JPH03267925A

JPH03267925A - 光論理回路

Info

Publication number: JPH03267925A
Application number: JP6685690A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Jinno; 正彦神野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1991-11-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分舒〉本発明は光通信装置、あるいは光コンピュータ等の光信
号処理装置に利用して好適な光論理回路に関する。特に
、光信号を電気に変換する乙となく、光信号のままで、
排他的論理和やその負論理、あるいは加算を行う全光論
理回路に関する。

〈従来の技術〉排他的論理和を光学的に行う方法として、例えば共振器
内に非線形光学媒質を含むファブリ・ベロ共振器の透過
特性の変化を利用した非線形エタロン（“Ｕｓｅ　ｏｆ
　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒＦａｂｒｙ−
Ｐｅｒｏｔ　　ｅｔａｌｏｎ　　ａｓ　　ｏｐｔｉｃａ
ｌ　　　ｌｏｇｉｃ　　ｇａｔｅｓ　　　、人ｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　４４．　ｐｐ
、　１７２−１７４（１９８４））や、第５図に示すよ
うなＬｉＮｂｏ、基盤上に作製したマハ・テエンダ型干
渉計中の光カー効果を利用したものがある（“＾ｎ　ｕ
ｌｔｒａｆａｓｔ　ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ　ｇａｔｅ
″ＩＥＥＥ　　Ｊ、ｏｆ　　ＱｕａｎｔｕＩＩ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ、、ＱＥ−１９，ｐｐ、１７１ｇ−１７２３
（１９８３）　）。第５図に示すようにクロック光５１
は分波ｉ＃５７により２つの光路に分けられ、合波ｉ＃
５６で合波される。り四ツク光５１に対してはマハ・テ
エンダ型干渉計が形作られており、位相制御蕃５８によ
り２つの光路の位相差が２πの整数倍となるようにＩ１
１益されている。論理光入力内５２、及び論理光入力（
Ｅ９５３による光カー効果により一方の光路のみに位相
変化を与えることにより、排他的論理和の動作を実現し
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、上述の非線形エタロンでは、ファブリ・ペロ共
振器の共振特性を利用しているため、光源の絶対周波数
の安定化、単一縦モード化及び共振特性の安定化が必要
であるという欠点がある。

また、ＬｉＮｂＯ３導波路上に作成されたマハ・テエン
ダ型干渉計スイッチでは、ＬｉＮｂ０゜基盤サイズ上の
問題や信号光（論理光）とクロック光との間の群速度差
のため、相互作用長を長くとることができず、光パワー
の増大が避けられない。また、干渉計の動作点の安定化
が難しいという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、以上の点を解決し、低光パワ
ーで、排他的論理和、その負論理、及び加算動作を高安
定に行う光論理回路を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉本光論理回路は上記目的を達成するため、２つの入力ポ
ート及び２つの出力ポートを有し、上記入力ポートはい
ずれも、入力されたクロック光をほぼ均等に分けて２つ
の出力ポートから出力するとともに、入力された第１の
信号光、及び第２の信号光のほとんどをいずれか一方の
出力ポートに出力するという特性を有する光カップラと
、この光カップラの２つの出力ポートを光学的に接続す
る光カー媒質からなる、非線形サグナック干渉計におい
て、入力ポートにクロック光、第１の論理光、及び第２
の論理光が入力されることを特徴とする。それぞれの光
は２つの入力ポートのいずれに入力しても構わず、同一
の入力ポートに入力する必要はない。

く作　　　用〉本光論理回路の作用を第１図を用いて説明する。非線形
サグナック干渉計に入力されたクロック光１１は、光カ
ップラ１５の分岐比がほぼ１対１であるので、信号光（
論理光）がないとき、はぼ等しいパワーに２分された２
つのクロック光は互いに逆回りに光カー媒質１７を含む
ループを伝搬した後、再び光カップラ１５に戻ってくる
。２つのクロック光は同じ光路を通るため、干渉計のア
ームは完全にバランスがとれ、干渉の結果入力したポー
トから出力′１３として出力される。ループに温度変化
、振動等の外乱が加わっても、２つのクロック光は等し
くその影響を受けるため、外乱の影響は相殺され、安定
な動作が得られる。

本非線形ザグナック干渉計に、クロック光１１に同期し
た信号光（論理光）１２が入力されたとする。信号光（
論理光）のほとんどは光カップラ１５のいずれかの出力
ポートから出力されるため、互いに逆回りに伝搬するク
ロック光の一方に対しては同じ向きに等速度で伝搬し、
常にカー効果による位相変調を与え続ける。これに対し
て、他方のクロック光に対しては、ループの中間付近で
瞬間的にすれ違うだけなので、はとんど影響を与えない
。したがって、ループを−回りした後では２つのクロッ
ク光の間に信号光パワーに比例した位相差Δφが生じ、
これによって干渉計の両アームのバランスが崩れ、クロ
ック光の一部はもう一方の入力ポートからも出力１４と
して出力されるようになる。クロック光が入力されたポ
ートからの出力（１，）　１３　、及びもう一方のポー
トからの出力（ＩＴ）　１４は、それぞれＩ、＝Ｉ０（
１＋（２）Δφ）、Ｉア＝Ｉ０−ＩＦｌで与えられ、位
相差に従って第１図（ｂ）に示すように周期的に変化す
る。ここで簡単のため、クロ、り光、信号光（論理光）
とも矩形短パルスとし、クロック光に対する光カップラ
の分岐比は１対１とした。また、Ｉｏは入力クロックの
パワーである。

光論理入力として、Ａ、８２つを考え、これらはそれぞ
れ単独入力の時、互いに逆回りに伝搬するクロック光の
間の位相差がπとなるようなパワーを持つものとする。

また、クロック光の出力Ｉ１．＋１３と、出力■ア１４
を本光論理回路の光論理出力、Ｑ、Ｑと考えるものとす
る。いま、論理光入力Ａ、Ｂが別々の入力ポートから入
力されるとする。Ａ、Ｂいずれも“０″の時はＱは“０
″、Ｑは“１″である。ところがいずれかが“１″の場
合は、位相差はπと−なり、Ｑは“１”、Ｑは０″とな
る。次にＡ、Ｂいずれも１″の時は、どちらの論理光も
クロック光に等しい位相変化を与えるため、位相差は０
となり、Ｑは“θ″、Ｑは“１″となる。以上のことか
ら、Ｑは排他的論理和、Ｑはその負論理を与えることが
わかる。また、両者を使えば、桁上がり付きの加算（半
加算）回路が実現できる。

以上の論理動作は、論理光入力Ａ、Ｂが同し入力ボート
から入力されるときにも実現できる。この場合、論理光
出力自体は先に述べた場合と同じであるが、Ａ、Ｂどち
らも“１″であるとき、Ｑは“０″、Ｑは“１″となる
仕組みが異なｌ）、Ａ、８２つの入力のため位相差が２
πになることによる。

く実　施　例〉第２図は本発明による光論理回路の第１の実施例を示す
図である。図中２０１はクロック光、２０２は論理光入
力Ａ、２０３は論理光入力Ｂである。クロック光と論理
光入力とでは波長が異なり、ダイクロイックミラー２０
６で無損失で合波、分波を行う。光カップラ２０７は光
フアイバ型のカップラで分岐比に波長依存性を有し、ク
ロック光波長では、分岐比はほぼ１対１、信号光波長で
はほぼ１対ｏ１あるいは０対１である。この光カップラ
２０７の２つの出力ポートは光カー媒質である光ファイ
バ２０８により接続され、ループを形成している。光フ
ァイバ２０８は非線形光学定数は小さいが、極低損失で
非常に長い相互作用長を確保でき、また導波構造により
非常に高い光パワー密度を実現できるなど優れた特性を
持つ。

論理光入力内２０２．論理光入力＠２０３が入力されて
いないときは、サグナック干渉計のポート（１）　２０
９から入力されなりロック光入力２０１は、光カップラ
２０７で２分され、光ファイバ２０８を互いに逆回りに
伝搬した後、入力されたポート（１１２０９からそのま
ま出力される。これに対し、いずれかの論理光入力があ
−った場合には、光フアイバループ中の互いに逆回りに
伝搬する２つのクロック光は論理光により光カー効果を
受け、位相がπだけずれるのでほとんどすべてのクロッ
ク入力がボー）（２）２１０から出力される。さらに、
論理光入力因２回が同時に入力されたときは、逆回りに
伝搬する２つのクロック光は等しく位相変化を受けるの
で、入力ボート（１）　２０９から出力される。以上か
ら、ポート（２１２１０からの光出力２０４は排他的論
理和を表し、ボー）（１）２０９からの光出力２０５は
その負論理を表すことになる。

第３図は本発明の光論理回路の第２の実施例を説明する
図である。第１の実施例との違いは、論理光入力囚３０
２．論理光入力（へ）３０３がハーフミラ−３１１で合
波され、ダイクロイックミラー３０６を通して、サグナ
ック干渉計のいずれかのポートから入力する点である。

この場合、２つの論理光入力が同時に入力するときは、
光ファイバ２０８によるループ中を互いに逆回りに伝搬
する２つのクロック光の位相差は２πとなり入力された
クロック光はボー）（１１３０９から出力される。

第１、及び第２の実施例に関して以下のような方策が有
効である。まず、光カー効果の大きさは、偏波状態に依
存するので、光フアイバルー−／２０８．３０８及ヒ光
ファイバカップラ２０７，３０７は直線偏波を保持する
偏波保持ファイバで構成することが有効である。また、
論理光入力とクロック光の偏波分散によるウオークオフ
を防ぐためには、論理光入力波長とクロック光波長の群
速度が等しくなるように設計された分散シフトファイバ
を用いれば良い。ダイクロイックミラー２０６゜３０６
、及びハーフミラ−３１１は光フアイバ型の分波器を用
いても良い。また、クロック光入力２０１，３０１とポ
ート１からの光出力２０５，３０５を分離するためには
、ハーフミラ−を用いるか、偏光ビームスプリッタとフ
ァラデー回転子を組み合わせて用いれば良い。

第４図は本発明の第３の実施例を示す図であって、４０
１は紙面に対して平行な直線偏波を持つクロック光、４
０２，４０３はクロック光と同一の波長を有し紙面に対
して垂直な直線偏波を持つ光論理入力Ａ、Ｂである。

り讐ツク光４０１と論理光入力（５）、＠は偏光ビーム
スプリッタ４０６により無損失で合波される。光カップ
ラ４０７は、クロック光に対しては分岐比がほぼ１対１
、論理光に対しては分岐比がほぼ１対０、あるいは０対
１である。４０８は偏波保持ファイバループである。本
実施例の動作原理は論理光入力とクロック光の合波、分
波を波長領域で行うか、偏波領域で行うかの違いを除け
ば、第１の実施例と同じである。また、同様の類推から
第２実施例と同じように、八−フミラーにより論理光入
力Ａ、Ｂを合波し、これをサグナック干渉計のいずれか
のボートから入力する構成も可能であることが容易にわ
かる。

以上の説明では光ファイバによる構成の例を示したが、
本発明の光論理回路は石英系、あるいはＬｉＮｂ０．系
の平面導波路によっても構成できることは言うまでもな
い。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば、排他的論理和、
その負論理、さらに半加算を超高速高安定に行う、光論
理回路を実現することができる。さらにサグナック干渉
系の構成をとっていることから、相互作用長を長くして
も、擾乱に対する安定性は劣化せず、ループに長尺の光
ファイバを用いて、非常に低パワーの論理動作が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を説明する説明図、第２図は
本発明の第１の実施例を示す構成図、第３図は本発明の
第２の実施例を示す構成図、第４図は本発明の第３の実
施例を示す構成図、第５図は従来の光論理回路を示す構
成図、である。図中、２０６−．３０６はダイクロイックミラー　２０
７，３０７，４０７は光カップラ、２０８．３０８，４
０８は光ファイバ、３１１は２、−フミラー、４０６は
偏光ビームスプリッタである。

Claims

【特許請求の範囲】２つの入力ポート及び２つの出力ポートを有し、上記入
力ポートに入力されたクロック光をほぼ均等に分けて２
つの出力ポートから出力するとともに、上記入力ポート
に入力された第１の論理光及び第２の論理光のほとんど
をいずれか一方の出力ポートから出力する特性を有する
光カップラと、上記光カップラの２つの出力ポートを光学的に接続する
光カー媒質と、を備え、上記入力ポートにクロック光、第１の論理光及び第２の
論理光を入力することを特徴とする光論理回路。