JPH0389220A - 光機能回路 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光情報／制御信号の一致／不一致を判定するた
めの光機能回路に関するものである。

〔従来の技術〕

電子交換の分野では、非同期転送モードと呼ばれる新し
い方式も含めてパケット交換方式が主流であり、光交換
でも光パケット交換への関心が高まっている。光パケッ
ト交換では、信号のアドレス等の制御信号を、情報信号
と一緒に伝送し、光交換機の中でアドレス判定して接続
先を決める処理が必要となる。

そのため、このようなアドレス信号の一致／不一致を判
定する光機能回路の実現が求められている。このような
、信号の一致／不一致の判定は、論理回路では排他的論
理回路（ｅｘｏｒ）で実現できる。

これまで、光信号の一致／不一致を判定する機能回路と
しては、電子情報通信学会技術報告、１９８８年２月、
第７〜１４頁、論文番号０ＱＥ８７−１６０に掲載され
ているような、細大出力光電融合機能素子（ＶＳＴＥＰ
）を用いたものが知られている。この方法は、二つの信
号Ａ、Ｂのｅｘｏｒが、Ａ　−Ｂ＋Ａ　−Ｂとなること
から、信号の否定（ｎｏｔ）、論理和（ｏｒ）、論理積
層（ａｎｄ）演算を組み合わせてｅｘｏｒを実現するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この方法では、複数の光論理処理演算を
繰り返して最終的にｅｘｏｒを動作を実現し、判定を行
うため、数種類の光論理動作を必要とする。このため、
処理が複雑化し、処理速度も遅くなるという課題があっ
た。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、−回の簡単な処
理のみで光信号の一致／不一致が判定でき、そのため高
速処理が可能な光機能回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するため本発明による光機能回路の第
１の態様では、ｆｌとｆ２　（ｆ　１＜ｆ　２）なる光
周波数間で、二値光周波数変調された、二つの光信号の
一致／不一致を判定する光機能回路に於いて、三次の光
学非線形媒質と、一致／不−致を判定すべき二つの光信
号を、ビット同期させて合流し、前記光学非線形媒質に
入射させる手段と、前記光学非線形媒質の出力から、ｆ
　３＝２　ｆ２−ｆ１、ｆ４＝２ｆｌ−ｆ２．なる光周
波数のうちの少なくとも一方の光周波数の光を選択的に
取り出す手段とを備える。

また、第２の態様ではｆｌとｆ２　（ｆｌ＜ｆ２）なる
光周波数間で、二値光周波数変調された、二つの光信号
の一致／不一致を判定する光機能回路に於て、直流駆動
される半導体レーザ光増幅器と、一致／不一致を判定す
べき二つの光信号を、ビット同期させて合流し、前記半
導体レーデ光増幅器に入射させる手段と、前記半導体レ
ーザ光増幅器の端子電圧から、Δｆ＝ｆ２−ｆｌ近傍の
周波数成分の有無を検出する手段とを備える。

更に第３の態様では、ｆｌとｆ２　（ｆｌ＜ｆ２）なる
光周波数間で、二値光周波数変調された、二つの光信号
の一致／不一致を判定する光機能回路に於て、一致／不
一致を判定すべき二つの光信号を、ビット同期させて合
流する手段と、前記合流手段の光出力を光電変換する手
段と、前記光電変換手段の出力電気信号から、Δｆ＝ｆ
２−ｆｌ近傍の周波数成分の有無を検出する手段とを備
えて戒る。

〔作用〕

本発明は、三次の光学非線形媒質内の西光波混合現象を
利用したものである。二つの、お互いに僅かに異なる光
周波数ｆ１、ｆ２　（ｆｌ＜ｆ２とする）の二つの光を
、三次の光学非線形媒質に入射させると、ｆｌから低周
波側へ、ｆ２から高周波側へ、それぞれΔｆ＝ｆ２−ｆ
ｌだけ離れたｔ３＝２ｆ２−ｆ１、ｆ４＝２ｆｌ−ｆ２
という二つの光周波数成分の光が、光学非線形媒質内で
発生する。これが、四光波混合と呼ばれる現象である。

光学非線形媒質に入射する２つの光の光周波数が一致し
ている場合にはこのような入射光と異なる光周波数の光
は発生しない。本発明はこの現象を利用したものである
。

ここで光学非線形媒質に入射する二つの信号１゜２が、
共に、光周波数ｆ１、ｆ２をそれぞれ”０””１”に対
応させた情報信号である場合を考える。

この場合１．２が共に”１”もしくは”０”で−致して
いるときには、光学非線形媒質に入射する２つの光の光
周波数が一致しているためｆ３．ｆ４の光周波数成分の
光は現れない。一方、光信号１．２が不一致の場合には
光周波数ｆ１、ｆ２の二つの光が同時に光学非線形媒質
に入射するので、光周波数ｆ３．ｆ４の光が発生する。

つまり、光周波数ｆ３．ｆ４の光強度を観測すれば、二
つの光信号１．２の一致／不一致を判定できるわけであ
る。信号の一致、不一致の判定方法としては、光周波数
ｆ３．ｆ４の光を、光フィルタにより選択的に取り出せ
ば、光信号として、一致、不一致の情報が取り出せる。

電子情報通信学会技術報告、論文番号０ＱＥ８８−３４
に詳しく述べられているように、進行波型半導体レーザ
光増幅器では、数１０μＷの入力光パワーに対しｍＷレ
ベルの四光波混合出力が得られる事が知られており、三
次の光学非線形媒質として有望である。従って、この現
象を積極的に利用することが可能である。

また、光学非線形媒質として半導体レーザ光増幅器を用
いた時には、ｆ１、ｆ２の光が同時に入射すると、活性
層内のキャリア密度が周波数Δｆで脈動する。二つの光
信号の光周波数が一致している場合には、周波数Δｆの
成分は現れない。従って、半導体レーザ光線増幅器の端
子電圧変化のスペクトラムのΔｆ付近の信号を観測して
も、致、不一致の判定が可能となる。この場合には、半
導体レーザ光増幅器の光出力を判定用には使わないので
、光信号を有効に利用出来ると言う利点が生じる。

また、ｆｌとｆ２の差周波数Δｆが光検出器の帯域に比
べ小さい場合には、判定すべき二つの光信号を合波して
光電変換し、光ヘテロゲイン検波方式と同様に。ＩＦ帯
でΔｆ付近の信号を取り出すことにより、電気信号とし
て、一致、不一致の情報を知る事ができる。

この光判定回路は、判定すべき信号を合流して光学非線
形媒質、もしくは光電変換器に入射させるというただ一
回のプロセスで判定出力が得られる。従って、遅延のな
い高速な処理が可能となる。

また、複雑な論理回路は不要で、非常に簡単な処理で判
定が可能である。

〔実施例〕

第１図は、本発明による光判定回路の第一の実施例の樋
底を示す図である。

一致／不一致を判定すべき二つの信号１，２はそれぞれ
異なる光周波数ｆ１、ｆ２　（ｆ２＞ｆ１、ここでは、
光周波数間隔Δｆ＝２ＧＨｚ）の間で、二値光周波数変
調されている。

この二つの光信号１．２は、時間的に同期された状態で
、光ファイバを融着した構造の光合流器３により合流さ
れ、直流電源４により駆動される半導体レーザ光増幅器
５に統合される。

半導体レーザ光増幅器５としてはファプリーペロー型半
導体レーザの両端面に無反射コート（反射率０．１％〉
を施したものが用いられる。素子長は３００μｍで、駆
動電流１００ｍＡで動作させる。

半導体レーザ光増幅器５の出力は、反射光の影響を除く
為に設置した光アイソレータ６を介して、可変波長フィ
ルタ７へ結合される。

可変波長フィルタ７としては、電子情報通信学会技術報
告、論文番号０ＱＥ８８−６５に記載されている、位相
シフト制御壁ＤＦＢ−ＬＤフィルタが用いられる。この
位相シフト制御壁ＤＦＢ−ＬＤフィルタは、二つの活性
領域の中央に位相制御領域を持つ構造で、発振しきい値
以下のバイアス条件で、数Ｇ、Ｈｚの選択幅で一つの波
長の光だけを選択的に増幅できる。位相制御領域への注
入電流により、増幅する波長をｌｎｍ程度に亙、連続的
に変化させることができ、更に活性領域への注入電流に
より、利得を制御できるものである。

電源８により活性領域を、電源９により位相制御領域を
駆動することにより、選択波長、利得を制御し、ｆ　３
＝２　ｆ　２−ｆ　１もしくはｆ　４＝２　ｆｌ−１２
の光周波数成分のみを選択的に増幅するようにして、光
出力１０を得る。

第２図は本発明による光判定回路の動作を説明するため
の図である。

図に於て（ａ）、　（ｂ）は光信号１，２のスペクトラ
ム、（Ｃ）は半導体レーザ光増幅器５の出力のスペクト
ルを示している。ここでは、光信号１がｆ１、光信号２
がｆ２で光周波数が一致していない場合を示しており、
半導体レーザ光増幅器５の出力には、西光波混合により
発生した光周波数ｆ３．ｆ４の光が現れている。

可変波長フィルタ７では、この内、四光波混合課程で発
生した光周波数成分（図ではｆ３）のみを選択的に取り
出すので、図に示した場合には、光出力ＩＯとして有限
の光パワーが取り出される。

光信号１がｆ２、光信号２がｆｌの場合も同様である。

一方、光信号１，２が共にｆｌもしくはｆ２で一致して
いる時には光周波数ｆ３．ｆ４の成分は現れない。従っ
て、可変波長フィルタ７の出力ＩＯは零となる。つまり
、光信号１，２の各ビットが不一致の時のみ可変波長フ
ィルタ７の出力に信号が現われるわけで、これにより、
光信号１゜２の一致／不一致の判定が可能である。

第３図は本発明による光機能回路の実際の判定動作を説
明するためのタイミング・チャートである。図に於いて
、（ａ）は光信号１，２が一致している場合、（ロ）は
４ビツト目が不一致の場合を示す。

（ａ）の場合、全てのビットで、光信号１．２は一致し
ているため、可変波長フィルタ７の出力は、全ビットに
亙、零となる。一方、（ロ）では４ビツト目で、光信号
１は”ｆ”、光信号２は”０”となり不一致生じている
ため、４ビツト目に、可変波長フィルタ７から信号が出
力される。このように、可変波長フィルタ７の出力が１
ビツトでも零でなくなれば光信号１，２は不一致である
と判定出来る。

本実施例の光機能回路は、判定すべき信号を合流して光
学非線形媒質（ここでは半導体レーザ光増幅器）に入射
させるだけで、判定動作が得られる。従って、遅延のな
い高速な処理が可能となる。

また、複雑な論理回路は不要で、非常に簡単な処理で判
定が可能である。

光学非線形媒質として半導体レーザ光増幅器を用いた場
合には、四光波混合課程は、二つの入力光の差周波数Δ
ｆでのキャリアの脈動の効果により増強され、結果的に
大きな非線形効果が得られる。従って、非線形効果の応
答速度はキャリアの寿命で制限される。しかし、進行波
型半導体レーザ光増幅器内でのキャリア寿命は数１００
ｐｓｅＣ９のオーダであることから数Ｇ　ｂ　／　ｓ程
度の信号の判定は充分可能である。キャリアの変動を伴
わない三次の光学非線形過程による、四光波混合では、
その応答速度はｐｓｅｃ、以下の超高速なものとなる。

本実施例では、光信号１．２として数１０μＷオーダの
パワーの光を用いた場合、可変波長フィルタの出力光パ
ワ二は数ｍＷであった。この様に大きな光出力が得られ
るため、可変波長フィルタ出力により、直接光機能素子
を駆動することも可能である。

本発明による光機能回路では、判定すべき信号同士がビ
ット同期している事が必要である。この条件は、一方の
信号に同期用の信号を波長多重等の手段で乗せておき、
それを元に同期をとる、予め基準となるクロックをシス
テム内に分配しておき、それに同期させてシステムを動
作させる、等の方法により容易に満足させることが出来
る。

実施例では、ｆ３の光周波数成分を選択的に取り出した
が、ｆ４の周波数成分を用いてもよいのは言うまでもな
い。半導体レーザ光増幅器としては、ここで用いた進行
波型の他、共振型のものも使用できるが、帯域広い等の
点で進行波型の方が優れている。半導体レーザ光増幅器
５と可変波長フィルタ７の間に置いた光アイソレータ６
は二つのアクティブなデバイス間の相互作用を防ぐため
に用いたもので、デバイス動作条件によっては省略でき
る。また、可変波長フィルタとして受動型のものを用い
た際には必須ではない。

第４図は本発明による光判定回路の第二の実施例の構成
を示す図である。

本実施例においては、光信号１，２．光合流器３、電源
４．半導体レーザ光増幅器５は既に説明した実施例１と
全く同じである。

本実施例では、電源４と半導体レーザ光増幅器５の間に
バイアスＴ２０を挿入し、半導体レーザ光増幅器５の端
子電圧変化の高周波成分を取り出す。バイアスＴ２０に
より取り出された信号を、増幅器１２により増幅した後
、復調器１３により復調信号を得る。この復調信号の内
、Δｆ＝ｆ２−ｆｌを中心とする周波数成分を帯域フィ
ルタ１４で取り出して増幅器１５で増幅した後、低域フ
ィルタ１６を通すことにより、出力端子１７に出力が電
気信号として取り出される。本実施例ではΔｆ＝２ＧＨ
２としているので、帯域フィルタ１４の帯域はＩＧＨｚ
にとっている。

半導体レーザ光増幅器５に異なる二つの光周波数ｆ１、
ｆ２の光が入射すると、その差周波数Δｆ＝ｆ　２−ｆ
　１で、半導体レーザ光増幅器５の内部のキャリアの脈
動が生じる。従って、半導体レーザ光増幅器５の端子電
圧変化にも、周波数Δｆの脈動成分が含まれる。

一方、二つの光信号の光周波数が一致している場合には
、周波数Δｆの信号成分は現れない。このため周波数Δ
ｆの成分の有無を検出することにより、光信号１，２の
一致／不一致の判定が可能である。一致／不一致の情報
は周波数Δｆの搬送波に乗っているので、これを復調す
る手法は、通常の、電波、光でのヘテロゲイン検波方式
と全く同じである。本実施例の実現のためには、差周波
数Δｆ以上の周波数名、キャリアの応答が追従すること
が必要である。先に述べたように、進行波型半導体レー
ザ光増幅器内部のキャリア寿命は数１００ｐｓｅｃ程度
であるから、Δｆ＜５ＧＨｚにとれば、本実施例の動作
に問題はない。

第５図は本発明による光判定回路の第三の実施例の構成
を示す。光信号１，２．光合流器３については、実施例
１．２と全く同様である。

本実施例では、光合流器３の光出力を光検出器１１にま
り光電変換し、増幅器１２により増幅した後、復調器１
３により復調信号を得る。この復調信号の内、Δｆ＝ｆ
２−ｆｌを中心とする周波数成分を帯域フィルタ１４で
取り出して増幅器１５で増幅した後、低域フィルタ１６
を通すことにより、出力端子１７に出力が電気信号とし
て取り出される。本実施例ではΔｆ＝２ＧＨ２としてい
るので、帯域フィルタ１４の帯域はＩＧＨｚにとった。

光信号１，２の光周波数が一致していない時には、光検
出器１１の出力には、周波数Δｆの近傍に、二つの信号
のビートが現れる。一方、二つの光信号の周波数が、ｆ
１、又はｆ２で一致しているときには、ビートは直流付
近に現れ、Δｆ付近には現れない。従って、これを利用
して、先の実施例１，２と同様に光信号１．２の一致／
不一致の判定ができる。本実施例は、光ヘテロゲイン受
信機の局部発振光源の光周波数が、信号に応じて、ｆ’
）、、ｆ２の間で二値光周波数変調されているのと全く
同様と考えることができる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明による光機能回路
によれば、−回の簡単な処理のみで光信号の一致／不一
致が判定でき、高速処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光機能回路の第一の実施例の構成
を示す図、第２図と第３図は本発明による光機能回路の
第一の実施例の動作を説明するための図、第４図と第５
図は本発明による光機能回路の第二と第三の実施例の構
成をそれぞれ示す図である。 １、　２．　１０・・・・・・光信号、３・・・・・・
光合流器、４゜８．９・・・・・・電源、５・・・・・
・半導体レーザ光増幅器、６・・・・・・光アイソレー
タ、７・・・・・・可変波長フィルタ、１１・・・・・
・光検出器、１２．１５・・・・・・増幅器、１４゜１
６・・・・・・フィルタ、１７・・・・・・端子、２０
・・・・・・バイアスＴ０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｆ１とｆ２（ｆ１＜ｆ２）なる光周波数間で二値
   光周波数変調された、二つの光信号について一致か不一
   致かを判定する光機能回路に於て、三次の光学非線形媒
   質と、一致か不一致かを判定すべき二つの光信号をビッ
   ト同期させて合流して前記光学非線形媒質に入射させる
   手段と、前記光学非線形媒質の出力から、ｆ３＝２ｆ２
   −ｆ１、ｆ４＝２ｆ１−ｆ２、なる光周波数のうちの少
   なくとも一方の光周波数の光を選択的に取り出す手段と
   を備えて成ることを特徴とする光機能回路。
2. （２）ｆ１とｆ２（ｆ１＜ｆ２）なる光周波数間で二値
   光周波数変調された、二つの光信号について一致か不一
   致かを判定する光機能回路に於て、直流駆動される半導
   体レーザ光増幅器と、一致か不一致を判定すべき二つの
   光信号をビット同期させて合流して前記半導体レーザ光
   増幅器に入射させる手段と、前記半導体レーザ光増幅器
   の端子電圧からΔｆ＝ｆ２−ｆ１近傍の周波数成分の有
   無を検出する手段とを備えて成ることを特徴とする光機
   能回路。
3. （３）ｆ１とｆ２（ｆ１＜ｆ２）なる光周波数間で二値
   光周波数変調された、二つの光信号について一致か不一
   致かを判定する光機能回路に於て、一致か不一致かを判
   定すべき二つの光信号をビット同期させて合流する手段
   と、前記合流手段の光出力を光電変換する手段と、前記
   光電変換手段の出力電気信号からΔｆ＝ｆ２−ｆ１近傍
   の周波数成分の有無を検出する手段を備えて成ることを
   特徴とする光機能回路。