JPH08507389A - 光学的にエンコードされた信号 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学的にエンコードされた２進ワードの認識方法において、ワードは２進ワードのサブセットから選択され、ここでＷ＝ ある。ワードは光ドメインでビット的ブール動作を実行することにより認識される。動作は認識されるべきワードとターゲットワードの補数について実行される。アンド動作は認識されるべきワードとターゲットワードを非線型結晶中に導入し、結晶からの第２高調波出力を検出することにより実行されてもよい。ターゲットワードの補数は固定したワード形成回路網により生成される。この方法は光回路網上のパケットのアドレスを認識するために適用されることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的にエンコードされた信号 ［発明の技術的背景］ 本発明は光学的にエンコードされた信号の処理方法および装置、特に光学的に エンコードされた２進ワードの認識に関する。 デジタル的にエンコードされたワードとターゲットワードとを比較する必要が 、光通信および信号処理システムの総合的な分野において種々の異なった状況で 生じる。このような技術の１つの重要な応用は光通信回路網で送信されたフレー ムのヘッダのアドレス認識である。例えば１００Ｇビット／秒の非常に高いビッ ト速度でこのような回路網の使用を可能にするために、例えば４０ビットワード で４００ｐｓの超高速度ビットで認識が行われることができることが重要である 。結局、多数の異なった方法が以前に提案されている。これらは超短いパルスス ペクトル位相エンコードと、拡散スペクトルおよび時分割エンコード技術を使用 する光相関、例えばソリトンドラッグゲートまたは非線型光ループミラーを使用 する全て光学的な論理技術を含んでいる。非線型ファイバ装置を使用するこの後 者の種類の技術の場合、超高速度の光信号を処理することが可能である。しかし ながら、このような装置はこれらが長期の潜在時間、つまり入力と出力信号の間 に長い遅延を有する点で重要な欠点をもつ。 コードワード認識の１方法はＰＣＴ／ＣＨ91／00122で開 示されている。速度と感度を提供する必要性を認識し、この従来システムはハイ ブリッド電気／光学システムに依存し、ここで、認識されるワードＷはターゲッ トワードＴに対応する電気制御シーケンスにより切換えられるゲートへ光ドメイ ンで供給される。ゲートからの出力は光検出器でコヒーレントでなく合計される 。実際、このようなシステムで達成可能な認識の速度は厳格に限定される。 ［発明の要約］ 本発明によると、第１の観点では、光学的にエンコードされた２進ワードＷの 認識方法が与えられ、これは、認識されるワードＷ、またはそこから得られるワ ードと、ターゲットワードＴまたはそこから得られるワードについてビット的な 動作されるブールアンド動作を光ドメインで行うことによりワードが認識される ことを特徴とする。 好ましくはエンコードされるワードは２進ワードのサブセットから選択され、 ここで、 ーゲットワードであり、Ｗは比較されるワードである。 である。 ここでｗ_iとｔ_iはブール代数で慣例であるように各２進ワードの１番目のビット であり、和と積はオアおよびアンド動 作をそれぞれ表し、／ｘはｘの論理的補数を示している。 本発明の発明者はコードワードの適切な選択で光学的アンド動作を使用して全 体的に光ドメインで認識を行うことが可能である。 好ましい実施例は全ての可能なｎビット２進ワードのサブセットへエンコード ワードを限定し、ビットレベルで全体的にアンド動作に基づく方法を使用してワ ード認識を行う。さらに詳細に後述するように、２つの光学フィールドの簡単な スカラ積により表されるようなアンド動作は多数の非線型光学装置の基本的能力 である。従って、他の論理動作、例えば光コードワード認識のために従来使用さ れた排他的オア動作よりもさらに簡単に実行されることができる。それ故、この 方法は小さな物理的な体積と積分の潜在性を伴って、適量のエネルギを必要とす る可能性と高い安定性と低い潜在性の信号処理装置でありながら、電子論理回路 の能力よりもはるかに高速度で光コードワードの処理を可能にする。１０Ｇビッ ト／秒を越えるビット速度と１００Ｇビット／秒以上の潜在性が達成されること ができる。 超高速度の非線型光学アンドゲートの使用は非常に高速度の光データをデマル チプレクスする手段として提案されている。このような方式ではＡが非常に高速 度のデータ流でありＢが低い周波数の光学系クロック信号であるならば、出力Ａ ．Ｂはクロック速度におけるＡの低い周波数サンプルである。出力Ａ．Ｂが検出 され電気信号に変換されるとき、使用されることができる最高のクロック速度が 光検出器の応答時間と、 関連する電子回路により制限される。最近、F Forghieri氏［７］はこのような デマルチプレクス技術を非常に高速度の光パケットでヘッダ情報を認識し解釈す る問題に適用することを提案している。しかしながら、これらはデマルチプレク ス用に光アンド動作を使用するが、ワード認識が光ドメインではなく電気ドメイ ンで実行される。従って、処理されることができるビット速度は光検出器の応答 時間および関連する電子装置により制限される。例えば１００Ｇビット／秒のシ ステムでは十分なヘッダフィールドは４０ビットを含み、光検出器の応答時間は １００ｐｓ（ピコ秒）であり、Forghieri氏等の方法を使用するヘッダ読取りに 必要な時間は４０×１００ｐｓ＝４ｎｓである。 従来技術と対照して本発明で適用されている方法では、ワード認識処理は電気 ドメインで発生される最終的な弁別出力のみにより光ドメインで実行される。従 ってビット速度は光検出器と電子装置の応答時間により制限されない。これは例 えばシステムが非常に高速度の光パケット中のヘッダを読み取るために使用され るとき、これは十分なビット速度のパケットで行われることができることを意味 している。前述の例ではこの方法により４０ビットのヘッダを処理するために必 要とされる時間は４０×１０ｐｓ＝４００ｐｓであり、これはForghieri氏等に より開示されているシステムと対照して１０倍の速度である。 超高速度の光回路網の状況では、この認識処理はスイッチングノードで実行さ れてもよく、ここでは、例えばソリトン のようなＲＴＺフォーマットでエンコードされる入来パケットはパケットアドレ スフィールドＨが局部アドレスＡに等しいか否かに応じてルート設定される。入 来パケットと正確に同期する単一の光パルスＰが発生され、受動の分割遅延再結 合回路網を通過され、これは光パルスＰを／Ａ（局部アドレスＡの２進論理補数 ）で表されるパルス列に変換する。 入来するパケットヘッダＨとパルス列／Ａはこの例では超高速度の光アンドゲ ートに同時に入射される。ゲートの出力はＨがＡに等しい場合のみ０である。Ｈ がＡに等しくなければ少なくとも１つの光パルスが光アンドゲートの出力で得ら れる。この出力は検出され（即ち電気ドメインに変換され）ルート設定スイッチ を制御するために使用されてもよい。ただ１つの光アンドゲートが必要とされる だけである。電気的加算または多重レベルの弁別は必要とされない。ゲートの出 力は直ちに電気ドメインに変換されるので、ゲートは波長を維持される必要はな く、高い光効率を有する必要もカスケード可能である必要もない。２つの入力フ ィールドのスカラ積に比例する出力を生成する超高速度の非線型光学装置が使用 されてもよい。 アンド動作の実行に使用される非線型光学装置は例えばＳＨＧ（第２の高調波 発生器）結晶であってもよい。代りに、光和周波数または差周波数混合、高調波 発生、光カー効果を使用する偏光回転、交差位相変調、４波混合の縮退または光 位相共役等の他の非線型光学処理が使用されてもよい。これらのすべての非線型 光現象は２つの入力光信号のスカラ積に 比例する出力を発生する。結晶、半導体、有機物材料またはガラス等の種々の非 線型光媒体が使用されてもよい。特に光導波体形状の非線型光媒体を使用するこ とが有効である。 本発明は光回路網上のパケットのヘッダのような時間直列を表す信号の処理に 限定されない。これはパターンまたは画像認識にも使用されてもよく、この場合 、２進ワードの異なったビットが時間よりも空間で分配される。ワードの異なっ たビットＷ₁，Ｗ₂…Ｗ_iは２進画素に対応し、２進ターゲット画像の補数によっ て画像は光ドメインの画素でアンド動作を行うことにより認識される。 好ましくはコードワードＷには残りのワードに対して固定したビット非同期時 間関係を有するデータパルスが設けられており、データパルスはターゲットワー ドＴに応じてパルスシーケンスＴ´の発生において使用される。 好ましくはワードＴ´はデータパルスを含んだワードＷをスプリッタ／遅延回 路網に供給することにより発生され、回路網の異なった腕はターゲットワードＴ に応じて決定された異なった各遅延を有する。 本発明のこの観点は入来コードワードに同期されるパルスを局部的に生成する 必要性を克服する。代りに、各コードワードにはコードワードパルス列に対して 固定した時間関係を有するがそれとはビット非同期である付加的なパルスが与え られている。例えばデータパルスはパケットのヘッダの開始前１．５ビット期間 で発生する。このデータパルスは入来するコードワードとアンド処理するためタ ーゲットワードＴに 関連するワードを発生するために使用される。これは例えばターゲットワードの 論理的補数／Ｔを含んだ信号を発生する回路網を使用して行われてもよい。 本発明の第２の観点によると、光通信システムで実行されるパケットと関連す るアドレスの検出と認識のためのアドレス読取り装置が設けられており、前記手 段は本発明の第１の観点に応じた方法によりアドレスを認識するように配置され ていることを特徴とする。 本発明は光通信システムのアドレスの読取りに関しての応用に限定されるもの ではないが、この分野で特別な利点を提供する。潜在的にこれは発展した広帯域 幅の光回路網で可能な高速度のパケットスイッチングを行う超ギガビット速度で 動作する能力を提供する。 本発明の実施例を例示としてのみ説明し、本発明の理論的背景は添付図面を参 照して説明する。 ［図面の簡単な説明］ 図１は本発明で使用される限定されたワードセットのワード数を示したグラフ である。 図２ａ，ｂは本発明を実施した光通信システムとワード形成回路網の概略図で ある。 図３は光学的アンドゲートを示す。 図４ａ，ｂはヘッダアドレスフィールドを認識する図２のシステムの使用態様 を示す。 図５は本発明の別の実施例の概略図である。 図６は図５の受動回路網のより詳細な図である。 図７のａ乃至ｅは図６の回路網の動作を示したタイミング図である。 図８は光学的アンドゲートのさらに別の例である。 図９はアンドゲートのさらに別の実施例である。 図１０は構成可能なワード形成回路網を使用した別の実施例の概略図である。 図１１ａは異なったヘッダフィールドを選択するために構成可能なさらに別の 実施例の概略図であり、図１１ｂは異なったヘッダフィールドを示す。 図１２はさらに別の実施例の概略図である。 ［実施例の説明］ 図２のａで示されている実施例では、広帯域の光回路網は光学的にエンコード されたデータのパケットを伝送する。電子光学ルート設定スイッチ２において、 データのパケットは回路網の２つの分岐の一方または他方に導かれる。スイッチ ２の上流、即ち回路網で伝送される信号の一部は転換され、ゲートされ、従って 通信データのパケットのヘッダはパルス一致検出ゲート３に供給される。ここで アドレスを形成する２進ワードＷはワード形成回路網３からゲートに供給される ターゲットワードＴの補数と比較される。ワード形成回路網３への入力はクロッ ク回復装置ＣＲにより与えられる。ゲート３の出力は検出器５により電気信号に 変換され、結果的な信号はスイッチ２の制御に使用される。バッファ１はルート 設定スイッチが正確に設定されるまでルートスイッチ２におけるパケットの到着 を遅延する。 ゲート３はビット的にパルス列に対してブールアンド動作を実行する。ゲート は適切な非線型結晶から構成され、２つの入力パルスＡとＢが結晶に同時に入来 し、結晶中で異なった角度で交差する場合のみ２つの光パルス列が第２の高調波 放射を効率的に発生するように方位付けされている。これは非同一線上のＳＨＧ （第２の高調波発生）として知られる技術である。結晶方位は顕著なＳＨＧがそ れ自身で単一のパルスによって生じないことを確実にする位相整合状態を満たす 。 結晶からの第２の高調波出力が検出され、バケット用の正確なルート設定を与 えるように電子光学系スイッチ２を制御するために使用される。ルート設定スイ ッチは例えばE-Tek Dynamics社により製造され、Optilas Limited of Milton Ke ynesにより供給されるサブナノ秒スイッチング時間を有する平面導波体のリチウ ムニオブ酸塩の２×２スイッチである。光検出器は光アンド信号を電気信号に変 換する。開口とフィルタは結晶への光信号入力が光検出器に到達しないようにす るが、ＳＨＧ信号の通過を可能にする。選択的に、電子弁別装置は決定しきい値 レベルを設定するため光検出器の後に位置されてもよく、従ってＡ、Ｂ入力が同 時に存在するとき出力は１である。 別の装置が光アンドゲートに使用されてもよい。特にタイプ１１位相整合の第 ２の高調波生成が使用されてもよい。この装置では２つの入力ビームが同一線上 であるがこれらの電界ベクトルは直交方向に偏光される。結晶は方位付けされ、 入力パルスが２つの各偏光方向で同時に存在するときのみＳ ＨＧが得られる。スペクトルフィルタは入力ビームが光検出器に到達する前にこ れらを遮断する。 図２のａで示されている回路では、クロック回復装置は入来光パケットと正確 に同期して光クロックパルスを発生する（即ち１パケット当り１パルス）。この クロック回復はS P Dijaili氏［８］により記載されているタイプの光位相ロッ クループを使用して行われてもよい。クロックパルスは単一パルスを２進ワード を表すパルス列に変換する受動光回路網を通過される。このワード形成回路網は 多重波スプリッタと、複数の分離した光通路が間に存在する再結合装置とを具備 する。これらの通路の長さは全て僅かに異なっており、出力パルス列がターゲッ トワードＴの論理的補数を表すように選択されている。ワード形成回路網は従っ て必要なワードＴを生成するため“ハードワイヤ”にされている。このタイプの 受動回路網は（C J Beaumont氏［９］による例で示されているように）平面シリ カ導波体技術を伴ってフォトリソグラフ処理を使用して製造されると都合がよい 。図面で示されている光遅延ラインは正確に設定される電子光学スイッチに十分 な時間が存在するまで入来パケットを遅延する。 単一のハードワイヤのワード形成回路網を使用する代りとして、ある分野の使 用法では、例えば回路網管理制御下でフレキシブルに構成されることができるワ ード形成回路網を使用することが有効である。これは例えば通信需要の変化或い は回路網故障状態に応答してノードのアドレスを変化し、またはダイナミックに 通信回路網を再構成することが必要なと きに特に使用される。この場合、ワード形成回路網は電気光学または光機械スイ ッチ手段により選択されることができる多数の光路から構成され、一部のまたは 全ての光路はこのようなスイッチを含んでいてもよい。これらのスイッチに供給 される電気信号により、いくつかの通路を遮断し他の通路を遮断せずまたは再構 成するため、実質上自由自在に出力ワード／Ｔを変化するように種々の方法でワ ード形成回路網を再構成することが可能である。 図１０はこのような方法の第１の例を示している。この例では固定したワード 形成回路網の数ｋが与えられ、所定の回路網のうち１つが１×ｋスイッチを使用 して選択される。それぞれの異なった回路網は異なったターゲットワードに対応 する。 図１１ａは別の装置を示しており、ヘッダの異なったフィールド（図１１ｂ） でワード認識処理を行うことが可能である。前述したように（固定されたまたは 再構成可能な）ワード形成回路網Ｎは入力ワードがターゲットワード／Ｔに一致 するか否かを認識するために使用され、この場合、これはヘッダの細分割したフ ィールドと同一の長さである。スイッチを構成しｋ個の遅延ラインの選択された １つにより与えられる遅延の長さを設定することにより、認識されるヘッダ部分 （フィールド）を選択することが可能である。 図１２はより大きな柔軟性を与えるさらに別の実施例を示している。この回路 では、ターゲットワードとヘッダフィールドの両者は必要ならば、ターゲットワ ードと光アンドゲー トへの第２の入力の両者を十分に構成するためスイッチを使用することにより自 由に選択されることができる。 複数のさらに別の装置が電子−光学または光学−機械スイッチおよび異なった 遅延ラインの適切な変換を使用して可能である。図１０乃至１２の例ではワード 形成回路網は図５を参照してさらに詳細に後述するような方法で、認識されるワ ードと共に伝送されるデータパルスについて動作する。構成可能なワード形成回 路網はまた例えば図２ａを参照して説明されている回路構造で独立して生成され た同期パルスと類似して使用されてもよい。 図５はターゲットワード生成において局部的に発生された同期パルスＰの必要 性を克服する別の実施例を示している。前述したように入来パケットは分割され 、一方の分岐部はバッファ１を経てルート設定スイッチ２へ進行し、他方の分岐 部は入力をアンドゲート３に供給するために使用されている。しかしながら、図 面で示されているように、アンドゲートへの他方の入力が発生される方法は変更 されている。 入来パケットは付加的なパルスと、ヘッダに先行しヘッダパルス列に対して固 定した時間関係を有する“データパルス”を含んでいる。データパルスはヘッダ に関してビット非同期であり、即ち、ビット期間の整数によりヘッダから分離さ れない。ここで説明する例ではデータパルスはヘッダ開始前１．５ビット期間で 生じる。 入来パケットは第２の時間で分割され、一方は受動回路網４´に供給され、他 方の分岐部は直接光アンドゲート３の入 力へ結合されている。回路網４´は図６でさらに詳細に示されており、ｎ個の腕 を有し、ここでｎはＡにおける０の総数である。回路網はデータパルスを含んだ パケット全体をｎ回再生し再結合し、それぞれ時間Ｔ_jだけ遅延され、これはデ ータパルスと、局部アドレスＡのｊ番目の０の間の時間差である。後述する例か ら明白なように、これはヘッダの各ビット位置における１つのデータパルスから 得られるパルスを具備した結合出力ワードＴ´を生成する効果を有し、ここでは 局部アドレスＡの対応するビット位置に０が存在する。局部アドレスＡに１が存 在するビット位置にはパルスは存在しない。それ故、実際にデータパルスは局部 アドレスの２進補数／Ａを生成するために使用される。 回路網４´からの出力はアンドゲート３に供給され、前述したようにアンドゲ ート３からの出力はＨがＡに等しくないならば０ではない。それ故、この技術は 自己ルート設定が回路網ノードでビットレベル同期を必要とすることなく生じる ことを可能にする。受動回路網４´はコンパクトな平面のシリコン上のシリカ技 術を使用して製造されることができ、例えば局部アドレスの変化を可能にするた めに容易に交換されることができる部品を提供する。 この技術の簡単な例が図７で示されており、再度局部アドレスＡとパケットヘ ッダＨが５ビットワードであると仮定する。説明の目的で局部アドレスは再度Ａ ＝０１０１１で取られ、従ってｎ＝２であり、／Ａ＝１０１００である。図７の （ａ）では入来パケットはヘッダアドレスフィールドＨ＝０ １０１１であり、従ってＨ＝Ａである。ビット期間はＴでありデータパルスはヘ ッダフィールドＨの第１のビットの１．５Ｔ前で生じる。このパケットは受動回 路網Ｎへ入力され、図７の（ｂ）、（ｃ）で示されている２つの遅延パケットを 生成するようにτ₁＝１．５Ｔでτ₂＝３．５Ｔの遅延でこのパケットは受動回路 網Ｎへ入力され、これは図７の（ｄ）で示されている光信号発生のために結合さ れている。この信号は光アンドゲートの一方の入力に供給され、ゲートへの他方 の入力は図７の（ｅ）で示されている遅延されていないパケットである。この場 合、Ｈ＝Ａであるのでアンドゲートへの２つの入力において同時に入来するパル スは存在せず、従 ながらＨ≠Ａであり、ＨとＡは必要なワードセットから取られるならば、光出力 信号はゲートから得られ、これは従ってルート設定スイッチを設定するために使 用される。 Ｈ＝Ａのときアンドゲートから重要な光出力が得られないことを確実にするた め、パケットにおける各光パルスの幅は実質的にビット期間Ｔよりも短いことが 必要である。パルスがＴよりも短くなければならない量は、アンドゲートの効率 、光検出器の感度、パルスの時間的な形状、光学的および電気的雑音レベルなど の要素に依存し決定される。実際上、これは試行錯誤により決定されるべきであ るが、しかしながら以下の近似的な基準が指標となる。幅ｔの方形の光パルスで は、ｔ＜Ｔ／２を必要とする。（ソリトンパルス等の）強度でｓｅｃｈ²である 時間的な形状のパルスでは、約ｔ＜Ｔ／４を 必要とし、ｔはパルスの最大強度の半分における全体の幅である。 この例では、光波長は１．５５ミクロンであり、光ライン速度は１００Ｇビッ ト／秒（即ちビット期間Ｔ＝１０ｐｓ）であり、個々の光パルスは２ｐｓの幅で ある。 受動回路網Ｎにより遅延される（従ってアンドゲートの一方の入力に供給され る図７の（ｄ）の信号で生じる）データパルスがアンドゲートの他の入力に供給 される図７の（ｅ）の遅延されていない信号のヘッダアドレスフィールドにおけ るパルスと一致するならば、アンドゲートは０ではない出力を有することに留意 すべきである。これはデータパルスの配置から生じ、それ故残りのパケットと同 期しておらず、ビット期間Ｔの非整数の倍数である受動回路網Ｎにおける遅延τ_j が使用される。図７の（ｂ）および（ｃ）で幾つかのパルスが重複し、従って これらが受動回路網Ｎの出力で結合されるとき、コヒーレントに干渉し、換言す るとある時間に図７の（ｄ）の結合された信号の結果的な強度は、結合されるパ ルスの相対的な光位相に応じて０と入力強度の合計との間の値を有することがで きる。これは破線のパルスにより図７の（ｄ）で表されている。ペイロードシー ケンス（図面では詳細に示されていない）のパルスも同じ方法で干渉する。しか しながら、破線パルスは図７の（ｅ）の遅延されていないヘッダアドレスフィー ルドのパルスと同時にアンドゲートの入力で生じることはないのでこれらの干渉 効果は重要ではない。 図５の回路では、種々の光接続が便宜的に単一モードの光 ファイバで行われる。２つのスプリッタ（一方が回路への入力にあり、他方が“ 受動回路網Ｎ”のすぐ前にある）は標準的な融着ファイバ結合器である。スプリ ッタの分割比率は特に臨界的ではない。第１のスプリッタはおそらく１０：９０ ％の比率を有し、従って入来パケット中のほとんどのエネルギはルート設定スイ ッチを通って伝送され、少部分が回路のヘッダ認識部分に送られる。第２のスプ リッタ（受動回路網Ｎのすぐ前のスプリッタ）は光アンドゲートへの２つの入力 における個々のパルスの強度がほぼ等しいように選択された分割比率を有する。 （後述の第２の高調波発生に基づく光アンドゲートでは、出力強度が２つの入力 強度の積に比例するので実際に入力が同一強度である必要はない。）受動回路網 Ｎには２つの腕が存在するので、第２のスプリッタで例えば３３：６６％の比率 を有することが適切であり、従って下部通路に沿ってアンドゲートの入力に直接 伝送されるとき２倍程度のパワーが受動回路網Ｎの入力へ伝送される。バッファ は便宜的に単一モードの光ファイバであり、ルート設定スイッチの状態はバケッ トがスイッチ到着する前に正確に設定されるようにパケットが遅延されるのに十 分な長さである。この場合、“十分”は約２ｎｓ遅延であり、これは約４０ｃｍ のファイバにより与えられる。受動回路網Ｎは（例えば文献CJ Beaumont氏によ るBT Technology Journal 、９巻、NO.4、30〜35頁、1991年10月に記載されてい るように）平面シリカ導波体技術によってフォトリソグラフ処理を用いて製造さ れてもよい。Ｏ／Ｅ変換装置は光電子増倍管であり、ＴＴＬ単 安定回路が続き、出力パルス幅は“付勢”状態にルート設定スイッチを保持する のに丁度十分な長さであり、その後に光電子増倍管からの電子出力パルスが続き 、完全なパケットが通過することを可能にする（例えば１００Ｇビット／秒での ５００ビットのパケットはスイッチが少なくとも５ｎｓ間正確な状態に保持され ることを必要とする）。光電子増倍管はこの場合、約２ｎｓの上昇時間を有し、 第２の高調波波長（１．５５μｍ／２＝０．７７μｍ）に感度があるべきであり 、適切な装置はThorn EMI社で製造されている9817Ｂ型光電子増倍管である。 多数の他の非線型光学処理が使用されることができるが、光アンド動作を実行 するために使用される非線型光学装置は例えば第２の高調波生成結晶であっても よい。同様に、前述の他の部品も単に例示として示したものに過ぎない。明らか に多数の別の型式の装置が本発明の構成において置換されてもよい。 適切な光アンドゲートと検出器の１例が図８で示されている。システムは遮光 性ハウジング60に含まれている。レンズ61は２つの入力ファイバａ、ｂからの出 力をＳＨＧ結晶62上の同一の焦点スポットへ伝送する。入力光の一部分は第２高 調波波長に変換される。各２つのファイバからのパルスが結晶に同時に入射する 場合のみ第２高調波パルスが生成され、ー方の入力ファイバからのパルスが結晶 に到達し、他方のファイバからのパルスが同時に到達しないならば、第２の高調 波パルスが発生されないような方法で結晶は方位付けされる。 これは“同一線上でない位相整合”としてよく知られている既知の技術である。 開口63とフィルタ64の目的は入力ファイバからの光が光電子増倍器に到達しない ように阻止し、第２高調波ビームが通過することを可能にすることである。フィ ルタは入力波長（１．５５μｍ）を強く減衰し、第２高調波（０．７７μｍ）を より少ない程度に減衰するスペクトル特性を有していなければならない。適切な フィルタはSchott Glaswerke社により製造されるKG5型ガラスである。フィルタ からの出力は光電子増倍管65に供給される。 図９は半導体レーザ増幅器（ＳＬＡ）で４波混合を使用する別のアンドゲート を示している。この構造は低い潜在性を必要とする（即ち入来信号に対して短い 応答時間）ヘッダ認識等の使用に好ましいものである。 図９で示されているゲートでは、波長λ_sでの２つの信号（ＡとＢ）は直交偏 光状態でＳＬＡに導入される。信号Ａと同じ偏光のλ_pのＣＷポンプビームＰも ＳＬＡに導入される。４波混合はλ_s−（λ_p−λ_s）とλp＋（λ_p−λ_s）で１次 的な側波帯を生成するように信号ＡとＰの間で生じる。利得変調（および屈折率 変調）はλ_pとλ_sの間のビート周波数でＳＬＡで与えられる。信号Ｂはこの変調 と遭遇し、信号Ａ、Ｐに対して直交偏光状態でλ_s＋（λ_p−λ_s）とλ_s−（λ_p −λ_s）で側波帯を生成する。ポンプビームＰと信号ビームが直交偏光されてＳ ＬＡに導入されるとき混合は生じず、Ａが存在しない限りＢの波長変換は生じな い。Ｂ偏光平面でのλ_s−（λ_p−λ_s）における信号は光偏光装置 と帯域通過フィルタの使用により分離される。この信号はＰビームが連続して存 続するとき信号Ａと信号Ｂの間のアンドを表す。 図面で示されている回路では、１５５３．１５ｎｍでの信号Ａは３ｄＢ結合器 中の同調可能な外部空洞レーザ91から１５５５．０８ｎｍでポンプＰと結合され る。結合された信号Ａ＋Ｐはエルビウムでドープしたファイバ増幅器92で増幅さ れ、ビームスプリッタ／結合器93を通過し、Ａ＋Ｐと直交偏光状態で結合される 。Ａ、Ｂ、Ｐの偏光はファイバピッグテール偏光ビームスプリッタ／結合器を使 用して最大透過に対して最適化される。３つの信号は３４０ｍＡでバイアスされ るとき５００μｍの長さの歪み層の８ウェルＭＱＷ埋設ヘテロ構造ＳＬＡに結合 され、約１．５６μｍの利得ピークを有する。ＳＬＡからの出力はＡ＋Ｐ偏光軸 で信号を消滅するように調節されるファイバ偏光装置を通過する。これに後続し てアンド信号を分離するために１５５１．２０ｎｍを中心とする０．６ｎｍファ イバ格子帯域通過フィルタが配置されている。この信号はさらに高速度光検出器 （帯域幅が約１８ＧＨｚ）で検出される前に増幅される。前述したように、光検 出器からの出力は例えばルート設定スイッチを制御するために使用されてもよい 。展示のために出力はオシロスコープで観察されてもよい。 実験目的で、図９の回路はマッハツェンダ変調器に基づくパルスパターン発生 器を使用して生成される入力Ａ、Ｂを示しているが本発明のコードワードに認識 システムに適用され るとき、アンドゲートは例えば入力Ａとして認識されるワードＷと、入力Ｂとし てターゲットワード／Ｔの補数に対応するワード形成回路網の出力とを取っても よい。 コードワード、この実施例ではアドレスが認識される方法と、使用されるエン コードアルゴリズムに対する理論的背景を以下さらに詳細に説明する。 広帯域幅の光回路網上のパケット用アドレスの認識に関して説明したが、これ は単なる例示であり、本発明の方法は広範囲の分野で応用可能であることが認め られよう。 情報処理の基本的動作は２進ワード（例えばパケットスイッチ通信回路網にお けるヘッダアドレスシーケンス）を認識することである。ｎビットワードＷ＝ｗ₁ ｗ₂…ｗ_nを認識する問題は所定のワードが特定されたターゲットワードＴ＝ｔ₁ ｔ₂…ｔ_nと同一であるか否かを決定することである（ここでｗ₁、ｔ₁は２進デジ ットである）。象徴的に、次式が０または１に等しいか否かを決定する。 ここで値１は認識（Ｗ＝Ｔ）を表し、値０は非認識（Ｗ≠Ｔ）を表す。（ブール 代数で通例のように、和と積はそれぞれ論 はｘの論理的補数を示す）。ある応用では（例えば超高速度の光信号処理）ワー ド認識が０出力により表されるように論理作業を別の表現にすることが有効であ り、これは弁別しきい値［１］を設定することを実際に容易にすることができる 。 この場合、適切なアルゴリズムは次式のとおりである。 ０はＷ＝Ｔを表し、１はＷ≠Ｔを表す。どちらのアルゴリズムが使用されても、 一般的な場合（全てのワードに有効）ワード認識の作業はビットレベルで排他的 オア動作（またはそれと論理的に等価な動作）を必要とする。超高速度非線型光 学系により排他的オアゲートを構成することはサグナック干渉計［２乃至４］と ソリトンドラッグ（dragging）ゲート［５］等の非線型ファイバ装置を使用して 行われる。これらの装置は超高速度の光信号を処理する能力を有するが、典型的 に各論理ゲートに対して数百メートルの光ファイバを必要とする。 本発明はビットレベルでアンド動作に基づくアルゴリズムを使用してワード認 識に別の方法を使用する。他の論理動作と異なって、２つの光フィールドの簡単 なスカラ積により表されるようにアンド動作は全ての超高速度の非線型光現象［ ６］に基づいている。それ故、そのアルゴリズムは低い潜在性（入力と出力信号 の間の遅延時間が短い）で受動的に長期間安定性で、小さい物理的容積と、積分 に対する潜在性等の所望な特性を有する多数の新しい装置の可能性を広げる。 前述の符号を使用して２進ワード認識用の以下のアルゴリズムを提案する。 ｎビットワードに適用されるとき、アルゴリズム（１）は（ｎ＝３）の簡単な例 が容易に示しているように、無効である。ターゲットＴとして３ビットワードを 取ると、必要な結 ＋１・０＋１・０＝０）であるときに得られる。また、Ｗを（１）で異なった３ ビットワードと取ることは正確に非認識（例えばＴ＝０１１、Ｗ＝１１０のとき 、必要であるように ら、あるワードは誤って認識を示すものもある（例えばＴ＝ ０・０＝０）。それ故、アルゴリズムを適用するため、ｎビットワード（および ターゲット）の範囲を十分な２ⁿの可能性のサブセットに限定しなければならず 、式（１）はあらゆ るワードおよび、サブセットから選択されたターゲットで有効である。３ビット ワードに対してセット０１１、０１０、１００（または代りに０１１、１０１、 １１０）が（１）の有効な使用を可能にすることを確証することは難しくない。 （１）の有効な使用を可能にするように構成されることができるｎビットワー ドのセットの大きさを考慮する。ｎが偶数として、最大値許容セットは全て変換 でｎ／２の１とｎ／２の０から構成されるｎ！／［（ｎ／２）！］²ワードを含 む。ｎが奇数とすると、２つの等しい寸法で相互に排他的な最大値のセットはｎ ！｛［（ｎ＋１）／２］！［（ｎ−１）／２］！｝ワードを具備し、一方のセッ トは全て変換で（ｎ＋１）／２の１と（ｎ−１）／２の０から構成され、他方の セットは０と１を交換することにより第１のものから得られる。 小さい値のｎについて定理を直接証明することは簡単である。任意の大きな値 ｎの定理を証明する。選択されたｎビットターゲットＴに対して証明の３ステッ プの第１のものが決 特性を有するワードはｉ）ターゲットＴ自体と、ii）Ｔにおける０と同一位置の ０を有する全ての可能なワードであり、残りのビットは１または０のいずれかで ある（即ち、ｔ_i＝０ならばｗ_i＝０またはｔ_i＝１ならばｗ_i＝０または１である ）。それ故、この特性を有する全てのワードはＷ＝Ｔでなければ、Ｔよりも少な い１を含む。その結果、Ｓ_qがｑ個の１とｎ乃至ｑ個の０の全ての可能な置換か ら排他的に構成 されているｎビットのセットを示すならば、Ｓ_q中の全てのワードとターゲット は所望の特性を具備しなければならない（１）。これについての簡単な例示とし て、表１は２つの１（ｎ＝４ではセットＳ₂）を有する全ての４ビットワードを リストしている。Ｔ＝０１０１をターゲットとして仮定する。 ０＋０・１＋１・０＝０である。 第２のステップは、他のｎビットワードがセットＳ_q´に付加されるならば特 性（１）は無効にされることを示す。Ｗ_pをＳ_qに付加されるｐ個の１（ｐ＜ｑ） を含んだｎビットワードとする。もとのセットＳ_qから、Ｗ_p中の１と対応する位 置のｐ個の１と、他の位置のｑ乃至ｐの１とを有するワードＷを選択することが できる。その結果Ｗ_p≠Ｗであっても 様にｐ＞ｑを除いてＷ_pが前述したように限定されるならば、もとのセットＳ_qか ら、Ｗ_p´のＯに対応する位置のｎ乃至ｐの０と、他の位置のｐ乃至ｑの０を有 するワードＷを選択す り、（１）は無効にされる。証明の第２のステップは従って終了された。これを 示すためワード０００１と０１１１は特性（１）を無効にせずに表１でリストさ れているＳ₂に付加されない。 最後のステップはｎが偶数であるならば、それぞれｑ個の１を有するｎビット ワードの最大のセットＳ_qはｑ＝ｎ／２ のときに生じ、これはｎ！／［（ｎ／２）！］²ワードを含んでいる。ｎが奇数 ならば、それぞれｎ！／｛［（ｎ＋１）／２］！［（ｎ−１）／２］！｝ワード を含んでいる２つの等しい最大セットＳ_qが存在し、一方のセットはｑ＝（ｎ− １）／２を有し、他方はｑ＝（ｎ＋１）／２を有する。これは証明を完了させる 。 要約すると、２進ワードの認識のアルゴリズムを説明した。このアルゴリズム はビットレベルでの論理的アンド動作に基づいている。アンド動作は２つの光フ ィールドの簡単なスカラ積により表されるように超高速度の非線型光現象に基づ いている。このアルゴリズムを使用するペナルティは使用されることができるｎ ビットワードの範囲を限定することである。それ故、残りの問題は実際にこれが どの程度深刻な限定であるかということである。図１は限定されたワードセット （ｎを偶数としてＳ_n/2、またはｎを奇数としてＳ_(n+1)/2）または限定されてい ないコード（２ⁿ−１）を使用するとき、必要とされるワードの総数に応じて、 必要とされるワード長ｎを示している。限定された場合では、典型的に２または ３のみの付加的なビットが１億もの特有のワードの構成で必要とされることが分 かる。例えば、百万のワードは限定されていないコードを用いて２０ビットで構 成されることができ、２３ビットがアルゴリズム（１）の有効な使用を可能にす る同一サイズの限定されたワードセットを構成するのに必要とされる。将来の超 高速度光子回路網のバケットとヘッダ認識等のある応用では、必要とされる付加 的なビットが少数であ ることは、回路網のノードにおけるハードウェアの複雑さを全体として非常に減 少することを行うのに許容可能なペナルティである。 参考文献 ［１］Islam,M.N．とSauer,J.R．の“GEO modules as a natural basis for all -optical fiber logic syslems”、IEEE J.Quant.Electron,、1991年、27、843 〜8頁 ［２］Nayar,B,K．とBlow,K.J．とDoran,N.J．の“All optical switching in n onlinear fibre loop mirror devices”、Optical Computing and Processing、 1991年、１、81〜89頁 ［３］Jinno,M．とMatsumoto,T．の“Ultrafast all-optical logic operations in a nonlinear Sagnac interferometer with two control beams”、1991年、 Opt.Lett．、16、220〜2頁 ［４］Jeong,J.M．とMarhic,M.E．の“All-optical logic gates based on cros s-phase modulation in a nonlinear fiber interferometer”、1991年、Nonlin ear Guided Wave Phenomena（Technical Digest Series 15、Opto.Soc.Am.、Was hington,DC）、345〜7頁 ［５］Islam,M.N．の“Ulrafast fibre switching devices and systems”、（C ambridge Univ.Press、 1992年） ［６］Bucher,P.N．とCotter,D．の“The elements of nonlinear optics”、（ Cambridge Univ.Press、 1990年） ［７］Forghieri,F.とBononi,A．とPrucnal,P,R．の“Novel packet architecture for all-optical ultrafast packed-switched networks” 、（Electronics Letters 28、2289〜91頁、1992年） ［８］Dijaili,S.P．とSmith,j.S．とDienes,A．の“Timing ｓynchronization of a passively mode-locked dye laser using a pulsed optical phase lock l oop”（Applied Physics Letters 55、418〜20頁、1989年） ［９］Beaumont,C,J．とCassidy,S.A．とWelbourn,D．とNield,M．とThurlow,A ．とSPirit,D.M．の“Integrated silica optical delay line for signal proc essing”（BT Technology Journal 9、30〜35頁、1991年）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＮＺ，ＵＳ 【要約の続き】 ある。ワードは光ドメインでビット的ブール動作を実行 することにより認識される。動作は認識されるべきワー ドとターゲットワードの補数について実行される。アン ド動作は認識されるべきワードとターゲットワードを非 線型結晶中に導入し、結晶からの第２高調波出力を検出 することにより実行されてもよい。ターゲットワードの 補数は固定したワード形成回路網により生成される。こ の方法は光回路網上のパケットのアドレスを認識するた めに適用されることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光学的にエンコードされた２進ワード認識方法において、認識されるべき ワードＷについて、またはそこから得られるワードについてビット的なブールア ンド動作を光ドメインで行うことによりワードが認識されることを特徴とする方 法。 （２）コード化されるワードが２進ワードのサブセットから選択され、ここでは 、 以下の動作であり、 ワードは認識されるべきワードとターゲットワードの補数とのアンド動作を行う ことにより認識される請求項１記載の方法。 （３）アンド動作は認識されるべきワードＷによりエンコードされた第１の光信 号を非線型光媒体に導入し、ターゲットワードＴの補数によりエンコードされた 第２の光信号を非線型光媒体に導入し、非線型光媒体の出力を検出することによ り実行される請求項１または２記載の方法。 （４）非線型媒体の光出力信号が周波数によって第１、第２の光信号から弁別さ れる請求項３記載の方法。 （５）第１、第２の光信号は周波数ωであり、光出力信号は 第２高調波周波数２ωである請求項４記載の方法。 （６）光出力信号が伝播方向によって第１、第２の光信号から弁別される請求項 ３、４または５記載の方法。 （７）光出力信号が偏光状態によって第１、第２の光信号から弁別される請求項 ３、４または５記載の方法。 （８）出力光信号はその位相によって第１、第２の光信号から弁別される請求項 ３記載の方法。 （９）非線型光媒体が結晶である請求項３乃至８のいずれか１項記載の方法。 （１０）ターゲットワードの補数に対応する出力を生成するように配置されてい るワード形成回路網に光信号を導入することを含む請求項３乃至９のいずれか１ 項記載の方法。 （１１）非線型光媒体が光導波体である請求項１乃至１０のいずれか１項記載の 方法。 （１２）２進ワードが１０Ｇビット／秒を越えるビット速度で処理される請求項 １乃至１１のいずれか１項記載の方法。 （１３）ビットｗ₁，ｗ₂…ｗ_nが、認識されるべき画像の２進画素に対応する請 求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法。 （１４）コードワードＷは、残りのワードに関して固定しビット非同期時間関係 を有するデータパルスが設けられ、データパルスはターゲットワードに応じてパ ルスシーケンスＴ´を生成するために使用される請求項１乃至１３のいずれか１ 項記載の方法。 （１５）パルスシーケンスＴ´がスプリッタ／遅延回路網へ のデータパルスを含んだコードワードＷを供給することにより生成され、回路網 の異なった腕はターゲットワードＴに依存して決定される遅延を有する請求項１ ４記載の方法。 （１６）回路網の各ｊ番目の腕はワードＷと、データパルスとターゲットワード Ｔのｊ番目の０との間の時間差である時間τ_jによる対応するデータパルスとを 遅延する請求項１５記載の方法。 （１７）ワードＷは光回路網上で伝送されるパケットのヘッダ中で伝送されるア ドレスであり、さらに光アンド動作の結果に応じて、パケットのルート設定スイ ッチを制御する請求項１乃至１６のいずれか１項記載の方法。 （１８）光通信システムで伝送されるパケットに関連するアドレスを検出し認識 するアドレス読取り装置において、請求項１乃至１７のいずれか１項記載の方法 によってアドレスを認識するように構成されていることを特徴とするアドレス読 取り装置。 （１９）アドレス読取り装置は第１および第２の光信号用の入力と、非線型光媒 体からの出力信号を受信するように接続されている検出器とを有するアンドゲー トとして構成されている非線型光媒体を含んでいる請求項１８記載の装置。 （２０）非線型光媒体は光導波体である請求項１９記載の装置。 （２１）非線型光媒体が結晶である請求項１９記載の装置。 （２２）ターゲットワードまたはそこから得られるワードを生成するように配置 されているワード形成回路網を含んでい る請求項１８乃至２１のいずれか１項記載の装置。 （２３）ワード形成回路網はターゲットワードの補数に対応した出力を生成する ように構成されている請求項２２記載の装置。 （２４）コードワードＷと共に伝送されたデータパルスに応答し、残りのコード ワードに対して固定したビット非同期時間関係を有する光パルスシーケンス発生 器を具備し、この光パルスシーケンス発生器は前記ターゲットワードＴに依存し てパルスシーケンスＴ´を出力することを特徴とする請求項１８乃至２３のいず れか１項記載の装置。 （２５）光パケットがｎビット弁別子ワードＷを伝送し、弁別子ワードＷは２進 ワードのサブセットから選択され、ここ であることがサブセットの弁別子ワードＷとターゲットワードＴに対して真であ ることを特徴とする光通信システム。 （２６）信号が２進ワードのサブセットから選択される２進 して、 であることがサブセットのワードＷとターゲットワードＴに対して真であること を特徴とする光ドメインで伝送するための信号のエンコード方法。 （２７）さらに残りのコードワードＷと固定したビット非同期時間関係でデータ パルスを生成する請求項２６記載の方法。 （２８）認識されるべきコードワードＷと、ターゲットワードＴから得られる光 パルスシーケンスＴ´を光アンドゲートに供給することにより光コードワードを 認識する手段を具備している光通信システムにおいて、 コードワードＷと共に伝送されるデータパルスから光パルスシーケンスを生成 し、残りのワードと固定したビット非同期時間関係を有する手段を具備している ことを特徴とする光通信システム。 （２９）ワード形成回路網は光スイッチ手段を含んでおり、複数の異なるターゲ ットワードから１つの選択されたターゲットワードを認識する光スイッチ手段に より構成されている請求項１０または請求項１１乃至１７のいずれか１項記載の 方法。 （３０）さらに、認識されるべきワードＷとして入来するパルスシーケンスの複 数のサブフィールドのうち１つを選択することを含む請求項１０または請求項１ １乃至１７または請求項２９記載の方法。 （３１）認識されるべきワードＷのための第１の光入力と、ターゲットワードＴ またはそこから得られるワードのための 第２の光入力とを有する光アンドゲートと、このアンドゲートの出力に応答する 検出器とを具備し、アンドゲートは入力ワードに対してビット的ブールアンド動 作を光ドメインで行うように構成されていることを特徴とする選択的にエンコー ドされた２進ワードの認識装置。 （３２）光アンドゲートへ入力するためのターゲットワードまたはターゲットワ ードから得られるワードを生成するように構成されているワード形成回路網を含 んでいる請求項３１記載の装置。 （３３）ワード形成回路網は光スイッチ手段を含んでおり、複数の異なったター ゲットワードのうち選択された１つのターゲットワードを認識するための光スイ ッチ手段により構成されている請求項３２記載の装置。 （３４）認識されるワードＷとして入来するパルスシーケンスの複数のサブフィ ールドのうち１つのサブフィールドを選択する手段を含んでいる請求項３２また は３３記載の装置。