JPH08271945A - 光機能回路の構成法 - Google Patents

光機能回路の構成法

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JPH08271945A
JPH08271945A JP9582295A JP9582295A JPH08271945A JP H08271945 A JPH08271945 A JP H08271945A JP 9582295 A JP9582295 A JP 9582295A JP 9582295 A JP9582295 A JP 9582295A JP H08271945 A JPH08271945 A JP H08271945A
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JP
Japan
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optical
coupler
stage
signal
light
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Application number
JP9582295A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Sasaki
一正 佐々木
Kenichi Muta
健一 牟田
Yumi Ariga
由美 有賀
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SWCC Corp
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Showa Electric Wire and Cable Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光に対して活性な光ファイバあるいは光集積
回路を使用し、論理動作を有する新規な光機能回路の構
成法を提供する。 【構成】 活性物質をドープした光ファイバもしくは光
導波路に信号光とともに励起光を入射させることにより
信号光を増幅する光増幅器を形成し、これを励起光の光
路に関して縱続2段に接続した構成とし、2段目の出力
において、1段目に加えられる信号波形の反転波形を得
るように構成する光機能回路の構成法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光に対して活性な光
ファイバあるいは光集積回路を使用し、論理動作を有す
る新規な光機能回路の構成法に関するもので、光信号の
論理処理に必要な素子および処理装置を提供するもので
ある。この光回路は高速動作が可能であるので、高速性
が特に要求される用途、即ち、光通信における直接光信
号処理,光コンピュータ,光画像処理等の分野に利用で
きる。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】最近
の光通信および光情報処理技術の発展により、光信号を
電気信号に変換した後に信号処理するのではなく、光信
号のままで直接信号処理を行う必要性が生じている。し
かし、従来の光デバイスでは、光信号のみで論理機能の
全てを達成することが困難であった。そこで、このよう
な機能を従来デバイスにより行うためには、一部に電子
回路を組み込んで行う必要があった。この方式では、
〈光→電気〉および〈電気→光〉の信号変換を繰り返し
て行う必要があり、そのシステムの設計および作成にお
いて煩わしいばかりでなく、それぞれの変換素子の動作
速度等の性能に依存するため、処理速度にも自ら限界を
有していた。
【0003】この発明は、このような点に鑑みてなされ
たもので、これまで実現が困難であった光信号のみで各
種の論理機能を達成する光機能回路の構成法を提供する
ことを目的とする。具体的には、NOT機能および疑似
AND機能、さらにこれらを組み合わせて達成すること
ができる機能を有する新規な光回路を提供することにあ
る。さらに、この光機能回路は、物質内での電子軌道の
遷移という極めて高速の量子現象を利用しているため、
動作速度は光ファイバおよび光導波路の分散特性のみに
依存することになる。実際には、ゼロ分散特性の光ファ
イバあるいは十分に短い光ファイバを使うことにより分
散を無視することができるから、極めて高速の論理動作
を行わせることが可能となり、直近のニーズに対応でき
るばかりでなく、将来の超高速光信号処理の要求にも対
応できると期待できる。原理的には光が照射されると着
色するフォトクロミック効果もNOTの特性を有する
が、応答速度が遅く、現在のところ実用的ではない。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、例えばエル
ビウム(Er),ネオジウム(Nd),パラセオジュム
(Pa),YAG等の活性物質をドープした活性領域を
有する光ファイバもしくは導波路に、信号光とともに励
起光を入射させることにより信号光を増幅する光増幅器
を使用し、これを励起光の光路に関して縱続2段に接続
する構成とすることにより、2段目の出力において、1
段目に加えられる信号波形の反転波形を得るように構成
することを特徴とする光機能回路の構成法である。ま
た、この構成法を用い、光パルスの間隔をが所望にでき
る光発振器を形成することも可能である。
【0005】
【作用】この発明では、励起光により信号光を増幅する
作用を有する活性光ファイバもしくは光導波路を2段縦
続に接続し、初段において信号光のパワーに依存する減
衰を受けた励起光を2段目に導入することにより、2段
目に新たに加えられた光信号の増幅度が初段に加えられ
た信号の影響を受け信号波形が反転されることを利用し
て、NOT機能を実現できる。また、反転された信号
は、初段に加えられた信号との疑似ANDとなる。
【0006】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の光機能回路
の構成法の実施例を説明する。図1はエルビウム(E
r)ドープ光ファイバにより構成した光機能回路の構成
を示す構成図である。即ち、この光機能回路の構成は、
主にErドープ光ファイバ1およびErドープ光ファイ
バ2を縦列に2段に接続して構成されている。1段目の
Erドープ光ファイバ1の入射端にはカプラ3を結合
し、波長1.55μmの入力信号光S(入力A)と波長
0.51μmの励起光Pを入射させる。Erドープ光フ
ァイバ1には活性物質Erがドープされているので、E
r原子の量子効果によりその領域で信号光Sは波長0.
51μmの励起光からエネルギーを奪うように作用す
る。そのため、Erドープ光ファイバ1を伝搬するに伴
い信号光Sは増幅され、励起光Pは減衰することにな
る。このとき、励起光Pの減衰量は、信号光Sの初期入
射パワー(PSO)に依存する。つまり、信号光Sがなけ
れば(即ち、PSO=0)、励起光はあまり減衰しない状
態で出射される。信号光Sは、反射光を阻止するアイソ
レータ4を通した後、波長依存性を有する分布結合器を
用いたフィルタ5により分離して、波長1.55μmの
出力Aとして取り出す。
【0007】次に、波長依存性結合器5のもう一方の出
力端にカプラ6を接続し、2段目のErドープ光ファイ
バ2の入射端を接続する。この2段目では、波長1.5
5μmの第2の信号光(ストローブ光とも呼ばれる)を
入力Bとして、1段目を透過した励起光Pとともに入射
させ、1段目と同様の光増幅効果を発生させる。この場
合、入力Bの増幅度は、入射された励起光パワーにほぼ
比例するから、もし、初段の信号光パワーが大きいと、
励起光は大きく減衰しており、この2段目での増幅度は
小さいものとなる
【0008】しかし、1段目で信号光Sが無いと、励起
光Pは十分なパワーを有して2段目に入射し、入力Bを
より大きく増幅する。これを上記と同様にアイソレータ
7を通し波長依存性分布結合器8により励起光成分(波
長0.51μm)から分離して波長1.55μmの出力
Bとする。
【0009】この一連の動作は、最初に入力された信号
パワーの大きさと、出力信号Bのパワー間に、定性的に 信号光(入力A)あり → 出力B 小さい 信号光(入力A)なし → 出力B 大きい の関係を生じさせる。これは、論理動作で言えば
【外1】という論理素子の動作を意味している。もし、
最初に複数の入力信号があれば
【外2】の素子の動作に相当する。
【外1】
【外2】
【0010】この動作は、ストローブ光(入力B)が無
いと発生しないから、ストローブ光(入力B)がスイッ
チの役目を果たしていることが分かる。つまり、この回
路を動作させたくないときは、ストローブ光(入力B)
を消し(オフ)、動作させたいときだけストローブ光
(入力B)を点灯(オン)すればよい。
【0011】ストローブ光を入力Bとすると、出力Bは
次のような論理式で書ける。 出力B=
【外3】×入力B ここで、
【外4】は反転を意味する。×はANDを意味する。こ
の式では、一方が反転しているため、純粋のANDでは
ない。これは疑似ANDと呼ばれるが、本回路は疑似A
NDともなっている。
【外3】
【外4】
【0012】さらに、出力Aと出力Bとは相補の関係に
あり、図1に示す回路は、いわゆるマルチ出力を有して
いる。これはより複雑な回路を構成するうえで有用な特
徴である。
【0013】次に、図2に基づいて他の実施例を説明す
る。上記実施例では活性物質をドープした光ファイバを
使用したものについて説明したが、この例は活性物質を
ドープした導波路を使用する。即ち、光機能回路10
は、信号光S(入力A)と励起光Pとを混合するための
カプラ11,活性物質をドープした第1の活性領域1
2,信号光成分を分離し、出力Aを取り出すための波長
依存性分布結合器13,さらに、新たな信号光(入力
B)と第1の活性領域を通過した励起光を混合するカプ
ラ14,第2の活性領域15および信号光成分を分離し
て取り出すための波長依存性分布結合器16により構成
されている。この例では、信号光と励起光を混合するた
めのカプラ11およびカプラ14は枝形カプラを使用し
ている。また、信号光を取り出すフィルタとしては分布
結合器を利用し、100%近い結合効率を得ている。こ
の例では、導波路材料としては、石英基板に導波路部分
にGeをドープし、さらに活性物質として波長1.55
μmの信号に対してはErを、波長1.3μmの信号に
対してはPaをドープして用いる。
【0014】この実施例の動作を説明する。カプラ11
の二つの入射端に励起光Pと信号Sを入射して混合さ
せ、第1の活性領域12により信号光Sを増幅して波長
依存性カプラ13により出力Aとして取り出す。一方、
励起光Pは減衰を受けるが、この場合も、先の例と同様
に、第1段目に信号光Sが大きいと励起光Pは減衰して
第2の活性領域15に入るので、この領域での増幅度は
小さくなり、出力Bは小さいものとなる。また、第1段
目への信号光Sが無いときは、励起光Pの減衰も小さく
なり、第2の活性領域15において大きな増幅度が得ら
れるので、出力Bは大きくなる。
【0015】上記図2に示す例では活性物質をドープし
た導波路を二つに分割して設けた例であるが、図3に示
す例は一つの連続した活性領域22により構成したもの
である。即ち、光機能回路20は、信号光S(入力A)
と励起光Pとを混合するためのカプラ21,活性物質を
ドープした活性領域22,この活性領域22の部分に設
けられた出力Aを取り出すための波長依存性分布結合器
23,さらに、新たな信号光(入力B)と第1の活性領
域22を通過した励起光を混合するためのカプラ24お
よび信号光成分を分離して取り出すための波長依存性分
布結合器26により構成されている。この動作も上記図
2に示すものと原理的には全く同様である。
【0016】次に、図4(a),(b)に、本光機能回
路を論理素子として表記した等価回路を示す。図4
(a)は光機能回路の基礎構成に対応しており、図4
(b)は入力を複数化してORの機能をも達成した例で
ある。入力を複数とするためには、混合に用いるカプラ
を複数縦続に連結することにより達成することが可能で
ある。
【0017】次に、図5(a)に本光機能回路により構
成された光発振器の例を示す。即ち、光機能回路30の
入力端Aと出力端Bとの間に、長さLの光ファイバ31
を接続することにより、光ファイバ31の長さに比例す
るタイムラグで決まるパルス間隔で図5(b)のような
波形で発振させることができる。
【0018】この機能回路の動作は次のようになる。つ
まり、励起光とストローブ光が与えられたとき、入力端
Aには光がないため、出力端Bから大きなパワーの光が
出力される。しかし、入力端Aと出力端Bは光ファイバ
31で接続されているため、時間τ経過後には、入力端
Aに光が到達する。(ここで、τは光ファイバ31を伝
搬する光信号の伝搬遅延時間で、τ=neff ・L/cか
ら計算できる。neffは光ファイバ31の有効屈折率,
Lは光ファイバ31の長さ,cは真空中での光の速度で
ある。)すると、今度は、上述のようなNOT機能によ
り、出力Bを抑制する作用が起こる。これにより、出力
Bの光パワーが弱くなれば、再び時間τ経過後には入力
Aでのパワーも小さくなり、反転により今度は大きな出
力が発生する。この動作は常に入力端Aと出力端Bとの
間でτだけずれて起こるので、図5(b)のような波形
で発振するのである。
【0019】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の光機能
回路の構成法によれば、光信号を直接処理できる光回路
を構成することが可能となり、光信号処理技術の応用範
囲が大幅に広がり、光通信および光情報処理技術の発展
に優れた貢献をもたらす事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光機能回路を構成する方法を示す一
実施例の光回路構成図、
【図2】他の実施例の光回路構成図、
【図3】図2の変形例の光回路構成図、
【図4】(a),(b)は、実施例の光機能回路の等価
回路図、
【図5】(a)は光発振器に適用した場合の等価回路
図、(b)は発振器の出力波形を示す。
【符号の説明】
1,2 活性物質をドープした光ファイバ 3,6,8 カプラ 4 アイソレータ 5,7 波長依存性分布結合器(フィルタ) 10,20,30 光機能回路 11,14 カプラ 12,15 活性領域 13,16 波長依存性分布結合器(フィルタ) 21,24 カプラ 22 活性領域 23,26 波長依存性分布結合器(フィルタ) 31 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有賀 由美 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性物質をドープした光ファイバもしく
    は光導波路に信号光とともに励起光を入射させることに
    より信号光を増幅する光増幅器を形成し、これを励起光
    の光路に関して縱続2段に接続した構成とし、2段目の
    出力において、1段目に加えられる信号波形の反転波形
    を得るように構成することを特徴とする光機能回路の構
    成法。
  2. 【請求項2】 上記請求項1記載の光機能回路の構成法
    に基づく光回路において、2波長を混合するカプラ,第
    1の光増幅器,反射光阻止アイソレータ,波長依存形カ
    プラによる信号光除去フィルタ,第2の2波長混合カプ
    ラ,第2の光増幅器,第2のアイソレータおよび第2の
    波長依存性カプラの順に接続して構成し、初段への入力
    信号の波形と2段目の出力信号波形が反転の関係にある
    ことを利用して構成したことを特徴とするNOTの論理
    素子。
  3. 【請求項3】 上記請求項1記載の光機能回路の構成法
    に基づく光回路において、2波長を混合するカプラ,第
    1の光増幅器,反射光阻止アイソレータ,波長依存形カ
    プラによる信号光除去フィルタ,第2の2波長混合カプ
    ラ,第2の光増幅器,第2のアイソレータおよび第2の
    波長依存性カプラの順に接続して構成し、2段目の出力
    が初段の入力信号との間に論理的に疑似ANDの関係に
    なるようにしたことを特徴とする論理素子。
  4. 【請求項4】 上記請求項1記載の光機能回路の構成法
    に基づく光回路において、2波長を混合するカプラ,第
    1の光増幅器,反射光阻止アイソレータ,波長依存性カ
    プラによる信号光除去フィルタ,第2の2波長を混合す
    るカプラ,第2の光増幅器,第2のアイソレータおよび
    第2の波長依存性カプラの順に接続して構成し、初段へ
    の入力信号の波形と2段目の出力信号の波形が反転の関
    係にあることを利用したことを特徴とする波形変換器。
  5. 【請求項5】 上記請求項2のNOTの論理素子に長さ
    の異なる光ファイバを接続することにより、パルス間隔
    が所望に調節できるようにしたことを特徴とする光発振
    器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0989447A3 (en) * 1998-09-22 2003-06-11 Jds Fitel Inc. Optical switching gate
JP2018533750A (ja) * 2015-08-27 2018-11-15 バー‐イラン、ユニバーシティーBar−Ilan University マルチ光結合チャネルモジュールおよび関連する計算方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0989447A3 (en) * 1998-09-22 2003-06-11 Jds Fitel Inc. Optical switching gate
JP2018533750A (ja) * 2015-08-27 2018-11-15 バー‐イラン、ユニバーシティーBar−Ilan University マルチ光結合チャネルモジュールおよび関連する計算方法
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