JPH04241333A

JPH04241333A - 光排他的論理和回路

Info

Publication number: JPH04241333A
Application number: JP3016086A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuda; 裕之津田; Takashi Kurokawa; 隆志黒川; Chikara Amano; 主税天野; Shinji Matsuo; 慎治松尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1992-08-28

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つの光入力信号間の
排他的論理和動作を行い、その結果を光信号として出力
する光排他的論理和回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、２つの光入力信号間の排他的論理
和動作を行う場合、例えば図３（ａ）に示すような構成
によるものがある。ここで、２０１は光・電気変換部、
２０２は電気回路による排他的論理和回路、２０３は電
気・光変換部である。すなわち、光・電気変換部２０１
で光信号を電気信号に変換し、排他的論理和回路２０２
で排他的論理和動作を行った後、改めて電気・光変換部
２０３で光信号に変換して出力するものである。

【０００３】また、図３（ｂ）に他の従来例を示す。同
図において、２０４は光ＮＡＮＤ素子、２０５は光ＮＯ
Ｔ素子、２０６は光ＯＲ素子である。このような構成に
おいては、単一の素子に３種の機能を持たせることは殆
ど不可能であるため、異なる３種の機能を持つ素子が必
要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３（
ａ）に示す従来の構成では、電気回路の動作帯域に制限
されて高速な信号処理を行うことができない。また、光
・電気、電気・光の変換が必要となるために、装置が大
型化し、多数の回路を集積することが困難となる欠点が
あった。

【０００５】また、図３（ｂ）に示す他の従来例の場合
は、単一の素子に３種の機能を持たせることは殆ど不可
能であるため、異なる３種の機能を持つ素子が必要とな
って構成が複雑となり、集積化が困難になるとともに、
素子が縦列に接続されているため、充分に同期のタイミ
ングをはかって素子を駆動させなければならないという
欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上のような欠
点を解決すべくなされたもので、光素子の広帯域性を生
かして高速に２つの光信号の排他的論理和動作を行い、
インバータ機能を有する素子のみで構成し、１段の動作
で排他的論理和の演算を行い、小型に集積可能な光排他
的論理和回路を提供することを目的とする。すなわち、
上記の課題を解決するために、本発明は、空中または導
波路中または光ファイバ中を伝搬する２つの光ビームを
それぞれ２つに分岐して第１〜第４の光ビームを生成す
る光分岐部と、第１の光インバータ素子および第２の光
インバータ素子と、第１および第２の光インバータ素子
へエネルギーを供給するエネルギー供給系と、第１の光
ビームを第１の光インバータ素子の制御光入力端子へ導
波し，第２の光ビームを第２の光インバータ素子の信号
光入力端子へ導波し，第３の光ビームを第２の光インバ
ータ素子の制御光入力端子へ導波し，第４の光ビームを
第１の光インバータ素子の信号光入力端子へ導波する光
結合部と、第１の光インバータ素子および第２の光イン
バータ素子からの出力光を合波して出力する光出力部と
から構成されるものである。また、第２発明は、第１お
よび第２の光インバータ素子は光受光部と光変調部とか
らなり両者は光学的ないしは電気的に結合され、光受光
部への入力光強度の増加とともに光変調部の光透過率ま
たは光反射率が減少する素子であることを特徴とするも
のである。また、第３発明は、第１および第２の光イン
バータ素子は制御光強度に応じて媒質の屈折率または利
得が変化し、制御光強度の増加とともに信号光に対する
光透過率または光反射率が減少する素子であることを特
徴とするものである。また、第４発明は、第１および第
２の光インバータ素子は制御光強度に応じて信号光の透
過偏光状態を変化させる部分と検光子とからなり、制御
光強度の増加とともに信号光に対する光透過率または光
反射率が減少する素子であることを特徴とするものであ
る。また、第５発明は、第１および第２の光インバータ
素子は制御光強度に応じて信号光の透過波長を変化させ
る部分と波長フィルタとからなり、制御光強度の増加と
ともに信号光に対する光透過率または光反射率が減少す
る素子であることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】空中または導波路中または光ファイバ中を伝搬
する２つの光ビームは、第１〜第４の光ビームとして生
成され、第１の光インバータ素子および第２の光インバ
ータ素子へ導波される。第１および第２の光インバータ
素子においては、これら第１〜第４の光ビームの入力に
基づき光透過率または光反射率を減少して出力し、さら
にこれらの出力光は光出力部により合波されて出力され
る。この結果、光素子の広帯域性を活かして高速に２つ
の光信号の排他的論理和動作が行われることになる。ま
た、インバータ機能を有する素子のみで構成されること
から、１段の動作で排他的論理和の演算が可能となり、
素子間の同期をとる必要がなくなるとともに、回路の集
積化が容易となる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の概念図である。同図において、ＩＶ
１およびＩＶ２は光インバータ素子であり、信号光入力
端子ＩＰと制御光入力端子ＣＰと信号光出力端子ＯＰと
を有し、制御光入力端子ＣＰへの入力光強度が増加する
と、信号光入力端子ＩＰ−信号光出力端子ＯＰ間の光透
過率ないしは光反射率が減少するような特性を有してい
る。すなわち、光インバータ素子が透過型の場合は透過
率が減少し、反射型の場合には反射率が減少するような
特性を有している。また、ＥＮ１，ＥＮ２はそれぞれ光
インバータ素子へのエネルギー供給系、ＤＳは光分岐部
、ＣＮは光結合部、ＯＴは光出力部である。また、Ｌ１
，Ｌ２は入射信号光ビーム、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは入射信号
光ビームＬ１を２分岐した光ビーム、Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは
入射信号光ビームＬ２を２分岐した光ビーム、Ｐｏ１は
光インバータ素子ＩＶ１からの出力光ビーム、Ｐｏ２は
光インバータ素子ＩＶ２からの出力光ビーム、Ｐｏは本
発明の光排他的論理和回路の最終的な出力光ビームであ
る。以下、この概念の詳細な実施例について説明する。

【０００９】図２は、本発明の光排他的論理和回路の第
１実施例を示す構成図である。同図の回路は、反射型の
光インバータ素子を適用した例を示している。図２にお
いて、１０１ａ，１０１ｂはＭＱＷｐｉｎダイオードと
フォトトランジスタとを集積化した後述する光インバー
タ素子、１０２は光インバータ素子１０１ａ，１０１ｂ
への電力供給系、１０３は１／２波長板、１０４は偏光
ビームスプリッターである。そして、１／２波長板１０
３とこの偏光ビームスプリッター１０４とから光分岐部
１０５は構成されている。また、１０６は直角プリズム
、１０７は１／４波長板、１０８は偏光ビームスプリッ
ターである。そして、直角プリズム１０６，１／４波長
板１０７および偏光ビームスプリッター１０８から光結
合部１１３は構成されている。また、１０９は１／２波
長板、１１０は偏光ビームスプリッター、１１１は直角
プリズムである。そして、１／２波長板１０９，偏光ビ
ームスプリッター１１０および直角プリズム１１１から
光出力部１１２は構成されている。

【００１０】次に、上記第１実施例における光インバー
タ素子１０１ａ，１０１ｂについて詳述する。図４（ａ
）は、光インバータ素子の構造を示す図であり、３０１
はＡｕＺｎＮｉ電極、３０２はＳｉＮ反射防止膜、３０
３はｐ−Ａｌ０．３　Ｇａ０．７　Ａｓグラッド層、３
０４はｉ−Ａｌ０．３　Ｇａ０．７　Ａｓ／ＧａＡｓＭ
ＱＷ層、３０５はｎ−ＤＢＲ層、３０６はｎ−Ａｌ０．
３　Ｇａ０．７　Ａｓエミッタ層、３０７はｐ−ＧａＡ
ｓベース層、３０８はｎ−ＧａＡｓコレクタ層、３０９
はＳｉＮ反射防止膜、３１０はＧａＡｓ基板、３１１は
ＡｕＧｅＮｉ電極、３１２はＳｉＮ絶縁層、３１３はｐ
−ＧａＡｓキャップ層、３１４は光変調部（信号光入力
端子）で電気的にはｐｉｎフォトダイオードとして機能
し、３１５は光受光部（制御光入力端子）で電気的には
フォトトランジスタとして機能する。

【００１１】図４（ｂ）は、この素子の等価回路図を示
したものである。この素子は電気的にはフォトダイオー
ドとフォトトランジスタとを接続させたもので、両端に
は逆バイアス電圧「−Ｖ」が印加される。そして、フォ
トダイオードの両端の電圧をＶ１，フォトトランジスタ
の両端の電圧をＶ２とすると、フォトダイオードにはバ
イアス光Ｐｂが入射されＤＲＢ層３０５で反射されて出
力光Ｐｏとなる。ＤＲＢ層３０５は、入射光が出力側に
でないようにする役割を果たす。入射信号光のない場合
は、印加された電圧はフォトトランジスタにかかり（Ｖ
２〜Ｖ）、フォトダイオード、すなわち、図４（ａ）の
ＭＱＷ層３０４の両端の電圧Ｖ１はほぼ０Ｖである。こ
の状態で入射光の波長をＭＱＷ層３０４の光の吸収端と
すれば、光は殆ど吸収されずに反射される。ところがフ
ォトトランジスタに光を入射すると、フォトトランジス
タのエミッタ−コレクタ間に増幅された光電流が流れる
ため、Ｖ２〜０，Ｖ１〜Ｖとなる。ＭＱＷ層３０４は、
電圧を印加すると、ＱＣＳＥ（Ｑｕａｎｔａｍ　　Ｃｏ
ｎｆｉｎｅｄ　　Ｓｔａｒｋ　　Ｅｆｆｅｃｔ）効果を
生じ、吸収端が長波長側にシフトするため、入射光の波
長は吸収領域にはいる。このため、ＭＱＷ層３０４が光
を吸収し、反射光は減衰する。その特性を示したものが
図４（ｃ）である。すなわち、この素子は入射光に対し
て出力光が減少する光インバータの機能を有する。

【００１２】次に、光排他的論理和回路の動作を説明す
る。表１は、光インバータ素子の光論理の真理値表であ
る。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１において、数字「１」は光強度が光イ
ンバータ素子のしきい値に対して大きいことを示し、ま
た、数字「０」はしきい値に対して充分小さいことを示
している。この真理値表は、図４（ｃ）より明らかであ
る。入射信号光ビームが直線偏光であるとすると、１／
２波長板１０３を調整し、偏光ビームスプリッターで等
しい光量の光ビームに２分することができる。そのため
、光分岐部１０５では光量の等しい４本のビームＬ１ａ
，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを生成する。光インバータ素
子は、デジタル的に動作させるので、光強度に多少のば
らつきがあっても問題にはならない。光ビームＬ１ａ，
Ｌ２ａは、そのまま光インバータ素子１０１ａ，１０１
ｂの受光部（制御光入力端子）に入射される。光結合部
１１１に入射した光ビームＬ１ｂは、直角プリズム１０
６、偏光ビームスプリッター１０８で反射される。ついで、１／４波長板１０７で円偏光に変換され、光イ
ンバータ素子１０１ａの変調部（信号光入力端子）に入
射される。そして、反射して出力光Ｐｏ１となり、１／
４波長板で光ビームＬ１ｂとは直交する偏光面を持つ直
線偏光に変換され、偏光ビームスプリッター１０８を透
過して光出力部１１２へ入る。また、光ビームＬ２ｂも
同様である。光インバータ素子には、電力供給系１０２
によって逆バイアス電圧「−Ｖ」が印加されている。光
出力部１１２において、出力光ビームＰｏ２は１／２波
長板１０９で偏光面を９０度回転され、直角プリズム１
１１および偏光ビームスプリッター１１０で反射される
。また、出力光ビームＰｏ１は、そのまま偏光ビームス
プリッター１１０を透過し、偏光ビームスプリッター１
１０上で出力光ビームＰｏ１，Ｐｏ２は結合されて出力
光Ｐｏとなる。表１から明らかなように、光インバータ
素子は、受光部に光が入射せず、かつ、バイアス光が入
射する場合のみ光信号を出力する。表２は、このことを
考慮した光排他的論理和回路の入射光に対する出力光の
真理値表である。

【００１５】

【表２】

【００１６】この表２に示す真理値表から、光ビームＬ
１，Ｌ２が同時に「１」あるいは「０」の状態の場合に
は光を出力せず、光ビームＬ１，Ｌ２がそれぞれ異なる
状態の場合には光を出力することがわかる。すなわち、
この光回路は、排他的論理和動作を行うことになる。

【００１７】この実施例では、入射光は直線偏光である
ことを仮定しているが、ランダム偏光の場合は、偏光ビ
ームスプリッター１０４，１０８，１１０をハーフミラ
ーとし、１／２波長板１０３，１／４波長板１０７およ
び１／２波長板１０９を取り除くようにすれば良い。ま
た、楕円偏光の場合は、１／２波長板１０３の手前に１
／４波長板を配置し、直線偏光に変換すれば良い。また
、この実施例では、変調部に垂直に光を入射し、その反
射光を取り出しているが、斜めに入射することで偏光を
用いずに入射光と反射光との分離を図ることが可能であ
る。また、ビーム径に比べて光インバータ素子が小さい
場合は、レンズを用いるようにすれば良い。また、この
実施例では、ＧａＡｓ系の材料を挙げているが、使用波
長に応じてＩｎＰ系等の他の材料系でも同様の構成が可
能である。

【００１８】図５は、本発明の第２の実施例を示す構成
図である。これは、第１の実施例を導波管を用いて構成
したものである。５０１ａおよび５０１ｂは光インバー
タ素子の変調部で、上から順に、ＡｕＺｎＮｉ電極、ｐ
−Ａｌ０．３　Ｇａ０．７　Ａｓグラッド層、ｉ−Ａｌ
０．３　Ｇａ０．７　Ａｓ／ＧａＡｓＭＱＷ層、ｎ−Ａ
ｌ０．３　Ｇａ０．７　Ａｓグラッド層が積層されてお
り、ＭＱＷ層が光導波層となっている。また、側面より
ｎ−Ａｌ０．３　Ｇａ０．７　Ａｓグラッド層にＡｕＧ
ｅＮｉ電極５０５ａ，５０５ｂが取り付けられている。５０２ａ，５０２ｂは光インバータ素子の受光部であり
、上から順に、ＡｕＧｅＮｉ電極、ｎ−Ａｌ０．３　Ｇ
ａ０．７　Ａｓエミッタ層、ｐ−ＧａＡｓベース層、ｎ
−ＧａＡｓコレクタ層が積層されている。また、金線５
０６ａ，５０６ｂによりＡｕＧｅＮｉ電極５０５ａと光
インバータ素子の受光部５０２ａ、および、ＡｕＧｅＮ
ｉ電極５０５ｂと光インバータ素子の受光部５０２ｂが
それぞれ接続されている。５０３は光導波路、５０４は
方向性結合器、５０７は全反射ミラーによる結合器、５
０８はＧａＡｓ基板で裏面に電極がある。そして、この構成の場合も、第１実施例と同様に、入射
した光ビームＬ１，Ｌ２は、方向性結合器５０４におい
て光ビームＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに分岐され
、光ビームＬ１ｂ，Ｌ２ｂはそのまま光インバータ素子
の変調部５０１ａ，５０１ｂに入射される。また、光ビ
ームＬ１ａ，Ｌ２ａは、それぞれ、光インバータ素子の
受光部５０２ｂ，５０２ａに入射される。そして、変調
部を透過した出力光Ｐｏ１（光ビームＬ１ｂの透過光）
および出力光Ｐｏ２（光ビームＬ２ｂの透過光）は結合
器５０７において結合され出力光Ｐｏとして出射される
。なお、このインバータ素子は第１実施例のインバータ
素子と形状は異なるものの、動作は同様であるのでその
説明を省略する。従って、第１実施例と同様に、第２実
施例の光導波回路も光排他的論理和回路として動作する
ことになる。また、この実施例では、ＧａＡｓ系の材料
を挙げているが、使用波長に応じてＩｎＰ系等の他の材
料系でも同様の構成が可能である。

【００１９】次に、図６（ａ）は、本発明の第３の実施
例を示す構成図である。同図において、６０１ａ，６０
１ｂは半導体レーザー、６０２ａ，６０２ｂは半導体レ
ーザーへのエネルギー供給系、６０３は１／２波長板、
６０４は偏光ビームスプリッター、６０５は波長フィル
タ、６０６は１／２波長板、６０７は直角プリズム。６
０８はレンズである。先ず、この実施例における半導体
レーザー６０１ａ，６０１ｂの光インバータ特性につい
て説明する。入射光波長を半導体レーザーの自励発振波
長より長波長の光とし、半導体レーザーをＰ偏光が半導
体レーザーのＴＥモードに結合し、Ｓ偏光が半導体レー
ザーのＴＭモードに結合するように配置し、Ｐ偏光とＳ
偏光とが同時に入射される場合を考える。Ｐ偏光に対し
てＳ偏光が弱い場合、Ｐ偏光は大きく増幅されて出射さ
れる。しかしながら、強いＳ偏光を入射すると、ＴＭモ
ードの光を増幅するために反転分布にキャリアが消費さ
れてしまう。この結果、Ｐ偏光は殆ど増幅されずに出射
される。この結果、光インバータ素子として機能するこ
とになり、この特性を図示したグラフが図６（ｂ）であ
る。次に、光排他的論理和回路として機能することを説
明する。入射光ビームＬ１，Ｌ２を直線偏光とすると、
１／２波長板６０３の配置を適当に加減することにより
、任意の強度比でそれぞれ２本の光ビーム（Ｌ１ａ：Ｓ
偏光，Ｌ１ｂ：Ｐ偏光，Ｌ２ａ：Ｓ偏光，Ｌ２ｂ：Ｐ偏
光）に分岐できる。ここでは、半導体レーザーでの消光
比を大きくするために、光ビームＬ１ａ，Ｌ２ａを、光
ビームＬ１ｂ，Ｌ２ｂよりも大きくしておく。光ビーム
Ｌ１ｂは、偏光ビームスプリッター６０４を透過し、レ
ンズ６０８で集光されて半導体レーザー６０１ａのＴＥ
モードに結合する。光ビームＬ１ａは、偏光ビームスプ
リッター６０４，直角プリズム６０７で反射され、レン
ズ６０８で集光されて半導体レーザー６０１ｂのＴＭモ
ードに結合する。光ビームＬ１ａは半導体レーザー６０
１ｂから出射された後、１／２波長板６０６でＳ偏光か
らＰ偏光に変換され偏光ビームスプリッター６０４を透
過し出力光Ｐｏに結合しない。また、光ビームＬ１ｂは
半導体レーザー６０１ａから出射された後出力光Ｐｏ１
となり、偏光ビームスプリッター６０４を透過し出力光
Ｐｏに結合する。また、光ビームＬ２ａは半導体レーザ
ー６０１ａから出射された後、偏光ビームスプリッター
６０４で反射し出力光Ｐｏに結合しない。また、光ビー
ムＬ２ｂは半導体レーザー６０１ｂから出射された後出
力光Ｐｏ２となり、１／２波長板６０６でＰ偏光からＳ
偏光に変換され、直角プリズム６０７，偏光ビームスプ
リッター６０４で反射して出力光Ｐｏに結合する。波長
フィルタ６０５は、半導体レーザーから出射される自励
発振および波長の異なる自然放出光を除くものである。この結果、光インバータ素子の動作原理は異なるものの
この光回路の論理動作は、上記した実施例と同様である
ことは明らかで、この光回路は光排他的論理回路として
機能する。

【００２０】次に、図７は本発明の第４実施例を示す構
成図である。これは、第３の実施例を導波路を用いて構
成したものである。同図において、７０１ａ，７０１ｂ
は半導体レーザー、７０２，７０３，７０４は偏波保持
光方向性結合器でＴＥモードの光は直進し、ＴＭモード
の光は屈曲する特性を有している。７０５は光結合器、
７０６は波長フィルタである。そして、入射信号光を楕
円偏光とすれば、偏波保持光方向性結合器７０２によっ
て光ビームＬ１，Ｌ２は、４つのモード（すなわち、Ｌ
１ａ：ＴＭモード，Ｌ１ｂ：ＴＥモード，Ｌ２ａ：ＴＭ
モード，Ｌ２ｂ：ＴＥモード）に分岐できる。そして、
偏波保持光方向性結合器７０３で光ビームＬ１ｂとＬ２
ａ、および、光ビームＬ１ａとＬ２ｂがそれぞれ結合さ
れ、半導体レーザー７０１ａおよび７０１ｂに入射され
る。なお、半導体レーザーの光インバータとしての動作
は、上記の実施例と同様である。そして、半導体レーザ
ーからの出射光の中でＴＭモードの光は、偏波保持光方
向性結合器７０４により回路外へ放出される。なお、Ｔ
Ｅモードである出力光Ｐｏ１，Ｐｏ２は、光結合器７０
５で結合され、波長フィルタ７０６で半導体レーザーか
ら出射される自励発振光および波長の異なる自然放出光
を除いた後、出力光Ｐｏとして出射される。上記の実施
例においては、光強度の強い場合を「１」、弱い場合を
「０」として光排他的論理和動作を行うことを示したが
、逆に、光強度の強い場合を「０」、弱い場合を「１」
として同様の構成で論理動作をさせることは勿論である
。この場合は、表２に示される動作真理値表が反転した
ものとなり、これの真理値表を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】この表３に示される真理値表から、２つの
入力ビームの強度状態が等しい場合は、「１」を出力し
、等しくない場合は「０」を出力するような光一致回路
として機能させることが可能となることがわかる。

【００２３】以上、４通りの実施例を示した。すなわち
、第１実施例および第２実施例では、光インバータ素子
として光受光部と光変調部とからなり光受光部への入力
光強度の増加とともに、光変調部の光反射（透過）率が
減少する素子を挙げた。また、第３の実施例と第４の実
施例では、制御光強度に応じて媒質の利得が変化し、結
果として制御光強度の増加とともに、信号光に対する光
透過率が減少する素子を挙げた。他に光排他的論理和回
路に用いることができる光インバータ素子としては次の
ようなものがある。すなわち、図８（ａ）に制御光強度
に応じて媒質の屈折率が変化し、結果として制御光強度
の増加とともに信号光に対する光反射率が減少する光イ
ンバータ素子の例を示す。ここで、８０１はミラー、８
０２は光非線形媒質で光インバータ素子を構成し、８０
３はビームスプリッターである。図８の（ｂ），（ｃ）
は、その動作を説明する図である。図８（ｂ）で実線は
光入力が無い場合の光インバータ素子の反射スペクトル
で、点線は光入力が有る場合の反射スペクトルを示して
いる。ここで、入射光の波長を矢印の波長に設定すれば
、入出力特性は図８（ｃ）のようになる。

【００２４】次に、図９に、制御光強度に応じて媒質の
損失が変化し、結果として制御光強度の増加とともに、
信号光に対する光反射率が減少する光インバータ素子の
例を示す。ここで、９０１はＧｅＳｅ２　、９０２はガ
ラス基板、９０３は光吸収材料、９０４はミラー、９０
５はビームスプリッターである。そして、制御光強度の
増加に伴い光吸収材料９０３の温度は上昇するが、Ｇｅ
Ｓｅ２　９０１は、温度の上昇に伴い吸収係数がバンド
端付近で増加する性質を有している。すなわち、制御光
強度が増加すると、信号光がＧｅＳｅ２　９０１で吸収
されるため、出力光が減少する。従って、光インバータ
素子として機能することになる。

【００２５】次に、図１０に、制御光強度に応じて信号
光の反射偏光状態を変化させる部分と検光子とからなり
、結果として制御光強度の増加とともに信号光に対する
光反射率が減少する光インバータ素子の例を示す。ここ
で、１００１は石英基板、１００２は透明電極層、１０
０３は光伝導物質、１００４はミラー、１００５は液晶
、１００６は配向膜、１００７は偏光ビームスプリッタ
ーである。この素子では、透明電極層１００２の両端に
電圧Ｖが印加されているが、制御光が入射されている場
合には、主として、液晶１００５に電圧がかかり、制御
光が入射されていない場合には、光伝導物質１００３に
電圧がかかる。ところが、液晶１００５は電圧に応じて
配向状態が変化し、旋光性が変化する。従って液晶１０
０５に種類と膜厚を適当に設定すれば、制御光が入射し
ない場合には反射するバイアス光の偏光面が９０度回転
し、制御光が入射する場合には回転しないようになる。ここでは、偏光ビームスプリッター１００７が検光子と
しての役割を担っており、制御光が入射する場合にはバ
イアス光は液晶１００５で偏光面が変化しないので偏光
ビームスプリッター１００７で反射せず、また、制御光
が無い場合には偏光ビームスプリッター１００７で反射
して出力される。従って、光インバータ素子としての機
能を有することになる。

【００２６】次に、図１１（ａ）に制御光強度に応じて
信号光の透過（反射）波長を変化させる部分と波長フィ
ルタとからなり、結果として制御光強度の増加とともに
、信号光に対する光透過（反射）率が減少する光インバ
ータ素子の例を示す。ここで、１１０１は波長変換レー
ザーダイオード、１１０２は波長フィルタ、１１０３は
半導体アンプ、１１０４は波長フィルタである。また、
この波長変換レーザーダイオード１１０１を詳細に示し
た図が図１１（ｂ）である。同図において、１１０５は
電極、１１０６は合金層、１１０７はｐ−ＩｎＰバッフ
ァ層、１１０８はｐ−ＩｎＰグラッド層、１１０９はＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層、１１１０はｎ−ＩｎＰグラッド層
、１１１１はグレーティング、１１１２はｎ−ＩｎＰ基
板、１１１３は裏面電極である。これが、３つの部分に
電気的に分離されている。この素子は、光双安定レーザ
ーとして機能するので、各部分の電流を適当に設定すれ
ば、図１１（ｃ）に示すような光入出力特性を示す。す
なわち、入力光（波長λ１）のある時のみ、波長λ２の
出力光を出射する。従って、この素子は波長変換素子と
して機能することになる。また、１１０２はλ２の波長
の光のみを透過する波長フィルタである。この過程で制
御光（波長λ１）は制御光（波長λ２）に変換される。また、１１０３は制御光（λ２）に入射に伴ってλ１に
対する利得が減少するため、バイアス光（λ１）に出力
も減少する。１１０４は波長λ１の光のみを透過する波
長フィルタである。従って、系全体としては光インバー
タ素子として機能することになる。

【００２７】以上、各実施例を示したが、入力信号ビー
ムと光インバータ素子との結合法、光インバータ素子、
光ビームの伝搬法等の選択には事実上無数の方法が有り
得る。しかしながら、本発明が各実施例の枠内に限定さ
れないのは明らかで、同様の概念に基づき排他的論理和
動作を実行する光回路は、本発明の範囲に包含されるも
のである。

【００２８】このように、本発明によれば、光素子の広
帯域性を活かして高速に２つの光信号の排他的論理和動
作を行うことができる。また、インバータ機能を有する
素子のみで構成しているので、１段の動作で排他的論理
和の演算が可能で、素子間の同期をとる必要もない。さ
らに、小型に集積可能な光排他的論理和回路を構成する
ことが可能となる。加えて、同様な構成で光一致回路と
しての動作も可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、空中ま
たは導波路中または光ファイバ中を伝搬する２つの光ビ
ームを、第１〜第４の光ビームとして生成して、第１の
光インバータ素子および第２の光インバータ素子へ導波
し、第１および第２の光インバータ素子により、光透過
率または光反射率を減少して出力させ、さらにこれらの
出力光を光出力部により合波させるようにしたので、光
素子の広帯域性を活かして高速な２つの光信号の排他的
論理和動作が可能となり、また、インバータ機能を有す
る素子のみで構成したことから、１段の動作で排他的論
理和の演算が可能となって素子間の同期をとる必要がな
くなるとともに、回路構成が簡単となり回路の集積化が
容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を説明する説明図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図３】従来の説明図である。

【図４】本発明の光排他的論理和回路を構成する光イン
バータ素子の第１の実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す構成図である。

【図８】本発明の光排他的論理和回路を構成する光イン
バータ素子の第２の実施例を示す構成図である。

【図９】本発明の光排他的論理和回路を構成する光イン
バータ素子の第３の実施例を示す構成図である。

【図１０】本発明の光排他的論理和回路を構成する光イ
ンバータ素子の第４の実施例を示す構成図である。

【図１１】本発明の光排他的論理和回路を構成する光イ
ンバータ素子の第５の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

ＩＶ１　　　　光インバータ素子ＩＶ２　　　　光インバータ素子ＩＰ　　　　　　信号光入力端子ＣＰ　　　　　　制御光入力端子ＯＰ　　　　　　信号光出力端子Ｅ１　　　　　　光インバータ素子へのエネルギー供給
系Ｅ２　　　　　　光インバータ素子へのエネルギー供
給系ＤＳ　　　　　　光分岐部ＣＮ　　　　　　光結合部ＯＴ　　　　　　光出力部Ｌ１　　　　　　入射信号光ビームＬ２　　　　　　入射信号光ビームＬ１ａ　　　　入射信号光ビームを２分岐した光ビーム
Ｌ１ｂ　　　　入射信号光ビームを２分岐した光ビーム
Ｌ２ａ　　　　入射信号光ビームを２分岐した光ビーム
Ｌ２ｂ　　　　入射信号光ビームを２分岐した光ビーム
Ｐｏ１　　　　出力光ビームＰｏ２　　　　出力光ビームＰｏ　　　　　　最終的な出力光ビーム１０１ａ　　光
インバータ素子１０１ｂ　　光インバータ素子１０２　　　　光インバータ素子への電力供給系１０３
　　　　１／２波長板１０４　　　　偏光ビームスプリッター１０５　　　　
光分岐部１０６　　　　直角プリズム１０７　　　　１／４波長板１０８　　　　偏光ビームスプリッター１０９　　　　
１／２波長板１１０　　　　偏光ビームスプリッター１１１　　　　
直角プリズム１１２　　　　光出力部１１３　　　　光結合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　空中または導波路中または光ファイバ
中を伝搬する２つの光ビームをそれぞれ２つに分岐して
第１〜第４の光ビームを生成する光分岐部と、前記第１
〜第４の光ビームを入力して光透過率または光反射率を
減少させる第１の光インバータ素子および第２の光イン
バータ素子と、この第１および第２の光インバータ素子
へエネルギーを供給するエネルギー供給系と、前記第１
の光ビームを前記第１の光インバータ素子の制御光入力
端子へ導波し，前記第２の光ビームを前記第２の光イン
バータ素子の信号光入力端子へ導波し，前記第３の光ビ
ームを前記第２の光インバータ素子の制御光入力端子へ
導波し，前記第４の光ビームを前記第１の光インバータ
素子の信号光入力端子へ導波する光結合部と、前記第１
の光インバータ素子および第２の光インバータ素子から
の出力光を合波して出力する光出力部とを備えたことを
特徴とする光排他的論理和回路。
【請求項２】　　請求項１記載の光排他的論理和回路に
おいて、前記第１および第２の光インバータ素子は光受
光部と光変調部とからなり両者は光学的ないしは電気的
に結合され、光受光部への入力光強度の増加とともに光
変調部の光透過率または光反射率が減少する素子である
ことを特徴とする光排他的論理和回路。
【請求項３】　　請求項１記載の光排他的論理和回路に
おいて、前記第１および第２の光インバータ素子は制御
光強度に応じて媒質の屈折率または利得が変化し、前記
制御光強度の増加とともに信号光に対する光透過率また
は光反射率が減少する素子であることを特徴とする光排
他的論理和回路。
【請求項４】　　請求項１記載の光排他的論理和回路に
おいて、前記第１および第２の光インバータ素子は制御
光強度に応じて信号光の透過偏光状態を変化させる部分
と検光子とからなり、前記制御光強度の増加とともに信
号光に対する光透過率または光反射率が減少する素子で
あることを特徴とする光排他的論理和回路。
【請求項５】　　請求項１記載の光排他的論理和回路に
おいて、前記第１および第２の光インバータ素子は制御
光強度に応じて信号光の透過波長を変化させる部分と波
長フィルタとからなり、前記制御光強度の増加とともに
信号光に対する光透過率または光反射率が減少する素子
であることを特徴とする光排他的論理和回路。