JPS6197630A - 光フアイバ論理素子 - Google Patents
光フアイバ論理素子Info
- Publication number
- JPS6197630A JPS6197630A JP59217281A JP21728184A JPS6197630A JP S6197630 A JPS6197630 A JP S6197630A JP 59217281 A JP59217281 A JP 59217281A JP 21728184 A JP21728184 A JP 21728184A JP S6197630 A JPS6197630 A JP S6197630A
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- JP
- Japan
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- optical
- optical fiber
- fiber
- input
- analyzer
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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。
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）
本発明は光ファイバ中で生じる非線形光学効果を利用し
て、光入力−光出力の論理演算を行わせる光論理演算用
ファイバ素子に関するものである。
て、光入力−光出力の論理演算を行わせる光論理演算用
ファイバ素子に関するものである。
（従来の技術）
従来この種の素子はファプリペロー共振器を使用して、
共振器内部に可飽和吸収特性あるいは光力−（Ｋｅｒｒ
）効果をも持つ媒質を挿入してそこで得られる光双安
定動作を利用して論理演算を行わせていた。
共振器内部に可飽和吸収特性あるいは光力−（Ｋｅｒｒ
）効果をも持つ媒質を挿入してそこで得られる光双安
定動作を利用して論理演算を行わせていた。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしファプリペロー共振器を使用するため、共振器長
の選択、ミラーの位置合せに高精度が要求され、また共
振器自体もサイズが大きくその取り扱いは不便であると
いう欠点をもっていた。
の選択、ミラーの位置合せに高精度が要求され、また共
振器自体もサイズが大きくその取り扱いは不便であると
いう欠点をもっていた。
（問題点を解決するための手段）
本発明のひとつの特徴は、偏波保持光ファイバと、二つ
の光入力端と、該入力端からの入射パルス光を合波する
手段と、合波された入射パルス光を直線偏光として、前
記偏波保持光ファイバに該偏波保持ファイバの主軸と妬
、。以外の角度で光学的に結合する手段と、該偏波保持
光ファイバからの出射光を検光する検光素子と、該検光
素子からの出力をとり出す出力端からなる光ファイバ論
理素子にある。
の光入力端と、該入力端からの入射パルス光を合波する
手段と、合波された入射パルス光を直線偏光として、前
記偏波保持光ファイバに該偏波保持ファイバの主軸と妬
、。以外の角度で光学的に結合する手段と、該偏波保持
光ファイバからの出射光を検光する検光素子と、該検光
素子からの出力をとり出す出力端からなる光ファイバ論
理素子にある。
（作 用）
上記構成により、光力−効果を利用して、論理積、論理
和、否定等の論理演算を行うことができ、高速動作で高
信頼度の光論理素子が得られる。
和、否定等の論理演算を行うことができ、高速動作で高
信頼度の光論理素子が得られる。
（実施例）
第１図は本発明の光ファイバ論理素子の動作を確認する
ために行った実験の構成図であり単一の光源１）からの
パルス光をハーフミラ−４で２つに分離し再び合波して
光ファイバに入射している。
ために行った実験の構成図であり単一の光源１）からの
パルス光をハーフミラ−４で２つに分離し再び合波して
光ファイバに入射している。
１は光入力パルス■、２は先入力パルス■、３はλ／２
板位相子、４はハーフミラ−１５は減衰器、６は対物レ
ンズ、７は偏波保存光ファイバ、８は検光子（グラント
ムソイプリズム）、９はモノクロメータ、ｌＯは光検出
器、１）は光源である。この系においてＡＮＤ（論理積
）動作するには■、■の光入力パルスの偏波面を３の位
相子を通して入射光の偏波面を７の光ファイバの複屈折
の主軸に合わせ、６０対物レンズで絞って光ファイバに
入射させる。入射光の偏光方向は光ファイバ７の主軸つ
の偏波が均一に伝播することになるので本発明のＡＮＤ
動作は実現されない。このとき光入力パルス■、■は位
相が互いに一致しておりかつ十分可干渉長の長い、ある
いは可干渉長が両人力信号の光路長差に比べて十分短か
く干渉を生じないことが必要である。また第１図の構成
で両人力の光路長差による遅延時間差は本発明の素子の
２つの入力端に入射するパルスの時間ずれに相当しこれ
は入射光パルス幅に比べて十分短かくなければならない
。７の光ファイバに入射した光パルスは光強度が強い場
合には光力−効果に起因する複屈折性の光強度依存性の
ために光ファイバ伝搬後の入力光パルスの偏波状態が変
化する。８の検光子を入力光パルス強度の十分に弱い状
態でその透過光が消光するように調整しておくと、光パ
ルス強度が強い状態のときに偏波面が回転して光パルス
の一部が８の検光子を透過して１０の光検出器で受光さ
れる。ただし、ＡＮＤ動作では９のモノクロメータは不
要である。上記の光強度に依存した複屈折特性を得るた
めには、入射光を偏波面が光ファイバ主軸に対し″′Ｃ
４５°以外の角度になるよう入射させなければならず、
入射光の光ファイバの主軸に対するずれが大きいほど低
い入射光パワーから出力パワーの非線形性が現われる。
板位相子、４はハーフミラ−１５は減衰器、６は対物レ
ンズ、７は偏波保存光ファイバ、８は検光子（グラント
ムソイプリズム）、９はモノクロメータ、ｌＯは光検出
器、１）は光源である。この系においてＡＮＤ（論理積
）動作するには■、■の光入力パルスの偏波面を３の位
相子を通して入射光の偏波面を７の光ファイバの複屈折
の主軸に合わせ、６０対物レンズで絞って光ファイバに
入射させる。入射光の偏光方向は光ファイバ７の主軸つ
の偏波が均一に伝播することになるので本発明のＡＮＤ
動作は実現されない。このとき光入力パルス■、■は位
相が互いに一致しておりかつ十分可干渉長の長い、ある
いは可干渉長が両人力信号の光路長差に比べて十分短か
く干渉を生じないことが必要である。また第１図の構成
で両人力の光路長差による遅延時間差は本発明の素子の
２つの入力端に入射するパルスの時間ずれに相当しこれ
は入射光パルス幅に比べて十分短かくなければならない
。７の光ファイバに入射した光パルスは光強度が強い場
合には光力−効果に起因する複屈折性の光強度依存性の
ために光ファイバ伝搬後の入力光パルスの偏波状態が変
化する。８の検光子を入力光パルス強度の十分に弱い状
態でその透過光が消光するように調整しておくと、光パ
ルス強度が強い状態のときに偏波面が回転して光パルス
の一部が８の検光子を透過して１０の光検出器で受光さ
れる。ただし、ＡＮＤ動作では９のモノクロメータは不
要である。上記の光強度に依存した複屈折特性を得るた
めには、入射光を偏波面が光ファイバ主軸に対し″′Ｃ
４５°以外の角度になるよう入射させなければならず、
入射光の光ファイバの主軸に対するずれが大きいほど低
い入射光パワーから出力パワーの非線形性が現われる。
第２図は、入射パワーに対する上記非線形光学効果によ
って生じる検光子透過光パルスのパワーを示す実験結果
である。光源はＱスイッチを付加したＮｄ ： ＹＡＧ
レーザであり、発振波長は１０００μｍであり、入力光
パルスの偏波面はファイバ主軸に一致させている。なお
、木偏波保存ファイバはファイバ長１）ｍの楕円コア単
一モードファイバテする。光パルス出力は入力光パルス
のパワーの３乗に比例している。第２図で例えば入力光
パルスの尖頭値パワーをＬＯＷとすると、入力がどちら
か片方のみのときには透過光パワーは縦軸の任意目盛で
約０．９であるが、互いに強度の等しい光パルスが両方
同時に入力したときには入力パワーは２０Ｗであるから
、出力は約７となる。この様子を模式的に示すと第３図
のようになる。したがって光ファイバ中に生じる光力−
効果による複屈折の光強度依存性、即ち偏波面が光強度
に応じて回転する現象を利用することによって、２つの
入力光パルスと、透過光パルスの間で論理演算のＡＮＤ
動作が行える。第４図は本ＡＮＤ動作の実験データであ
る。ｉａ）は左からそれぞれ入力光パルス■のみ、入力
光パルス■のみ、入力■＋■に対する検光子透過光のパ
ルス波形を示している。入力光パルス■のみおよび■の
みの状態は第１図で一方の光路を遮断することにより実
現した。個々の入力光パルスの尖頭値パワーは３０Ｗで
あり、入力パルス波形は第４図（Ｃ）に示す通りである
。第４図（ａ）の中に示す”Ｏ１）レベル（ＯＦＦ’状
態）に対して入力■＋■に対する出力尖頭値は約１０倍
となり、これを１”レベル（ＯＮ状態）と見なしたとき
の０Ｎ１０ＦＦ比は約１０倍確保できている。これに対
して入力光パルスの尖頭値が０．３ Ｗと極めてｌＪ・
さい第４図（ｂｌの場合には、入力■＋■に対する出力
パルスの尖頭値は単独人力■、■に対する出力の和とな
っているため十分な０Ｎ１０ＦＦ比は得られず、ＡＮＤ
動作は行えない。
って生じる検光子透過光パルスのパワーを示す実験結果
である。光源はＱスイッチを付加したＮｄ ： ＹＡＧ
レーザであり、発振波長は１０００μｍであり、入力光
パルスの偏波面はファイバ主軸に一致させている。なお
、木偏波保存ファイバはファイバ長１）ｍの楕円コア単
一モードファイバテする。光パルス出力は入力光パルス
のパワーの３乗に比例している。第２図で例えば入力光
パルスの尖頭値パワーをＬＯＷとすると、入力がどちら
か片方のみのときには透過光パワーは縦軸の任意目盛で
約０．９であるが、互いに強度の等しい光パルスが両方
同時に入力したときには入力パワーは２０Ｗであるから
、出力は約７となる。この様子を模式的に示すと第３図
のようになる。したがって光ファイバ中に生じる光力−
効果による複屈折の光強度依存性、即ち偏波面が光強度
に応じて回転する現象を利用することによって、２つの
入力光パルスと、透過光パルスの間で論理演算のＡＮＤ
動作が行える。第４図は本ＡＮＤ動作の実験データであ
る。ｉａ）は左からそれぞれ入力光パルス■のみ、入力
光パルス■のみ、入力■＋■に対する検光子透過光のパ
ルス波形を示している。入力光パルス■のみおよび■の
みの状態は第１図で一方の光路を遮断することにより実
現した。個々の入力光パルスの尖頭値パワーは３０Ｗで
あり、入力パルス波形は第４図（Ｃ）に示す通りである
。第４図（ａ）の中に示す”Ｏ１）レベル（ＯＦＦ’状
態）に対して入力■＋■に対する出力尖頭値は約１０倍
となり、これを１”レベル（ＯＮ状態）と見なしたとき
の０Ｎ１０ＦＦ比は約１０倍確保できている。これに対
して入力光パルスの尖頭値が０．３ Ｗと極めてｌＪ・
さい第４図（ｂｌの場合には、入力■＋■に対する出力
パルスの尖頭値は単独人力■、■に対する出力の和とな
っているため十分な０Ｎ１０ＦＦ比は得られず、ＡＮＤ
動作は行えない。
次に第５図に示すＯＲ動作には光出力の飽和性が必要で
ある。この飽和特性を得る一つの方法として誘導ラマン
散乱による入力光パルスの減衰が利用できる。第６図の
５．５ｍの他のタイプの偏波保存ファイバ（ＰＡＮＤＡ
ファイバ）の実験結果では入力光パルスのパワーが３０
０ Ｗ以上では透過光強度が飽和してくる。さらに入射
強度を増しても入力パワーは誘導ラマン散乱のストーク
ス光へ移るため、検光子透過光をモノクロメータで波長
選択して、入力光波長のパワーのみを受光すれば、透過
光強度は成る一定値以上にはならないのでＯＲ。
ある。この飽和特性を得る一つの方法として誘導ラマン
散乱による入力光パルスの減衰が利用できる。第６図の
５．５ｍの他のタイプの偏波保存ファイバ（ＰＡＮＤＡ
ファイバ）の実験結果では入力光パルスのパワーが３０
０ Ｗ以上では透過光強度が飽和してくる。さらに入射
強度を増しても入力パワーは誘導ラマン散乱のストーク
ス光へ移るため、検光子透過光をモノクロメータで波長
選択して、入力光波長のパワーのみを受光すれば、透過
光強度は成る一定値以上にはならないのでＯＲ。
動作に適した所要の先入カー光出力特性が実際に得られ
ていることがわかる。第７図は本ＰＡＮＤＡファイバの
透過光パルス波形の実験結果であり、（ｂ）のファイバ
長５，５ｍで３３０Ｗ、 ４８０Ｗの入力パワーに対す
る出力パルス波形には明らかに飽和が見られる。
ていることがわかる。第７図は本ＰＡＮＤＡファイバの
透過光パルス波形の実験結果であり、（ｂ）のファイバ
長５，５ｍで３３０Ｗ、 ４８０Ｗの入力パワーに対す
る出力パルス波形には明らかに飽和が見られる。
第８図はＡＮＤ動作が可能な素子を光ファイバのみで構
成した場合であり、１２は検光子として働（絶対単一偏
波保存光ファイバである。光源として上記実験のように
光源として直線偏波のレーザ光を用いれば、７の偏波保
存ファイバを回転させることによって入射光の偏波面と
ファイバ主軸を一致させられるので、７の光ファイバ入
射端のλ、々板位相子は取り除ける。また検光子の後の
モノクロメータもＡＮＤ動作の場合には誘導ラマン散乱
光の影響は無視できるので不要であるから、第８図に示
した構成が可能となる。第９図は絶対単一偏波保存ファ
イバ（ＰＡＮＤＡファイバ）の断面図であり、１３はコ
ア、１４は応力付与部である。このファイバの直交する
２つの偏波の曲げ損失波長特性の測定値を第１０図に示
す。曲げ径は約４０龍φ、ファイバ長は約１０ｍである
。本実験に用いたＮｄ：ＹＡＧレーザ光源波長である１
、０６４μｍではＹ軸偏波はほとんど透過せず、Ｘ軸偏
波のみを透過するので、７の偏波保存ファイバの主軸と
本ファイバの主軸を合わせて接続することによって本フ
ァイバを検光子として用いることができる。第１）図（
ａ）、（ｂ）は２ｍと６ｍの楕円ファイバとこのファイ
バ検光子を接続した全ファイバ素子におけるＡＮＤ動作
の実験値を示す。（ａ）、（ｂｌいずれの結果もグラン
トムソンプリズムを検光子として用いた結果（第４図（
ａ））と比べてほぼ同等のＯＮ１０ Ｆ Ｆ比が得られ
ており、全ファイバＡＮＤ素子が実現できている。
成した場合であり、１２は検光子として働（絶対単一偏
波保存光ファイバである。光源として上記実験のように
光源として直線偏波のレーザ光を用いれば、７の偏波保
存ファイバを回転させることによって入射光の偏波面と
ファイバ主軸を一致させられるので、７の光ファイバ入
射端のλ、々板位相子は取り除ける。また検光子の後の
モノクロメータもＡＮＤ動作の場合には誘導ラマン散乱
光の影響は無視できるので不要であるから、第８図に示
した構成が可能となる。第９図は絶対単一偏波保存ファ
イバ（ＰＡＮＤＡファイバ）の断面図であり、１３はコ
ア、１４は応力付与部である。このファイバの直交する
２つの偏波の曲げ損失波長特性の測定値を第１０図に示
す。曲げ径は約４０龍φ、ファイバ長は約１０ｍである
。本実験に用いたＮｄ：ＹＡＧレーザ光源波長である１
、０６４μｍではＹ軸偏波はほとんど透過せず、Ｘ軸偏
波のみを透過するので、７の偏波保存ファイバの主軸と
本ファイバの主軸を合わせて接続することによって本フ
ァイバを検光子として用いることができる。第１）図（
ａ）、（ｂ）は２ｍと６ｍの楕円ファイバとこのファイ
バ検光子を接続した全ファイバ素子におけるＡＮＤ動作
の実験値を示す。（ａ）、（ｂｌいずれの結果もグラン
トムソンプリズムを検光子として用いた結果（第４図（
ａ））と比べてほぼ同等のＯＮ１０ Ｆ Ｆ比が得られ
ており、全ファイバＡＮＤ素子が実現できている。
（発明の効果）
以上説明したように本光論演算素子は、電気信号を一切
使用せず光信号のみで動作するので電子回路を除去でき
、また光力−効果の応答が１０”ｂｉｔ／ｓ程度と極め
て速いため、高速応答が可能となり、ファプリペロー共
振器を用いないので素子の信頼性を向上できる。とくに
全光ファイバ素子は素子間の接続を光ファイバで容易に
行えるので、電子回路で生じるような遅延もはとんどな
い。さらに光ファイバを用いているため電磁誘導等の外
部じよう乱に強（、かつ小型・軽量という利点があり、
将来光コンピュータ等に用いられる光論理演算素子とし
て有望である。
使用せず光信号のみで動作するので電子回路を除去でき
、また光力−効果の応答が１０”ｂｉｔ／ｓ程度と極め
て速いため、高速応答が可能となり、ファプリペロー共
振器を用いないので素子の信頼性を向上できる。とくに
全光ファイバ素子は素子間の接続を光ファイバで容易に
行えるので、電子回路で生じるような遅延もはとんどな
い。さらに光ファイバを用いているため電磁誘導等の外
部じよう乱に強（、かつ小型・軽量という利点があり、
将来光コンピュータ等に用いられる光論理演算素子とし
て有望である。
また本実施例では石英系光ファイバを用いた実施例を示
したが、光力−効果の定数が石英系ファイバより大きい
材料をファイバ化することによって、入力光パワーの閾
値を低減することができる。
したが、光力−効果の定数が石英系ファイバより大きい
材料をファイバ化することによって、入力光パワーの閾
値を低減することができる。
実際に実現されているファイバの中にも、例えばゲルマ
ニウムコアファイバでは石英系ファイバの約１０倍、Ｃ
８２充填液体コアファイバでは約２００の光力−効果定
数をもつものが存在する。
ニウムコアファイバでは石英系ファイバの約１０倍、Ｃ
８２充填液体コアファイバでは約２００の光力−効果定
数をもつものが存在する。
第１図は本実施例の素子の構成図、第２図は光入出力特
性を示す図、第３図はＡＮＤ動作の模式図、第４図はＡ
ＮＤ動作の実験結果を示す図、第５図はＯＲ動作の模式
図、第６図は飽和のある光入出力特性を示す図、第７図
は透過光パルス波形、第８図は全ファイバ素子の構成図
、第９図は絶対単一偏波保存ファイバの断面図、第１Ｏ
図はＸ、Ｙ偏波の曲げ損失波長特性を示す図、第１）図
は全ファイバ素子のＡＮＤ動作の実験結果を示す図であ
る。 ｌ・・・先入カハルス■、 ２・・・先入カハルス■、
３・・・λ／２板位相子、 ４・・・ハーフミラ−１
５・・・減衰器、 ６・・・対物レンズ、７
・・・偏波保存ファイバ、 ８・・・検光子（グラントムソンプリズム）、９・・・
モノクロメータ、 １０・・・光検出器、１）・・・光
源、 １２・・・ファイバ検光子、１３・
・・コア、１４・・・応力付与部。
性を示す図、第３図はＡＮＤ動作の模式図、第４図はＡ
ＮＤ動作の実験結果を示す図、第５図はＯＲ動作の模式
図、第６図は飽和のある光入出力特性を示す図、第７図
は透過光パルス波形、第８図は全ファイバ素子の構成図
、第９図は絶対単一偏波保存ファイバの断面図、第１Ｏ
図はＸ、Ｙ偏波の曲げ損失波長特性を示す図、第１）図
は全ファイバ素子のＡＮＤ動作の実験結果を示す図であ
る。 ｌ・・・先入カハルス■、 ２・・・先入カハルス■、
３・・・λ／２板位相子、 ４・・・ハーフミラ−１
５・・・減衰器、 ６・・・対物レンズ、７
・・・偏波保存ファイバ、 ８・・・検光子（グラントムソンプリズム）、９・・・
モノクロメータ、 １０・・・光検出器、１）・・・光
源、 １２・・・ファイバ検光子、１３・
・・コア、１４・・・応力付与部。
Claims (4)
- （１）偏波保持光ファイバと、二つの光入力端と、該入
力端からの入射パルス光を合波する手段と、合波された
入射パルス光を前記偏波保持光ファイバに主軸と４５°
以外の角度で光学的に結合する手段と、該偏波保持光フ
ァイバからの出射光をそのまま又は直線偏光とした後検
光する検光素子と、該検光素子からの出力をとり出す出
力端からなることを特徴とする光ファイバ論理素子。 - （２）検光素子が検光子からなり、ＡＮＤ動作をするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ
論理素子。 - （３）検光素子が検光子とモノクロメータからなり、Ｏ
Ｒ動作をすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の光ファイバ論理素子。 - （４）検光子がファイバ検光子からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項、又は第２項記載の光ファイバ
論理素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59217281A JPS6197630A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光フアイバ論理素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59217281A JPS6197630A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光フアイバ論理素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197630A true JPS6197630A (ja) | 1986-05-16 |
| JPS626212B2 JPS626212B2 (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=16701676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59217281A Granted JPS6197630A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光フアイバ論理素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197630A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0721601B2 (ja) * | 1986-09-16 | 1995-03-08 | ブリティシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | 光素子 |
| JP2002303835A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 光信号遅延微分方法および装置 |
-
1984
- 1984-10-18 JP JP59217281A patent/JPS6197630A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0721601B2 (ja) * | 1986-09-16 | 1995-03-08 | ブリティシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | 光素子 |
| JP2002303835A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 光信号遅延微分方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS626212B2 (ja) | 1987-02-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |