JPH087358B2 - 光巡回シフトレジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光デジタル回路に関し、
特に、光巡回シフトレジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】全光情報処理は、電子情報処理よりもは
るかに速いスピードを有している。光回路は比較的非直
線性が悪いにも関わらず、石英ガラス光ファイバは、全
光処理システムを実現する最も有望な媒体である。この
光ファイバの損失は極めて低く、その非直線性を補償す
るために、長い距離が用いられている。そして、そのよ
うな光システムを構築するのに、極めてたくさんの既存
の技術が用いられる。全光ファイバサニャック干渉計ス
イッチは様々な形において、そして、極めて高速で動作
できる。そのサニャックスイッチは極めて単純な構造
で、そして周囲の変化に極めて敏感で、沢山の経験が蓄
積されて、サニャックループをベースにしたファイバの
ジャイロスコープの開発が行われた。

【０００３】光の三端子サニャックスイッチを形成する
ために、個別の信号ビームとは別の制御ビームを用いる
必要がある。二つの異なる光波長を用いた、制御ビーム
と信号ビームの無損失の結合および分離は、波長依存性
カプラ、あるいはフィルタを用いて行われる。異なる波
長を使用することは、単純なシステム形成には便利であ
るが、システムが複雑になるにつれて問題が発生してく
る。すなわち、同一の素子でもって、システムをカスケ
ード構成することができない。近年、偏光ベースのサニ
ャックスイッチは、波長ではなく、偏光を用いて制御ビ
ームと信号ビームとを識別するものが実証されている。
安定した偏光ベースの干渉計は、偏光カプラを用いて、
サニャックスイッチ内で簡単に達成できる。光スイッチ
を実現するのに進歩はしているが、全光情報処理装置が
実現する前に、たくさんの他の電子回路機能が光環境で
実現される必要がある。尚、本出願の関連出願として整
理番号９２０２１２と９２０２１４とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光巡
回シフトレジスタの構成部品をすべて光素子により構成
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光巡回シフトレ
ジスタは、光符号化手段を用いて実現できる。この符号
化手段は、受信した光クロック信号を制御ポートで受信
した符号化光信号から得られた値でもって符号化する。
その結果得られた符号化クロック信号は、出力ポートに
出現し、その後、制御ポートに接続、すなわち、戻され
る。この符号化手段は、その後受信されたクロック信号
を符号化するために、制御ポートで符号化クロック信号
を用いる。

【０００６】一実施例のシフトレジスタにおいては、こ
の符号化手段は、制御可能な伝播スピード特性を有する
光伝送媒体を含むサニャックスイッチ装置を用いて実現
できる。このサニャックスイッチが、その非反射出力ポ
ートと制御ポートとの間を接続するフィードバックパス
を含むようにする。光クロック信号は、サニャックスイ
ッチの入力ポートで受信され、符号化データ信号は制御
ポートで受信される。このサニャックスイッチは、入力
ポートで受信されたクロック信号を制御ポートで受信さ
れた符号化信号から得られた値でもって符号化する。出
力ポートでのこの符号化クロック信号は、その後、フィ
ードバックパスを介して、制御ポートに戻される。この
シフトレジスタは、符号化クロック信号を出力する。

【０００７】第２の実施例においては、光シフトレジス
タは、前述したサニャックスイッチ装置を用いて実現で
きる。ただし、フィードバックパスがサニャックスイッ
チの反射出力ポートをサニャックスイッチの制御ポート
に接続する点が異なる。この実施例においては、このシ
フトレジスタは、符号化されたクロック信号とその反転
信号を交互に出力する。

【０００８】

【実施例】図１において、光巡回シフトレジスタ１００
はサニャック干渉計スイッチ装置１１０を用いて実行さ
れる符号化手段とフィードバックパス１２０とを有す
る。ここで、サニャックスイッチの詳細については、米
国特許出願第５２１７７４号等を参照されたい。サニャ
ック干渉計スイッチ装置１１０は、光伝送媒体、すなわ
ち、光ファイバループ１０を有し、この光ファイバルー
プ１０は、その両端がカプラ２０に接続されている。入
力クロック信号は、入力点ＳＩに入力され、この入力点
ＳＩは、カプラ２０のポート１であり、カプラ２０のポ
ート２と４は光ファイバループ１０の二端に接続され、
カプラ２０のポート３は、サニャックループの出力点Ｓ
Ｏを構成する。このファイバはループを形成し、これは
信号が伝送するパスとも称され、このパスは実質上閉じ
られた構成である。

【０００９】サニャック干渉計スイッチ装置１１０の動
作は以下の通りである。以下において、クロック信号は
単一パルス、または複数のパルスの何れでもよい。同様
に、データ入力信号と制御信号とは、単一のパルス、あ
るいは複数のパルスの何れでもよい。ポート１に入力さ
れる入力クロック信号はポート２と４で、カプラ２０に
出る二つの部分に分割される。そして、時計方向に回る
のが、「マーク」（ｍａｒｋ）信号で、反時計方向に回
るのは「レフ」（ｒｅｆ）信号である。この「マーク」
信号と「レフ」信号は反対方向に伝送され、カプラ２０
に再入力されて、そこで再結合する。通常の状態におい
ては、「マーク」信号と「レフ」信号はループの中を伝
送する際に、同一の条件下に置かれる。伝播速度は、制
御不可能な多数のパラメータの関数であり、そのスピー
ドは時間とともに変わることもあれば、変わらないこと
もあるが、「レフ」信号と「マーク」信号の伝送時間
は、十分に短く、前述したパラメータは一定となる。従
って、ループ内では、二方向に伝播する信号に対して、
光ファイバのパラメーターの差というものは存在しな
い。その結果は、カプラ２０で信号を合成し、ポート１
では強め合い、ポート３では弱め合う。従って、カプラ
２０のポート１に入力する光は、ポート１に完全に反射
して戻り、ポート３には出力は発生しない。

【００１０】さらに、図１の構成は、偏光結合カプラ３
０を有し、この偏光結合カプラ３０は、制御信号をポー
トＣＴＬＩで光ファイバループ１０のセグメント１１に
注入する。偏光結合カプラ３０は、ループ内に存在する
ので、この制御信号はループ内を一方向にのみ進行し、
また偏光結合カプラ３０はループに沿って、「マーク」
信号の方向に進行する制御信号を注入する。偏光結合カ
プラ５０は、光ファイバループ１０内に存在し、制御機
能を実行した制御パルスをループ１０から取り出す。

【００１１】光ファイバループ１０のセグメント１１
は、可変屈折率材料で、その特徴はその材料内を通過す
る光ビームの伝播速度は、そのビームのエネルギーの関
数である。さらに、伝播速度は、光ビーム（例えば、制
御信号）に対して変化するだけでなく、他の光ビーム
（例えば、「マーク」信号）の伝播スピードも変化する
ものである。この制御信号と「マーク」信号との間の非
線形相互作用は、光カー効果に起因する交差位相変調に
よるものである。当然のことながら、光ファイバループ
１０の全長にわたって、そのような可変屈折率材料で形
成されてもよいが、図１では、そのような材料で形成さ
れているのは一部である。また、図１の光ファイバルー
プ１０は必ずしもファイバである必要はない。それは光
を伝播する導波路でよい。

【００１２】図１の構成には、光ファイバループ１０が
含まれ、この光ファイバループ１０は可変屈折率材料
で、セグメント１１が形成され、「マーク」信号と「レ
フ」信号が反対方向にループ内を進行し、カプラ２０で
結合して、偏光結合カプラ３０で注入された制御信号Ｃ
ＴＬＩは「マーク」信号と同一方向にセグメント１１内
を進行し、偏光結合カプラ５０で抽出される。この「マ
ーク」信号と制御信号ＣＴＬＩがうまくタイミングを取
って、条件付られた場合には、単極双投スイッチ型の装
置となる。制御信号が存在しない場合には、「マーク」
信号と「レフ」信号はカプラ２０で結合される。ポート
１でスイッチ内に入った信号は、光ファイバループ１０
で反射されて、カプラ２０のポート１から取り出され
る。しかし、制御信号ＣＴＬＩが「マーク」信号ととも
にセグメント１１内を進行する場合には、この制御信号
により引き起こされた「マーク」信号の伝播スピードの
変化は、カプラ２０に到着する「マーク」信号の位相を
変化させる。制御信号内のエネルギーとセグメント１１
内の相互作用間隔（「マーク」信号と制御信号との間
の）が適切に制御されると、「マーク」信号と「レフ」
信号との間の得られた位相関係は約πラジアンになり、
すなわち、「マーク」信号は、約１８０度だけ「レフ」
信号から脱調している。このことにより、「マーク」信
号と「レフ」信号をカプラ２０内で結合すると、ポート
１では完全に弱め合い、ポート３では完全に強め合う。
その結果、エネルギーのすべては、ポート３に（非反射
信号出力ポート）に存在し、ポート１（反射信号出力ポ
ート）には存在しない。「レフ」信号はセグメント１１
内を進行し、そのスピードは制御信号により若干影響さ
れる。しかし、制御信号と「レフ」信号は反対方向に進
行するので、それらの相互作用時間は「マーク」と制御
信号の相互作用時間よりもはるかに短い。

【００１３】サニャックスイッチの適切な動作を保証す
る（すなわち、ポート３から出力するパルスのひずみを
最小化する）には、制御信号は、それが光ファイバルー
プ１０のセグメント１１を通過している間、「マーク」
信号を完全にトラバースする必要がである。このことは
セグメント１１の材料が二つのスピード特性を有する、
すなわち、制御信号は「マーク」信号とは異なるスピー
ドで伝播することにより達成される。この伝播速度の相
違は、制御信号の制御可能なパラメータ（例えば、波
長、強度、偏光）に関連する。制御信号が、セグメント
１１内で「マーク」信号を完全に横切る（トラバースす
る）限り、サニャックスイッチの動作は制御信号の形
状、およびその正確なタイミングには完全に無関係であ
る。そして、サニャックスイッチの動作は制御信号の全
エネルギ（制御パルスの積分値）にのみ影響される。

【００１４】この実施例においては、制御信号は、フィ
ードバックパス１２０を介してフィードバックするサニ
ャック干渉計スイッチ装置１１０の非反射出力信号ＳＯ
であるので、制御信号は入力信号と同一の波長を有する
必要がある。かくして、セグメント１１は、偏光のみ、
あるいは偏光と強度の両方に基づく制御可能なパラメー
タを有するよう選択される。セグメント１１の長さは、
制御可能なパラメータとともに「マーク」信号が制御信
号の入口を通って、セグメント１１内に入る場合でも、
制御信号がセグメント１１内の「マーク」信号をトラバ
ースする（即ち、通過）させるように選択される。

【００１５】図１において、本発明の光巡回シフトレジ
スタ１００の動作について述べる。この実施例におい
て、光ファイバループ１０は、偏光保持ファイバ（ＰＭ
Ｆ）から形成される。偏光保持カプラ（ＰＭＣ）が、サ
ニャックスイッチを形成するカプラ２０として使用され
る。クロック信号は、カプラ２０により、二つの等しい
信号（すなわち、「マーク」信号と「レフ」信号）に分
離され、これらの信号はループ内を異なった方向に伝播
し、そして、カプラ２０で干渉しながら再結合する。ク
ロック信号は、光ファイバループ１０内で単一の直線偏
光状態に保持され、この制御信号は、偏光結合カプラ
（ＰＢＳＩ）をカプラ２０として使用することにより、
直交状態で、光ファイバループ１０内に導入される。偏
光分離カプラ（ＰＢＳ２）は、カプラ５０として使用さ
れ、制御信号を光ファイバループ１０から抽出する。理
想的な装置では、制御信号と「マーク」信号と「レフ」
信号の無損失結合と完全分離とが可能である。

【００１６】光ファイバループ１０のセグメント１１の
長さは、奇数のセックションと偶数の交差−軸スプライ
スからなる。図においては、光ファイバループ１０のセ
グメント１１は９個のセークションと８個の交差−軸ス
プライスからなる（すなわち、隣接するセックションは
複屈折軸が直交するように結合される）。光ファイバル
ープ１０の所定の複屈折特性を用いると、これは制御信
号と「マーク」信号とが各セックションの間の制御可能
なスリップ（通過）量に対応する。これらのスプライス
により、制御信号と「マーク」信号は相互作用を相乗さ
せ（すなわち、互いに横断（トラバース）するか、通過
（スリップ）する）、そして、他の特徴、例えば、ジッ
ターの独立性、コヒレント問題の除去、およびパルス形
状許容度の増加のような他の利点もある。

【００１７】制御信号ＣＴＬＩが存在しない場合、「マ
ーク」信号と「レフ」信号の再結合は、カプラ２０で干
渉し、結合された信号はサニャック干渉計スイッチ装置
１１０のポート１に反射される。制御信号ＣＴＬＩが存
在する場合には、制御信号とともに進行するクロック信
号（「マーク」信号）の半分に対する非線形位相シフト
が発生し、合成信号は、ポート１で反射されずに、ポー
ト３に伝送する。サニャック干渉計スイッチ装置１１０
からの伝送信号、すなわち、非反射信号ＳＯは、論理的
に制御信号ＣＴＬＩ（遅延された）と等価であり、エル
ビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１６０によ
り増幅され、フィードバックパス１２０を介して、制御
信号ＣＴＬＩを提供するようフィードバックされる。こ
のフィードバックパス１２０は、若干の所定時間遅延を
フィードバック信号に付加する。フィードバックパス１
２０内のエルビウムドープ光ファイバ増幅器１６０は、
他の光増幅器で置換可能である。さらに、このエルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器１６０はフィードバックパス
１２０ではなく、光ファイバループ１０内にも配置し得
る。

【００１８】他の実施例では、エルビウムドープ光ファ
イバ増幅器１６０の代わりに、パス１７０で置換しても
よい。この他の実施例では、１）様々なスプライスでの
損失が非常に小さい、２）十分な交差−軸スプライスが
存在する、３）セグメント１１の長さは十分に長い、
４）強化非線形屈折率ファイバが使用される、場合には
有益である。これらの特性の一つ、またはそれらの組合
せができれば、制御信号が「マーク」信号に対して十分
な１８０度位相シフトをできるのに必要な伝播スピード
変化を生成するのに十分なエネルギーを有する非増幅フ
ィードバック制御信号が使用できる。

【００１９】フィードバックパス１２０の光ファイバ
は、偏光結合カプラ３０に接続される前に、９０度回転
している。これにより、制御信号ＣＴＬＩがクロック信
号の偏光に対し、９０度偏光する、それにより、制御信
号が、それが光ファイバループ１０内を通過している
間、クロック信号と干渉して結合することがない。制御
信号ＣＴＬＩの偏光は、光ファイバループ１０の急速転
移偏光角（fast transit polarization angle）に設定
される。

【００２０】フィードバックパス１２０の長さは、第１
クロック信号が偏光結合カプラ３０に到着した所定時間
後、第１制御信号ＣＴＬＩが偏光結合カプラ３０に到着
するように設定される。光ファイバループ１０のセグメ
ント１１の長さは、制御信号が光ファイバループ１０の
急速転移偏光角で進行し、その関連「マーク」クロック
信号（光ファイバループ１０の低速転移偏光角（slow t
ransit polarizationangle）で進行する）を完全にトラ
バース（即ち、通過）する、よう設定される。これによ
り、「マーク」クロック信号は、光ファイバループ１０
を「レフ」クロック信号よりも速くトラバースし、カプ
ラ２０での結合はポート１では、完全に弱め合い、ポー
ト３では、完全に強め合う。その結果、クロック信号の
全エネルギーはポート３から出る。

【００２１】光ファイバループ１０とフィードバックパ
ス１２０の合成長は、所定数クロック信号（例、クロッ
クパルスのフレーム）を有する。かくして、光ファイバ
ループ１０とフィードバックパス１２０を介しての転位
は、所定の時間間隔（１フレーム時間）を取る。フィー
ドバックパス１２０の長さと光ファイバループ１０の長
さとの比は、光ファイバループ１０が十分に長く必要な
「通過」を提供できるならば、問題ではない。

【００２２】データ入力は、図１の広範囲に可変な光変
調器１５０を用いて生成され、この入力データパターン
をレーザ１９０から光パルスストリームに符号化する。
光パルスの符号化パターン（即ち、データ）は、ＳＲ入
力リードとカプラＣ２を介して、光巡回シフトレジスタ
１００内に入力される。このクロック信号は、レーザ１
４０から生成され、サニャック干渉計スイッチ装置１１
０の入力リードＳＩに直列に入力される。データは幾つ
かの手段を用いて、光巡回シフトレジスタ１００内に入
力される。すなわち、１．クロック信号を変調する（図
４のＭＯＤ１８０）、２．個別の光信号をフィードバッ
クループに結合する（図１のＣ２）、３．フィードバッ
クループの信号を変調する（図１のＭＯＤ１９１）、
４．データをサニャック干渉計スイッチ装置１１０の第
２制御ポート（図１の偏光結合カプラ５０）を介して入
力する、等である。

【００２３】図２に示すように、上記の構成は、増幅器
をフィードバックパス内に有するＮビットの巡回シフト
レジスタと光学的に等価な機能を実行する。シフトレジ
スタのビット長Ｎは、入力パルス間の時間と、光パルス
が全回路をトラバースするのに要する時間の両方によっ
て決定される。図１において、クロック信号はレーザ１
４０により提供される。パワー供給は、エルビウムドー
プ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１６０によって提供さ
れる。データ入力は光変調器１５０により提供され、こ
の光変調器１５０はレーザ１４０に接続され、カプラＣ
２を介して、光巡回シフトレジスタ１００に接続され
る。データ出力は、フィードバックパス１２０に接続さ
れるカプラＣ４により提供される。クリアシフトレジス
タ機能は、レーザ１４０のクロックソースと直列に接続
された光変調器１８０により提供される。狭バンドフィ
ルタＦは、光巡回シフトレジスタ１００が光ファイバル
ープ１０とフィードバックパス１２０を介したリークに
より、レーザ発信するのを阻止するよう使用される。

【００２４】図１の構成と図３のタイミング図により、
特定のデータ入力シーケンスについて、本発明の動作を
説明する。図３は、２つのデータ蓄積動作ＤＡＴＡ１と
ＤＡＴＡ２を示す。例えば、データ蓄積動作１は、デー
タ入力（記入）フレーム３１１と、データ蓄積フレーム
３１２と、データクリアフレーム３１３とを含み、デー
タ蓄積動作は、データ記入フレーム３１４とデータ蓄積
フレーム３１５と含む。

【００２５】以下の説明において、フィードバックパス
１２０には遅延は存在しないものとする。さらに、クロ
ック信号とデータ信号は複数、または単数のパルスのフ
レームを含む。光パルスのエンベロープは、データ入力
（ＳＲＩ）３０１、クロック３０２、コントロール３０
３、サニャックスイッチ入力（ＳＩ）３０４、サニャッ
クスイッチ出力（ＳＯ）３０５、シフトレジスタ（ＳＲ
Ｏ）出力３０６として示される。例えば、図の３０１に
入力されたデータの第１フレームと書き込みフレーム３
１１は、論理１ビットを表すパルス列（ａ）を含み、そ
の後に、論理０ビットを表すパルス不在（ｂ）が続き、
さらに、論理１ビットを表すパルス列（ｃ）を含む。

【００２６】タイミングシーケンスのスタート時点で
は、サニャックループ内に光パルスは存在せず、サニャ
ックポートＳＩとＳＯは論理０である。ＣＴＬＩの制御
入力シーケンスとシフトレジスタ出力シーケンスＳＲＯ
は、論理的に書き込み第１フレーム３１１の間、シーケ
ンス３０１（ＤＡＴＡ１）のデータに等価である。フレ
ーム２の間および後続フレーム３１２の間、ポートＳ０
のシーケンスが前のフレームのポートＣＴＬＩのシーケ
ンスから抽出される。例えば、フレーム３１２の間、ポ
ートＳＯのサニャックは、フレーム３１１の間のポート
ＣＴＬＩのシーケンスと同一である。ポートＳＩのシー
ケンスは、ポートＳＯのシーケンスの論理補数である。
このシフトレジスタ出力ポートＳＲＯは、常に、ポート
ＣＴＬＩと同一のシーケンスを転送する。このパターン
は、クロックパルスが供給される限り、定義不能であ
る。すなわち、実施例においては、フレーム１からＸま
での様々なシーケンスは同一である。

【００２７】このシフトレジスタを完全にクリアするた
めに、クロック信号３０２は、クリア変調光変調器１８
０を用いて、一つの完全なフレームの間、遮断される。
このことはクリアフレーム３１３に示されている。この
出力シーケンスＳＲＯは、サニャックループに光が存在
しなくなると、クリアフレーム３１３の間存在する。第
２のデータ書き込みフレーム３１４の間、この新たなデ
ータ入力シーケンスＤＡＴＡ２はシフトレジスタ出力Ｓ
ＲＯと制御ポートＣＴＬＩの両方に現れる。このＳＯと
ＳＩのポートには、ループがシーケンスＤＡＴＡ２で再
度見出されるにつれて、このフレームの間、信号は存在
しない。このＤＡＴＡ２シーケンスはフレーム３１５に
より示されるようにシフトレジスタ内に存在する。

【００２８】図３において、制御信号ＣＴＬＩは、サニ
ャック干渉計スイッチ装置１１０のデータ入力信号とポ
ートＳＯ信号のＯＲ回路である。ポートＳＩの出力（す
なわち、ＳＩの反射出力）は、クロックパルスと制御信
号ＣＴＬＩの反転（すなわち、−ＣＴＬＩ）の論理ＡＮ
Ｄ回路である。ポートＳＯの出力は、クロックパルスと
制御信号ＣＴＬＩの論理ＡＮＤ回路である。光巡回シフ
トレジスタ１００の出力ＳＲＯは、制御信号ＣＴＬＩと
同一である。図１において、出力カプラＣ４はフィード
バックパス１２０のカプラＣ２のデータの前に配置され
る。この実施例において、出力ＳＲＯは書き込みフレー
ム３１１、すなわち、ＳＲＯがサニャックポートＳＯと
同一のシーケンスを有する間、データ信号は存在しな
い。

【００２９】図４は本発明の第２実施例である。この図
４は図３と以下の点を除いて類似する。すなわち、フィ
ードバックパス１２０は、入力ポートＳＩのカプラＣ１
とサニャック干渉計スイッチ装置１１０の制御ポートＣ
ＴＬＩの間に伸びる。図４の実施例は、「データイン」
信号を有し、別のフレームの間、出力ＳＲＯにおいて、
反転信号を得ることができるという利点がある。この実
施例では増幅器のパワーを一定に保つことができる。

【００３０】図５は、図４に示したシフトレジスタのブ
ロック図である。このブロック図はフィードバックパス
に論理インバータが存在する点が、図２とは異なる。こ
のインバータは各ラウンドトリップ（１フレーム）の
後、ループ内にデータの論理補を提供する。出力ＳＲＯ
の記憶されたデータシーケンスは、別のフレームで論理
補となる。クリア動作は何れのフレームの間でも起こ
り、そして、書き込み動作は、クリア動作の後の何れの
フレームの間でも起こる。

【００３１】図６は、データ書き込み動作６１１を表
し、その後に、３個の蓄積フレーム６１２−６１４とク
リアフレーム６１５が続く。タイミングシーケンスのス
タート時には、サニャックループ内に光は存在せず、サ
ニャックポートＳＯとＳＯＩは第１フレーム６１１の終
わりまでは論理０である。ＣＴＬＩの制御入力シーケン
スとシフトレジスタ出力シーケンスＳＲＯは、第１フレ
ーム６１１の間、シーケンス６０１内のデータに等し
い。第２フレーム６１２の間、ポートＳＯのシーケンス
は、第１フレーム６１１のポートＣＴＬＩのシーケンス
のレプリカである。ポートＳＯＩのシーケンスは、第１
フレーム６１１のＣＴＬＩの論理補制御信号である。ポ
ートＳＯＩを出るシーケンスは出力シーケンスＳＲＯと
第２フレーム６１２にＣＴＬＩで新たな制御信号を生成
する。ＳＯ１とＳＲＯとＣＴＬＩのシーケンスは、書き
込みフレーム６１１の間を除き、常に同一である。

【００３２】蓄積フレーム６１２−６１４の間、制御ポ
ートＣＴＬＩのパターンは、ポートＳＯのレプリカとな
る。ポートＳＯ１のパターンは、ポートＳＯの論理反転
パターンで、ポートＣＴＬＩに新たな制御信号を生成す
る。このプロセスはすべての後続の蓄積フレームに対
し、繰り返される。クリアフレーム６１５は、光ファイ
バループ１０から光を取り出すために、クロック信号６
０２を干渉することにより影響される。このクロック信
号が存在しないので、クロックパルスは光ファイバルー
プ１０内に進入せず、次のフレームの間、ポートＳＯＩ
とＳＯには光存在しない。クリア動作の間、出力ＳＲＯ
（とポートＣＴＬＩ）のパターンは、前のフレームのポ
ートＣＴＬＩのシーケンスの反転信号である。図６に示
されたクリア動作には、一時には、全体フレームには影
響されず、そのフレーム内の個別のビットを選択的にク
リアするために使用される。このようにして、図４のク
リア変調器１８０はシフトレジスタ内に記憶させるため
に、クロックストリームにデータを直接符号化するのに
用いられる。

【００３３】光巡回シフトレジスタ１００の出力は、偏
光結合カプラ５０でカプラＣ４による出力手段を介して
受信されるか、あるいはＳＯにおいて、伝送信号をモニ
ターすることにより受信される（第２実施例のみ）。こ
れらのポートのすべてにおいて、出力信号はループ内に
記憶される信号のデータ速度である。巡回シフトレジス
タデータが出力される他の手段は、図４のカプラＣ５と
（図１のカプラＣ３）により示される。クロック信号の
波長とは異なる波長のプローブパルスは、レーザに入来
信号パルスと同期して、サニャックループに入力される
ようにする。このプローブパルスは、クロック信号パル
スと同一の非線形位相シフトを受け、伝送、または反射
される。カプラは、カプラ２０のポート１に配置される
が、同じ結果となる。フィルタ（Ｆ２）は、プローブ信
号をクロック信号から分離するのに用いられる。この利
点はデータは選択的に（そして、生成的に）、低パワー
レーザビームだけを用いて、巡回シフトレジスタから読
み出すことができる。プローブ信号は、第１ラウンドト
リップの第１パルスを選択するために、そして、第２ラ
ウンドトリップの第２パルスを選択するために、以下同
様にするために注入される。これはデータ速度を減少さ
せる（あるいは、分離させる）効果を有し、高速データ
レートの光通信信号を低速データ速度の電子信号にイン
ターフェースさせる。（変調器１９１は、低速データ速
度電子信号を高速データレート光信号に多重化するよう
な多重化タイプである。）

【００３４】パターンを再生する図１と図４の光巡回シ
フトレジスタの能力は、振幅ジッターとタイミングジッ
ターの両方を吸収するサニャックスイッチの能力に依存
している。これらの効果の何れかが、蓄積されると、ル
ープ内の情報は各パスで品質が低下し、メモリは破壊さ
れる。タイミングジッターに対する不感性は、サニャッ
クループ内の異なるスピードで伝播する信号間の非線形
相互作用によるものである。ジッターに対する許容度
は、ループ内のファイバの複屈折性を制御し、交差スプ
ライスの間のファイバの長さを制御することにより形成
される。このジッター許容度は、十分大きく取られて、
クロックレーザ源のジッターを吸収し、回路内の遅延線
の長さの若干のエラーに起因するタイミングミスマッチ
を吸収できる程度に選択する。

【００３５】振幅ジッターに対する不感性は、サニャッ
ク干渉計内で起きる干渉に起因するエネルギー制御の伝
送によるシヌソイド依存性に起因する。論理０パルスの
エネルギーは、π／４ラジアン以下のサニャックループ
内の非線形位相シフトを生成するよう制御する必要があ
る。この論理０パルスのエネルギーは、部分的には光フ
ァイバ回路内の不完全性により決定される（例えば、サ
ニャックの５０：５０のカプラの分離比の不完全性、あ
るいは、サニャックスイッチ内の偏光感受性カプラの偏
光特性の不完全性）である。それゆえに、そのエネルギ
ーは回路を注意深く形成することにより低く保つ必要が
ある。論理１のパルスのエネルギーはスイッチを安定的
に動作させるために、πと３π／２の間の非線形位相シ
フトを与えるのに十分でなければならない。論理１のパ
ルスのエネルギーの調整は、フィードバックパス内の増
幅器のゲインを変えることにより、システムのすべての
（若干の損失のあり）の要素を通った通路の後の入力パ
ルスのエネルギーを設定する。

【００３６】クロックパルスのレートとデータ入力パル
スのレートは同一であるが、それらは必ずしも同一であ
る必要がない。クロックパルスがデータパルスの１／Ｎ
のレートである場合（Ｎは整数）、シフトレジスタは書
き込み動作の一部として、Ｎ：１のディマルチプレキシ
ング機能を実行する。クロックパルスがデータレートよ
りも大きいレートの場合には、データサンプリング機能
が実行される。この種のデータサンプリングは非同期信
号を検知するのに有効で、データ信号のゼロ交差、また
は、パルス幅変調通信に対しては有効である。

【００３７】図１と４において、出力カプラＣ４は、フ
ィードバックパス１２０のどこにおいてもよい。また、
シフトレジスタ出力ＳＲＯは、偏光結合カプラ５０、ま
たは、カプラの不使用部分を介して得られる。さらに、
ここに開示した符号化手段はサニャック干渉計スイッチ
装置１１０の機能はＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒスイッ
チ、あるいは他の干渉計スイッチ（カー効果を用いた）
により実施できる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、全
て光素子により構成した光巡回シフトレジスタを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光巡回シフトレジスタの第１実施例を
示す図である。

【図２】図１の光シフトレジスタの信号位相方法を示す
図である。

【図３】図１の光シフトレジスタの動作による様々な光
パルス信号のタイミング図である。

【図４】本発明の光巡回シフトレジスタの第２実施例を
示す図である。

【図５】図４の光シフトレジスタの信号位相方法を示す
図である。

【図６】図４の光シフトレジスタの動作による様々な光
パルス信号のタイミング図である。

【符号の説明】

１、２、４ ポート １０ 光ファイバループ １１ セグメント ２０ カプラ ３０ 偏光結合カプラ ５０ 偏光結合カプラ １００ 光巡回シフトレジスタ １１０ サニャック干渉計スイッチ装置 １２０ フィードバックパス １３０ クロック信号 １５０、１８０ 光変調機 １６０ エルビウムドープ光ファイバ増幅機 １４０、１９０ レーザ ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５ フレーム

フロントページの続き (72)発明者 エム．クリスティーナ ガブリエル アメリカ合衆国 20016 ワシントン デ ィー．シー．エヌ．ダブリュ．ロングレー コート 3960 (72)発明者 アラン フーアン アメリカ合衆国 07748 ニュージャージ ー マンマウス カウンティー、ミドルタ ウン、ハウランド ロード 57 (72)発明者 ノーマン アシュトン ウィティカー ジ ュニア アメリカ合衆国 07716 ニュージャージ ー マンマウス カウンティー、アトラン ティック ハイランズ、４ アヴェニュー 20

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光クロック信号を受信する受信手段（Ｓ
   Ｉ）と、符号化光信号を受信する制御手段（ＣＴＬ１）
   と、符号化光クロック信号を出力する出力手段（ＳＯ）
   とを有し、受信したクロック信号を前記符号化光信号か
   ら得られる値で符号化し、前記制御手段から前記出力手
   段までの遅延が指定時間間隔である、全光相互作用を利
   用した符号化手段と、 前記符号化光クロック信号を前記出力手段から前記制御
   手段に入力する接続手段（１２０）とからなることを特
   徴とする巡回シフトレジスタ（１００）。
2. 【請求項２】 前記符号化光クロック信号を調整するた
   めにデータを取り込む手段（Ｃ２）をさらに有すること
   を特徴とする請求項１のレジスタ。
3. 【請求項３】 受信データ信号に応答して、前記光クロ
   ック信号を調整する手段（１８０）をさらに有すること
   を特徴とする請求項１のレジスタ。
4. 【請求項４】 前記接続手段（１２０）が、受信データ
   信号に応答して前記符号化光クロック信号を調整する手
   段（１９１）を有することを特徴とする請求項１のレジ
   スタ。
5. 【請求項５】 前記光クロック信号の複数のパルス間の
   時間間隔が、前記指定時間間隔に等しいことを特徴とす
   る請求項１のレジスタ。
6. 【請求項６】 前記符号化手段が、前記符号化光クロッ
   ク信号を調整するために、受信データ信号を入力する第
   ２制御手段（ＳＯ）を有することを特徴とする請求項１
   のレジスタ。
7. 【請求項７】 前記符号化手段がサニャックスイッチ
   （１１０）を有し、このサニャックスイッチは、 制御可能な伝搬速度特性を有する光伝送媒体（１０）
   と、 前記媒体内を一方向に伝搬する相互作用信号と、反対方
   向に伝搬する基準信号とを生成するために、前記光クロ
   ック信号を前記媒体内に順次入力する入力ポート手段
   （ＳＩ）と、 前記相互作用信号が前記媒体内を伝搬している間に前記
   相互作用信号と交差するように、前記相互作用信号との
   関係においてタイミングが制御された、前記媒体内を前
   記相互作用信号と同方向に伝搬する制御信号を、前記媒
   体中に注入する制御ポート手段（ＣＴＬ１）と、 前記媒体内を伝搬した後の前記基準信号と、前記媒体内
   を伝搬した後の前記相互作用信号とを結合することによ
   り合成信号を生成する手段（２０）と、 前記合成信号を出力する出力ポート手段（ＳＯ）とから
   なり、 前記受信手段は、前記サニャックスイッチの入力ポート
   手段に接続され、 前記制御手段は、前記サニャックスイッチの制御ポート
   手段に接続され、 前記接続手段は、前記サニャックスイッチの出力ポート
   手段を前記制御ポート手段に接続することを特徴とする
   請求項１のレジスタ。
8. 【請求項８】 前記媒体が、偶数個の交差軸スプライス
   を有することを特徴とする請求項７のレジスタ。
9. 【請求項９】 前記出力ポート手段は、前記制御信号が
   存在しないときに合成信号を出力することを特徴とする
   請求項７のレジスタ。
10. 【請求項１０】 前記出力ポート手段は、前記制御信号
    が存在するときに合成信号を出力することを特徴とする
    請求項７のレジスタ。
11. 【請求項１１】 前記出力ポート手段が、前記符号化光
    クロック信号とその反転信号とを交互に出力することを
    特徴とする請求項１のレジスタ。
12. 【請求項１２】 前記接続手段が、直列に接続された光
    増幅器（１６０）を有するフィードバックパスを有する
    ことを特徴とする請求項１のレジスタ。
13. 【請求項１３】 前記接続手段が、前記符号化光クロッ
    ク信号に所定の時間遅延を与えるフィードバックパスを
    有することを特徴とする請求項１のレジスタ。
14. 【請求項１４】 プローブ信号を前記符号化手段に入力
    する手段（Ｃ３）と、符号化プローブ信号を前記符号化
    手段から出力する手段とをさらに有し、 前記符号化手段は、前記プローブ信号を前記符号化光信
    号から得られる値で符号化して前記符号化プローブ信号
    を生成することを特徴とする請求項１のレジスタ。
15. 【請求項１５】 制御可能な伝搬速度特性を有する光伝
    送媒体（１０）と、 各光クロックパルスごとに、前記媒体内を一方向に伝搬
    する相互作用信号と、反対方向に伝搬する基準信号とを
    生成するために、光クロックパルスを前記媒体内に順次
    入力する入力ポート手段（ＳＩ）と、 前記相互作用信号が前記媒体内を伝搬している間に前記
    相互作用信号と交差するように、前記相互作用信号との
    関係においてタイミングが制御された、前記媒体内を前
    記相互作用信号と同方向に伝搬する光制御パルスを、前
    記媒体中に注入する制御ポート手段（ＣＴＬ１）と、 第１フレーム間隔の間に受信した符号化光データパルス
    を前記制御ポート手段に入力する手段（Ｃ２）と、 前記媒体内を伝搬した後の前記基準信号と、前記媒体内
    を伝搬した後の前記相互作用信号とを結合することによ
    って、第１フレーム間隔の光クロックパルスが前記受信
    した符号化光データパルスのレプリカとなるように、各
    光クロックパルスを符号化する手段（２０）と、 前記第１フレーム間隔の符号化光クロックパルスが前記
    符号化手段によってダイ２フレーム間隔の光クロックパ
    ルスを符号化するために使用されるように、前記第１フ
    レーム間隔の符号化クロックパルスを前記制御ポート手
    段に入力する手段（１２０）と、 前記符号化光クロックパルスを出力する手段（５０）と
    からなることを特徴とする光回路装置。
16. 【請求項１６】 前記レプリカは、反転レプリカである
    ことを特徴とする請求項１５の装置。