光ＣＷ（Ｒ），ＣＷ（Ｌ）は出力端子５２ou
t から出力される。このように位相状態によって出力さ
れてくる端子が異なるのは、ループ型干渉計（サニャッ
ク干渉計）の一般的な特性である。

【００４２】光フィルタ６０は、連続光ＣＷの波長成分
のみを通過させる特性を有しており、光カプラ５２の出
力端子５２out から出力された光をフィルタリングす
る。

【００４３】前述した波長変換素子１は、ループ導波路
である光ファイバ５１の中点から僅かにシフトした位置
に介装されている。換言すると光ファイバ５１は、右側
の光ファイバ５１ａと左側の光ファイバ５１ｂに分離さ
れており、光カプラ５２から導出された光ファイバ５１
ａが、波長変換素子１の光干渉用光導波路２２の右端で
あるポートＰ７に接続され、光カプラ５２から導出され
た光ファイバ５１ｂが、波長変換素子１の光干渉用光導
波路２２の左端であるポートＰ３に接続されており、光
ファイバ５１ａ，５１ｂの先端は波長変換素子１を介し
て接続されていることになる。しかも光ファイバ５１ａ
の長さは、光ファイバ５１ｂの長さよりも長くなってお
り、具体的には例えば１ｍｍ長くなっている。この１ｍ
ｍは、１０〔ｐｓ〕の時間の間に光が伝搬する距離に相
当する。

【００４４】次に、このような構成となっている高速光
ｅｘＯＲ演算装置１００の動作を説明する。

【００４５】入力端子５２inに入射された連続光ＣＷ
は、光カプラ５２にて分岐し、右回りの連続光ＣＷ
（Ｒ）は光ファイバ５１ｂ中を進行して波長変換素子１
のポートＰ３に入射され、左回りの連続光ＣＷ（Ｌ）は
光ファイバ５１ａ中を進行して波長変換素子１のポート
Ｐ７に入射される。

【００４６】信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が「１」，
「１」である場合、または、「０」，「０」である場
合、即ち進行光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が同じである場合
には、波長変換素子１はクロス状態となっている。この
ため、ポートＰ３に入射された右回りの連続光ＣＷ
（Ｒ）はポートＰ６から出力され、ポートＰ７に入射さ
れた左回りの連続光ＣＷ（Ｌ）はポートＰ２から出力さ
れ、光カプラ５２に戻ってくることはない。このため光
カプラ５２の出力端子５２out から連続光ＣＷ（Ｒ），
ＣＷ（Ｌ）は出力されず、光フィルタ６０から出力され
る光ｅｘＯＲ演算出力光Ｐの信号状態は「０」となる。

【００４７】なお、信号光Ｓ１，Ｓ２が光カプラ５２に
達して出力端子５２out から出力されることはあるが、
このような信号光Ｓ１，Ｓ２は光フィルタ６０にてカッ
トされ、光フィルタ６０から出力されることはない。

【００４８】信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が「０」，
「１」である場合、または、「１」，「０」である場
合、即ち信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が異なる場合に
は、波長変換素子１はバー状態となっている。更に、信
号光Ｓ１または信号光Ｓ２が、半導体光増幅器３１また
は半導体光増幅器３２に入射され、半導体光増幅器３１
または半導体光増幅器３２内の屈折率が変化する。この
ため、波長変換素子１に入射された連続光ＣＷ（Ｌ），
ＣＷ（Ｒ）は、半導体光増幅器３１または半導体光増幅
器３２の屈折率変化の影響を受けて、図２（ａ）（ｂ）
に示すように位相変化を起こす。つまり、信号光Ｓ１ま
たはＳ２が立ち上がった時点で、連続光ＣＷ（Ｌ），Ｃ
Ｗ（Ｒ）の位相が急峻に変化し、その後、半導体光増幅
器３１，３２のキャリア変化の回復時間の速度に応じた
時間で元の位相に戻る。

【００４９】波長変換素子１はバー状態となっているた
め、位相変化が起こった連続光ＣＷ（Ｌ）は、光ファイ
バ５１ｂを通って光カプラ５２に戻り、位相変化が起こ
った連続光ＣＷ（Ｒ）は、光ファイバ５１ａを通って光
カプラ５２に戻る。光ファイバ５１ａは、光ファイバ５
１ｂも１ｍｍ長くなっているため、図２（ａ）（ｂ）に
示すように、連続光ＣＷ（Ｌ）が光カプラ５２に戻って
から、１０〔ｐｓ〕だけ時間遅れして、連続光ＣＷ
（Ｒ）が光カプラ５２に戻る。

【００５０】連続光ＣＷ（Ｌ）が光カプラ５２に戻って
きてから、連続光ＣＷ（Ｒ）が光カプラ５２に戻ってく
るまでの１０〔ｐｓ〕の期間Ｔでは、連続光ＣＷ（Ｌ）
のみが光カプラ５２に戻ってくるため、連続光ＣＷ
（Ｌ）は出力端子５２out から出力される。この連続光
ＣＷ（Ｌ）は光フィルタ６０を通過して、図２（ｃ）に
示すように、パルス幅が１０〔ｐｓ〕となったｅｘＯＲ
演算出力光Ｐとなって出力される。

【００５１】期間Ｔが過ぎ、連続光ＣＷ（Ｌ）のみなら
ず連続光ＣＷ（Ｒ）も光カプラ５２に戻ってくると、連
続光ＣＷ（Ｌ），ＣＷ（Ｒ）は同じ位相変化を受けてい
るため両者間に位相差がなく同位相となっているため、
連続光ＣＷ（Ｌ），ＣＷ（Ｒ）は入力端子５２inから出
力され、ｅｘＯＲ演算出力光Ｐの信号状態は「０」とな
る。

【００５２】なお期間Ｔよりも時間的に前の期間では、
信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が同じで、光カプラ５２に
は連続光ＣＷ（Ｌ），ＣＷ（Ｒ）が戻ってこないので、
ｅｘＯＲ演算出力光Ｐの信号状態は「０」となってい
る。

【００５３】結局、信号光Ｓ１，Ｓ２の信号状態が異な
っているためｅｘＯＲ演算結果が１となるときには、ｅ
ｘＯＲ演算出力光Ｐが出力され、信号光Ｓ１，Ｓ２の信
号状態が同じであるためｅｘＯＲ演算結果が０となると
きには、ｅｘＯＲ演算出力光Ｐは出力されず、このｅｘ
ＯＲ演算出力光Ｐの信号状態がｅｘＯＲ演算結果を示す
ことになる。

【００５４】しかも、ｅｘＯＲ演算出力光Ｐのパルス幅
は１０〔ｐｓ〕と短くでき、このパルス幅は光ファイバ
５１ａ，５１ｂの長さの差によって決定できる。つま
り、半導体光増幅器３１，３２のキャリア変化の回復時
間に影響されることなく、ｅｘＯＲ演算出力光Ｐのパル
ス幅を短くすることができる。この結果、光ｅｘＯＲ演
算を光速で実行することができるようになる。

【００５５】

【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように本発明では、相互位相変調型の波長変換素子とル
ープ型干渉計とを組み合わせ、２つの信号光の信号状態
が一致する場合には、ループ型干渉計を通って波長変換
素子に達した連続光を波長変換素子を介して外部に出
し、２つの信号光の信号状態が異なる場合には、連続光
を波長変換素子を通過させてループ型干渉計を循環さ
せ、循環して戻ってきて光カプラの出力端子から出力さ
れた連続光を光ｅｘＯＲ演算結果を示す信号とした。こ
の場合、右回りの連続光と左回りの連続光が戻ってくる
タイミングが異なるため、光カプラの出力端子から出力
される連続光のパルス幅を短くすることができ、高速で
光ｅｘＯＲ演算をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る高速光ｅｘＯＲ演算
装置を示す構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る高速光ｅｘＯＲ演算
装置における光信号状態を示す特性図である。

【図３】光ｅｘＯＲ動作を示す説明図である。

【図４】従来の光ｅｘＯＲ回路を示す構成図である。

【図５】従来の光ｅｘＯＲ回路における出力光の光信号
状態を示す特性図である。

【図６】従来の光ｅｘＯＲ回路における光信号状態を示
す特性図である。

【図７】従来の光ｅｘＯＲ回路の他の例を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１，１Ａ光ｅｘＯＲ回路（ＸＰＭ型波長変換素子）１０プラットホーム２０対称マッハツェンダ型光干渉回路２１，２２光干渉用光導波路２３，２４信号光用光導波路２５〜２８方向性光結合器３１，３２半導体光増幅器４０光フィルタ５０ループ型干渉計５１光ファイバ５１ａ，５１ｂ光ファイバ５２光カプラ５２in 入力端子５２out 出力端子６０光フィルタ１００高速光ｅｘＯＲ演算装置ＣＷ連続光ＣＷ（Ｒ）右回りの連続光ＣＷ（Ｌ）左回りの連続光ＰｅｘＯＲ演算出力光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木安弘東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB23 BA01 CA13 DA07 DA08 HA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光干渉回路を形成する２本の光干渉用光
導波路と、この光干渉用光導波路にそれぞれ個別に信号
光を入射させる２本の信号光用光導波路とを備えると共
に、前記光干渉用光導波路にそれぞれ半導体光増幅器が
介装される状態で実装されている相互位相変調型の波長
変換素子と、ループ導波路と、入力端子と出力端子を有すると共に前
記ループ導波路の両端が接続されている光カプラとで構
成され、前記入力端子に連続光が入射されるループ型干
渉計と、前記ループ型干渉計の前記出力端子から出力された光の
うち前記連続光の波長成分の光のみを通過させる光フィ
ルタとを有しており、前記ループ導波路の中点からシフトした位置において、
前記波長変換素子の一方の光干渉用光導波路が、前記ル
ープ導波路に介装されて接続されていることを特徴とす
る高速光ｅｘＯＲ演算装置。
【請求項２】請求項１において、前記光干渉回路はマ
ッハツェンダ型光干渉回路であることを特徴とする高速
光ｅｘＯＲ演算装置。