JP3283714B2 - 全光フリップフロップ装置とその動作方法 - Google Patents
全光フリップフロップ装置とその動作方法Info
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- G02F3/02—Optical bistable devices
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に光学に関し、
特に、全光フリップフロップデバイスに関する。
特に、全光フリップフロップデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、導波路光波技術の高速度、電磁干
渉に対する耐性、非常に大きい帯域幅および容量、なら
びに低い損失、歪みおよびクロストークを特に光ファイ
バを使用する形で利用するために、全光信号処理および
全光通信デバイスが開発されている。「全光」とは、デ
バイスが、光の入出力を有するのみならず、すべての中
間信号処理が電気的にではなく光学的に実行されること
を意味する。単一の光領域にとどまる信号が光波技術の
固有の利点を最もよく利用することができるため、全光
デバイスは、光信号を電気信号に変換する光電気デバイ
スよりも好ましい。さらに、全光システムは一般的に、
同様の機能を実行する光電気システムよりも必要な要素
が少なく、複雑でない。
渉に対する耐性、非常に大きい帯域幅および容量、なら
びに低い損失、歪みおよびクロストークを特に光ファイ
バを使用する形で利用するために、全光信号処理および
全光通信デバイスが開発されている。「全光」とは、デ
バイスが、光の入出力を有するのみならず、すべての中
間信号処理が電気的にではなく光学的に実行されること
を意味する。単一の光領域にとどまる信号が光波技術の
固有の利点を最もよく利用することができるため、全光
デバイスは、光信号を電気信号に変換する光電気デバイ
スよりも好ましい。さらに、全光システムは一般的に、
同様の機能を実行する光電気システムよりも必要な要素
が少なく、複雑でない。
【０００３】全光信号処理で発展した最初の領域の１つ
は、半導体光増幅器とエルビウムドープ光ファイバのよ
うな希土類ドープ増幅光ファイバの出現による光増幅で
あった。希土類ドープ増幅光ファイバは、低ノイズ、比
較的大きい偏光に依存しない帯域幅、少ないクロストー
クおよび低挿入損失を示し、製造は比較的安価にでき
る。従って、全光増幅器は、競合する光電気増幅器技術
よりも高い性能上の利点を有する。
は、半導体光増幅器とエルビウムドープ光ファイバのよ
うな希土類ドープ増幅光ファイバの出現による光増幅で
あった。希土類ドープ増幅光ファイバは、低ノイズ、比
較的大きい偏光に依存しない帯域幅、少ないクロストー
クおよび低挿入損失を示し、製造は比較的安価にでき
る。従って、全光増幅器は、競合する光電気増幅器技術
よりも高い性能上の利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】明らかに、ディジタル
応用で光波技術の固有の利点をさらに利用するために、
光増幅以外にも全光デバイスが必要とされる。例えば、
電気フリップフロップデバイスは何年もの間存在してい
るが、全光フリップフロップデバイスはまだ実現されて
いない。全光フリップフロップは、全光順序ロジックお
よび全光ビット記憶デバイスの実装を容易にすると考え
られる。電気的中間信号処理およびファイバ遅延線を使
用した現在の光ビット記憶デバイスは、ある応用では満
足に動作するが、その他の応用には、すべての光電気デ
バイスに存在する固有の限界のため適さない。
応用で光波技術の固有の利点をさらに利用するために、
光増幅以外にも全光デバイスが必要とされる。例えば、
電気フリップフロップデバイスは何年もの間存在してい
るが、全光フリップフロップデバイスはまだ実現されて
いない。全光フリップフロップは、全光順序ロジックお
よび全光ビット記憶デバイスの実装を容易にすると考え
られる。電気的中間信号処理およびファイバ遅延線を使
用した現在の光ビット記憶デバイスは、ある応用では満
足に動作するが、その他の応用には、すべての光電気デ
バイスに存在する固有の限界のため適さない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】与えられた時刻に２つの
安定状態のうちの１つで動作するように構成された２個
の光増幅器を使用することによって、全光フリップフロ
ップデバイスが実現される。第１の安定動作状態（第１
安定状態）では、第１の光増幅器は第１の特性波長を有
するレーザとして動作する。光信号パルスが第１光増幅
器の入力で受信されるとき、このデバイスは、第２の安
定動作状態（第２安定状態）に切り替わる。第２安定状
態では、第２の光増幅器が第２の特性波長を有するレー
ザとして動作する。第１および第２の特性波長は、少な
くとも公称では異なる。光信号パルスが第２光増幅器の
入力で受信されるとき、このデバイスは第１安定状態に
切り替わる。
安定状態のうちの１つで動作するように構成された２個
の光増幅器を使用することによって、全光フリップフロ
ップデバイスが実現される。第１の安定動作状態（第１
安定状態）では、第１の光増幅器は第１の特性波長を有
するレーザとして動作する。光信号パルスが第１光増幅
器の入力で受信されるとき、このデバイスは、第２の安
定動作状態（第２安定状態）に切り替わる。第２安定状
態では、第２の光増幅器が第２の特性波長を有するレー
ザとして動作する。第１および第２の特性波長は、少な
くとも公称では異なる。光信号パルスが第２光増幅器の
入力で受信されるとき、このデバイスは第１安定状態に
切り替わる。
【０００６】この全光フリップフロップデバイスは、さ
まざまなディジタル応用において有用である。例えば、
全光インバータは、全光シフトレジスタにおいて、およ
び、全光ディジタル記憶デバイスにおいて、有用であ
る。
まざまなディジタル応用において有用である。例えば、
全光インバータは、全光シフトレジスタにおいて、およ
び、全光ディジタル記憶デバイスにおいて、有用であ
る。
【０００７】
【実施例】従来の電気フリップフロップデバイスは、図
１に示すように、一般的に、セット（ＳＥＴ）およびリ
セット（ＲＥＳＥＴ）からなる２つの入力ポートと、Ｑ
およびＱバー（「Ｑの否定」）からなる２つの出力ポー
トとを有する。信号パルスがセット入力ポートによって
受信されると、Ｑ出力ポートは信号を発し、Ｑバー出力
ポートはヌル信号を発する（すなわち、信号を発しな
い）。フリップフロップは、信号がリセット入力ポート
によって受信されるまで、この動作状態をラッチする
（すなわち、保持する）。このラッチされた状態で、信
号がＱ出力ポートから出力されるが、この状態が安定動
作状態である。信号パルスがリセット入力ポートによっ
て受信されると、出力ポートの出力は反転する（すなわ
ち、出力ポートはフリップフロップする）。以前は信号
を発していたＱ出力ポートは今度はヌル信号を発し、以
前はヌル信号を発していたＱバー出力ポートは今度は信
号を発する。信号がセット入力ポートによって受信され
るまで、この電気フリップフロップはこの安定状態で動
作する。信号がセット入力ポートによって受信される
と、出力ポートは再びフリップフロップする。
１に示すように、一般的に、セット（ＳＥＴ）およびリ
セット（ＲＥＳＥＴ）からなる２つの入力ポートと、Ｑ
およびＱバー（「Ｑの否定」）からなる２つの出力ポー
トとを有する。信号パルスがセット入力ポートによって
受信されると、Ｑ出力ポートは信号を発し、Ｑバー出力
ポートはヌル信号を発する（すなわち、信号を発しな
い）。フリップフロップは、信号がリセット入力ポート
によって受信されるまで、この動作状態をラッチする
（すなわち、保持する）。このラッチされた状態で、信
号がＱ出力ポートから出力されるが、この状態が安定動
作状態である。信号パルスがリセット入力ポートによっ
て受信されると、出力ポートの出力は反転する（すなわ
ち、出力ポートはフリップフロップする）。以前は信号
を発していたＱ出力ポートは今度はヌル信号を発し、以
前はヌル信号を発していたＱバー出力ポートは今度は信
号を発する。信号がセット入力ポートによって受信され
るまで、この電気フリップフロップはこの安定状態で動
作する。信号がセット入力ポートによって受信される
と、出力ポートは再びフリップフロップする。
【０００８】図２に、本発明の原理によって、光増幅器
１５０および１６０を有し、全光フリップフロップ１５
を形成する要素の例示的構成の概略図を示す。光増幅器
１５０において、フィードバックパス３０は、ドープま
たは非ドープの光ファイバからなり、エルビウムドープ
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１０の出力をその入力に接
続する。当業者には理解されるように、応用によって
は、過飽和減衰器として作用する希土類ドープファイバ
をフィードバックパス３０において使用することが好ま
しい。減衰器の有用性についての詳細は後述する。
１５０および１６０を有し、全光フリップフロップ１５
を形成する要素の例示的構成の概略図を示す。光増幅器
１５０において、フィードバックパス３０は、ドープま
たは非ドープの光ファイバからなり、エルビウムドープ
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１０の出力をその入力に接
続する。当業者には理解されるように、応用によって
は、過飽和減衰器として作用する希土類ドープファイバ
をフィードバックパス３０において使用することが好ま
しい。減衰器の有用性についての詳細は後述する。
【０００９】図２の実施例では、ＥＤＦＡ１０は、ポン
プ１１０、マルチプレクサ１２０、エルビウムドープフ
ァイバ１３０、および光アイソレータ１４０からなり、
ポンプ１１０からの光が信号と逆向きに進むように配置
される。これらの各構成要素およびそこで使用される機
能は周知である。応用によっては、ポンプ１１０からの
光が信号と同方向に、または、双方向に進むように、Ｅ
ＤＦＡ１０内の構成要素を配置するのが好ましいことも
ある。
プ１１０、マルチプレクサ１２０、エルビウムドープフ
ァイバ１３０、および光アイソレータ１４０からなり、
ポンプ１１０からの光が信号と逆向きに進むように配置
される。これらの各構成要素およびそこで使用される機
能は周知である。応用によっては、ポンプ１１０からの
光が信号と同方向に、または、双方向に進むように、Ｅ
ＤＦＡ１０内の構成要素を配置するのが好ましいことも
ある。
【００１０】光バンドパスフィルタ５０が、ＥＤＦＡ１
０の出力と光カプラ７０の出力の間のフォワードパス６
０に配置される。フォワードパス６０は非ドープ光ファ
イバからなる。出力光カプラ７０は、フォワードパス６
０内を伝播する信号の所定部分をフィードバックパス３
０に送る。入力光カプラ８０は、フィードバックパス３
０内を伝播する信号の所定部分をＥＤＦＡ１０の入力に
送る。本発明に対する制限としてではなく、この実施例
の説明のため、出力光カプラ７０は、フォワードパス６
０内を伝播する信号の２０％をフィードバックパス３０
に送り、８０％を結合ファイバ９０に送る。同様に、入
力光カプラ８０は、フィードバックパス３０内を伝播す
る信号の５０％をＥＤＦＡ１０の入力に送り、残りの５
０％を出力ポートＱバーに送る。この例では、出力光カ
プラ７０および入力光カプラ８０はいずれも周知の７ｄ
Ｂ光カプラである。
０の出力と光カプラ７０の出力の間のフォワードパス６
０に配置される。フォワードパス６０は非ドープ光ファ
イバからなる。出力光カプラ７０は、フォワードパス６
０内を伝播する信号の所定部分をフィードバックパス３
０に送る。入力光カプラ８０は、フィードバックパス３
０内を伝播する信号の所定部分をＥＤＦＡ１０の入力に
送る。本発明に対する制限としてではなく、この実施例
の説明のため、出力光カプラ７０は、フォワードパス６
０内を伝播する信号の２０％をフィードバックパス３０
に送り、８０％を結合ファイバ９０に送る。同様に、入
力光カプラ８０は、フィードバックパス３０内を伝播す
る信号の５０％をＥＤＦＡ１０の入力に送り、残りの５
０％を出力ポートＱバーに送る。この例では、出力光カ
プラ７０および入力光カプラ８０はいずれも周知の７ｄ
Ｂ光カプラである。
【００１１】光増幅器１６０において、フィードバック
パス２３０は、ドープまたは非ドープ光ファイバからな
り、ＥＤＦＡ２１０の出力を入力に接続する。フィード
バックパス２３０およびＥＤＦＡ２１０は、構造および
動作において、それぞれ光増幅器１５０内のフィードバ
ックパス３０およびＥＤＦＡ１０と同一である。ＥＤＦ
Ａ２１０は、ポンプ４１０、マルチプレクサ４２０、エ
ルビウムドープファイバ４３０、および光アイソレータ
４４０からなる。これらの要素は、構造および動作にお
いて、上記のＥＤＦＡ１０を構成する対応する要素と同
一である。
パス２３０は、ドープまたは非ドープ光ファイバからな
り、ＥＤＦＡ２１０の出力を入力に接続する。フィード
バックパス２３０およびＥＤＦＡ２１０は、構造および
動作において、それぞれ光増幅器１５０内のフィードバ
ックパス３０およびＥＤＦＡ１０と同一である。ＥＤＦ
Ａ２１０は、ポンプ４１０、マルチプレクサ４２０、エ
ルビウムドープファイバ４３０、および光アイソレータ
４４０からなる。これらの要素は、構造および動作にお
いて、上記のＥＤＦＡ１０を構成する対応する要素と同
一である。
【００１２】光バンドパスフィルタ２５０は、フォワー
ドパス２６０において、ＥＤＦＡ２１０の出力と出力光
カプラ１７０の間に配置される。光バンドパスフィルタ
２５０、フォワードパス２６０、および出力カプラ１７
０は、構造および動作において、それぞれ光増幅器１５
０内の光バンドパスフィルタ５０、フォワードパス６
０、および出力カプラ７０と同一である。出力光カプラ
１７０は、フォワードパス２６０内を伝播する信号の所
定部分をフィードバックパス２３０に送る。入力光カプ
ラ１８０は、フィードバックパス１３０内を伝播する信
号の所定部分をＥＤＦＡ２１０の入力に送る。入力光カ
プラ１８０は、構造および動作において、光増幅器１５
０内の入力光カプラ８０と同一である。
ドパス２６０において、ＥＤＦＡ２１０の出力と出力光
カプラ１７０の間に配置される。光バンドパスフィルタ
２５０、フォワードパス２６０、および出力カプラ１７
０は、構造および動作において、それぞれ光増幅器１５
０内の光バンドパスフィルタ５０、フォワードパス６
０、および出力カプラ７０と同一である。出力光カプラ
１７０は、フォワードパス２６０内を伝播する信号の所
定部分をフィードバックパス２３０に送る。入力光カプ
ラ１８０は、フィードバックパス１３０内を伝播する信
号の所定部分をＥＤＦＡ２１０の入力に送る。入力光カ
プラ１８０は、構造および動作において、光増幅器１５
０内の入力光カプラ８０と同一である。
【００１３】光増幅器１５０の出力は、出力カプラ７
０、結合ファイバ９０、および入力カプラ１８０を介し
て光増幅器１６０の入力に接続される。同様に、光増幅
器１６０の出力は、出力カプラ１７０、結合ファイバ９
５、および入力カプラ８０を介して光増幅器１５０の入
力に接続される。結合ファイバ９０および９５は、非ド
ープ光ファイバからなる。
０、結合ファイバ９０、および入力カプラ１８０を介し
て光増幅器１６０の入力に接続される。同様に、光増幅
器１６０の出力は、出力カプラ１７０、結合ファイバ９
５、および入力カプラ８０を介して光増幅器１５０の入
力に接続される。結合ファイバ９０および９５は、非ド
ープ光ファイバからなる。
【００１４】結合ファイバ９０の一端は、全光フリップ
フロップへのセット入力ポートとして機能し、結合ファ
イバ９０の他端はＱ出力ポートとして機能する。結合フ
ァイバ９５の一端は、全光フリップフロップ１５へのリ
セット入力ポートとして機能し、結合ファイバ９５の他
端はＱバー出力ポートとして機能する。光バンドパスフ
ィルタ４０は、λAにほぼ等しい信号波長を通すように
同調され、結合ファイバ９０の端部のＱ出力ポートに配
置される。光バンドパスフィルタ４５は、λBにほぼ等
しい信号波長を通すように同調され、結合ファイバ９５
の端部のＱバー出力ポートに配置される。
フロップへのセット入力ポートとして機能し、結合ファ
イバ９０の他端はＱ出力ポートとして機能する。結合フ
ァイバ９５の一端は、全光フリップフロップ１５へのリ
セット入力ポートとして機能し、結合ファイバ９５の他
端はＱバー出力ポートとして機能する。光バンドパスフ
ィルタ４０は、λAにほぼ等しい信号波長を通すように
同調され、結合ファイバ９０の端部のＱ出力ポートに配
置される。光バンドパスフィルタ４５は、λBにほぼ等
しい信号波長を通すように同調され、結合ファイバ９５
の端部のＱバー出力ポートに配置される。
【００１５】動作時には、セット入力に光パルス信号が
存在しないとき、ＥＤＦＡ１０からの増幅自然放出（Ａ
ＳＥ）は、フォワードパス６０を伝播する際に光バンド
バスフィルタ５０によって波長λAでフィルタリングさ
れる。ＡＳＥは、エルビウムドープファイバ１３０から
励起エルビウムイオンの自然放出によって生成された増
幅光からＥＤＦＡ１０によって発生される。上記のよう
に、フィルタリングされたＡＳＥの２０％はＥＤＦＡ１
０の出力から出力光カプラ７０を通じてフィードバック
ループ３０に送られる。入力光カプラ８０は、ＡＳＥの
５０％をフィードバック信号としてＥＤＦＡ１０の入力
に再注入する。このフィードバック信号は、ＥＤＦＡ１
０における誘導放出を引き起こすのに十分であり、これ
によって、波長λAにおいて光増幅器１５０による自己
持続レーザ出力が得られる。フィードバックパス３０内
を伝播する信号の残りの５０％は入力光カプラ８０によ
ってＱバー出力ポートに送られる。そこでは、光バンド
パスフィルタ４５がλBの波長を通すように同調されて
おり、信号は波長λAを有するため、信号は光バンドパ
スフィルタ４５によってブロックされる。
存在しないとき、ＥＤＦＡ１０からの増幅自然放出（Ａ
ＳＥ）は、フォワードパス６０を伝播する際に光バンド
バスフィルタ５０によって波長λAでフィルタリングさ
れる。ＡＳＥは、エルビウムドープファイバ１３０から
励起エルビウムイオンの自然放出によって生成された増
幅光からＥＤＦＡ１０によって発生される。上記のよう
に、フィルタリングされたＡＳＥの２０％はＥＤＦＡ１
０の出力から出力光カプラ７０を通じてフィードバック
ループ３０に送られる。入力光カプラ８０は、ＡＳＥの
５０％をフィードバック信号としてＥＤＦＡ１０の入力
に再注入する。このフィードバック信号は、ＥＤＦＡ１
０における誘導放出を引き起こすのに十分であり、これ
によって、波長λAにおいて光増幅器１５０による自己
持続レーザ出力が得られる。フィードバックパス３０内
を伝播する信号の残りの５０％は入力光カプラ８０によ
ってＱバー出力ポートに送られる。そこでは、光バンド
パスフィルタ４５がλBの波長を通すように同調されて
おり、信号は波長λAを有するため、信号は光バンドパ
スフィルタ４５によってブロックされる。
【００１６】以下の数学的説明は、当業者には、上記の
自己持続レーザ動作の詳細な動作の理解において有用と
なるはずである。エルビウムドープファイバ１３０への
入力および出力の光子フラックスは、次の連立陰関数方
程式によって関係づけられる。
自己持続レーザ動作の詳細な動作の理解において有用と
なるはずである。エルビウムドープファイバ１３０への
入力および出力の光子フラックスは、次の連立陰関数方
程式によって関係づけられる。
【数１】 ただし、λ1は入力信号の波長、λ2は出力信号の波長、
λpはＥＤＦＡ１０内のポンプ光の波長、ｑはエルビウ
ムドープファイバ１３０に入る光子フラックスおよびエ
ルビウムドープファイバ１３０から出る光子フラック
ス、αおよびｇ*はそれぞれ制御波長およびポンプ波長
における吸収係数および放出係数、ζは飽和パラメー
タ、およびＬはエルビウムドープファイバ１３０の長さ
である。
λpはＥＤＦＡ１０内のポンプ光の波長、ｑはエルビウ
ムドープファイバ１３０に入る光子フラックスおよびエ
ルビウムドープファイバ１３０から出る光子フラック
ス、αおよびｇ*はそれぞれ制御波長およびポンプ波長
における吸収係数および放出係数、ζは飽和パラメー
タ、およびＬはエルビウムドープファイバ１３０の長さ
である。
【００１７】フィードバックパス３０は、波長λ2にお
けるＥＤＦＡ１０の入力と出力の間の関係を次のように
決定する。
けるＥＤＦＡ１０の入力と出力の間の関係を次のように
決定する。
【数２】 ただし、ＴinおよびＴoutはＥＤＦＡ１０の入力および
出力における光素子の透過率であり、Ｔf1はフィードバ
ックパス３０の透過率であり、Ｔ1＝ＴinＴoutＴf1であ
り、ＦinおよびＦoutはそれぞれ入力光カプラ８０およ
び出力光カプラ７０の結合係数である。
出力における光素子の透過率であり、Ｔf1はフィードバ
ックパス３０の透過率であり、Ｔ1＝ＴinＴoutＴf1であ
り、ＦinおよびＦoutはそれぞれ入力光カプラ８０およ
び出力光カプラ７０の結合係数である。
【００１８】式（１）〜（３）は、ＥＤＦＡ１０の出力
に対する次のような陽な形の方程式に帰着する。これ
は、レーザ発振しきい値より上で妥当である。レーザ発
振しきい値は、ポンプパワーおよび入力信号パワーに線
形に依存する。
に対する次のような陽な形の方程式に帰着する。これ
は、レーザ発振しきい値より上で妥当である。レーザ発
振しきい値は、ポンプパワーおよび入力信号パワーに線
形に依存する。
【数３】 ただし、伝達関数Ｈ（λi）は次式のように定義され
る。
る。
【数４】 また、Ｑ（λi）は、ＥＤＦＡ１０に入る光子フラック
スおよびＥＤＦＡ１０から出る光子フラックスである。
（なお、添字として表示できない記号を括弧内に記載す
ることがある。）式（４）および（５）が妥当であるた
めには、ＥＤＦＡ１０は、フォワードパス６０およびフ
ィードバックパス３０の組合せを通じての全利得が１以
上であることを要件とするレーザとして動作しなければ
ならない。当業者には明らかなように、フォワードパス
６０およびフィードバックパス３０の組合せを通じての
全利得は、出力カプラ７０および入力カプラ８０の結合
係数を変えることによってフィードバックパス３０内を
伝播する光の割合を変えることにより容易に制御するこ
とができる。あるいは、フォワードパス６０およびフィ
ードバックパス３０の組合せを通じての利得を制御する
ために、フィードバックパス３０に配置された可制御減
衰要素を有するのが好ましい場合もある。
スおよびＥＤＦＡ１０から出る光子フラックスである。
（なお、添字として表示できない記号を括弧内に記載す
ることがある。）式（４）および（５）が妥当であるた
めには、ＥＤＦＡ１０は、フォワードパス６０およびフ
ィードバックパス３０の組合せを通じての全利得が１以
上であることを要件とするレーザとして動作しなければ
ならない。当業者には明らかなように、フォワードパス
６０およびフィードバックパス３０の組合せを通じての
全利得は、出力カプラ７０および入力カプラ８０の結合
係数を変えることによってフィードバックパス３０内を
伝播する光の割合を変えることにより容易に制御するこ
とができる。あるいは、フォワードパス６０およびフィ
ードバックパス３０の組合せを通じての利得を制御する
ために、フィードバックパス３０に配置された可制御減
衰要素を有するのが好ましい場合もある。
【００１９】図３に、式（４）のグラフを示す。光増幅
器１５０内のＥＤＦＡ１０の出力パワーの計算値が、次
の例示的条件下で、入力信号パワーの関数としてプロッ
トされている。
器１５０内のＥＤＦＡ１０の出力パワーの計算値が、次
の例示的条件下で、入力信号パワーの関数としてプロッ
トされている。
【数５】
【００２０】伝達関数Ｈ（λi）の傾き（すなわち「利
得」）はポンプパワーと独立であり、主に、透過率光Ｔ
in、Ｔout、およびＴf1ならびに結合係数ＦinおよびＦ
outによって決定される。実際、λ1≒λ2、α（λ1）＝
α（λ2）、およびｇ*（λ1）＝ｇ*（λ2）の場合、利
得伝達関数は次式に帰着する。
得」）はポンプパワーと独立であり、主に、透過率光Ｔ
in、Ｔout、およびＴf1ならびに結合係数ＦinおよびＦ
outによって決定される。実際、λ1≒λ2、α（λ1）＝
α（λ2）、およびｇ*（λ1）＝ｇ*（λ2）の場合、利
得伝達関数は次式に帰着する。
【数６】 このようにして、高い伝達関数利得は、小さいＴf1Ｆin
Ｆout項によって特徴づけられる弱いフィードバックに
より達成される。この理由は、入力信号もＥＤＦＡ１０
の出力を容易に飽和させる高利得を受けるようにＥＤＦ
Ａ１０が高利得に固定されるためである。当業者には容
易に理解されるように、Ｔf1ＦinＦout項は、例えば、
フィードバックパス３０内に可制御減衰要素を組み込む
ことによってフィードバックパス３０の透過率Ｔf1を変
えることにより、全光フリップフロップ１５の利得特性
を変更するように調節することが可能である。あるい
は、可飽和または可制御吸収体や変調器のような要素を
フィードバックパス３０に組み込むのが好ましい場合も
ある。
Ｆout項によって特徴づけられる弱いフィードバックに
より達成される。この理由は、入力信号もＥＤＦＡ１０
の出力を容易に飽和させる高利得を受けるようにＥＤＦ
Ａ１０が高利得に固定されるためである。当業者には容
易に理解されるように、Ｔf1ＦinＦout項は、例えば、
フィードバックパス３０内に可制御減衰要素を組み込む
ことによってフィードバックパス３０の透過率Ｔf1を変
えることにより、全光フリップフロップ１５の利得特性
を変更するように調節することが可能である。あるい
は、可飽和または可制御吸収体や変調器のような要素を
フィードバックパス３０に組み込むのが好ましい場合も
ある。
【００２１】図２に戻る。出力光カプラ７０は、光増幅
器１５０のレーザ出力の所定部分を結合ファイバ９０に
送る。上記のように、実施例では、出力光カプラ７０は
フォワードパス６０内を伝播する信号の８０％を結合フ
ァイバ９０に送る。入力光カプラ１８０は、結合ファイ
バ９０内を伝播する信号の５０％を、Ｑ出力ポートにお
ける出力として光バンドバスフィルタ４０に送る。信号
の残りの５０％は光増幅器１６０内のＥＤＦＡ２１０の
入力に送られる。光増幅器１５０から送られるこのレー
ザ出力は、ＥＤＦＡ２１０が上記のようにして自己持続
レーザとして動作するのに必要なしきい値以下にＥＤＦ
Ａ２１０を通る利得が低下するように、ＥＤＦＡ２１０
を飽和させる。
器１５０のレーザ出力の所定部分を結合ファイバ９０に
送る。上記のように、実施例では、出力光カプラ７０は
フォワードパス６０内を伝播する信号の８０％を結合フ
ァイバ９０に送る。入力光カプラ１８０は、結合ファイ
バ９０内を伝播する信号の５０％を、Ｑ出力ポートにお
ける出力として光バンドバスフィルタ４０に送る。信号
の残りの５０％は光増幅器１６０内のＥＤＦＡ２１０の
入力に送られる。光増幅器１５０から送られるこのレー
ザ出力は、ＥＤＦＡ２１０が上記のようにして自己持続
レーザとして動作するのに必要なしきい値以下にＥＤＦ
Ａ２１０を通る利得が低下するように、ＥＤＦＡ２１０
を飽和させる。
【００２２】ＥＤＦＡ２１０は光増幅器１５０の出力に
よって飽和してレーザ発振が妨げられるが、ＥＤＦＡ２
１０で発生するＡＳＥは光バンドパスフィルタ２５０を
通って伝播し、そこでλBでフィルタリングされる。そ
の後、このＡＳＥはフォワードパス２６０を通って出力
カプラ１７０へ伝播する。出力カプラ１７０は、このフ
ィルタリングされた信号の８０％を結合ファイバ９５に
送り、これは入力カプラ８０を通じて光バンドパスフィ
ルタ４５に達し、Ｑバー出力ポートから出力される。カ
プラ１７０からの信号の残りの２０％はフィードバック
パス２３０および入力カプラ１８０に送られる。入力カ
プラ１８０は、フィードバックパス２３０内を伝播する
信号の５０％をＱ出力ポートに送る。光バンドパスフィ
ルタ４０はλAの波長を通すように同調され、フィード
バックパス２３０内を伝播する信号は波長λBであるた
め、この信号は光バンドパスフィルタ４０によってブロ
ックされる。フィードバックパス２３０内を伝播する信
号の残りの５０％は、光カプラ１８０によって、ＥＤＦ
Ａ２１０の入力へのフィードバック信号とされる。上記
のように、ＥＤＦＡ２１０は光増幅器１５０のレーザ出
力によって既に飽和しているため、このフィードバック
信号は光増幅器１６０内のＥＤＦＡ２１０のレーザ発振
を引き起こさない。
よって飽和してレーザ発振が妨げられるが、ＥＤＦＡ２
１０で発生するＡＳＥは光バンドパスフィルタ２５０を
通って伝播し、そこでλBでフィルタリングされる。そ
の後、このＡＳＥはフォワードパス２６０を通って出力
カプラ１７０へ伝播する。出力カプラ１７０は、このフ
ィルタリングされた信号の８０％を結合ファイバ９５に
送り、これは入力カプラ８０を通じて光バンドパスフィ
ルタ４５に達し、Ｑバー出力ポートから出力される。カ
プラ１７０からの信号の残りの２０％はフィードバック
パス２３０および入力カプラ１８０に送られる。入力カ
プラ１８０は、フィードバックパス２３０内を伝播する
信号の５０％をＱ出力ポートに送る。光バンドパスフィ
ルタ４０はλAの波長を通すように同調され、フィード
バックパス２３０内を伝播する信号は波長λBであるた
め、この信号は光バンドパスフィルタ４０によってブロ
ックされる。フィードバックパス２３０内を伝播する信
号の残りの５０％は、光カプラ１８０によって、ＥＤＦ
Ａ２１０の入力へのフィードバック信号とされる。上記
のように、ＥＤＦＡ２１０は光増幅器１５０のレーザ出
力によって既に飽和しているため、このフィードバック
信号は光増幅器１６０内のＥＤＦＡ２１０のレーザ発振
を引き起こさない。
【００２３】このようにして、光増幅器１５０がレーザ
発振し光増幅器１６０が飽和しているという第１安定動
作状態では、全光フリップフロップ１５はＱ出力ポート
から波長λAで強い信号を発生し、Ｑバー出力ポートか
ら波長λBで弱い信号を発生する。図４に、図３の説明
の際に述べた上記の例示的動作条件を当てはめ、λA＝
１５４４ｎｍおよびλB＝１５６６ｎｍとした場合に、
第１安定動作状態で動作する際の全光フリップフロップ
１５のＱ出力ポートでの出力パワーのグラフを示す。図
４は、レーザ出力の特徴である強く狭いピークを示して
いる。
発振し光増幅器１６０が飽和しているという第１安定動
作状態では、全光フリップフロップ１５はＱ出力ポート
から波長λAで強い信号を発生し、Ｑバー出力ポートか
ら波長λBで弱い信号を発生する。図４に、図３の説明
の際に述べた上記の例示的動作条件を当てはめ、λA＝
１５４４ｎｍおよびλB＝１５６６ｎｍとした場合に、
第１安定動作状態で動作する際の全光フリップフロップ
１５のＱ出力ポートでの出力パワーのグラフを示す。図
４は、レーザ出力の特徴である強く狭いピークを示して
いる。
【００２４】図５に、第１安定動作状態で動作する際の
全光フリップフロップ１５のＱバー出力ポートでの出力
パワーのグラフを示す。この場合のパワー出力はＱ出力
ポートに比べて大幅に減少している。その理由は、ＥＤ
ＦＡ２１０からの波長λBでのＡＳＥのみがバンドパス
フィルタ２５０および４５を通過することができるから
である。Ｑ出力ポートとＱバー出力ポートの間の消光比
は、図３の説明の際に述べた上記の例示的動作条件下
で、λA＝１５４４ｎｍおよびλB＝１５６６ｎｍとした
場合に一般的に約４０ｄＢであることが示されている。
全光フリップフロップ１５は、無期限に、または、第２
安定動作状態（後述）に切り替わるまで、この第１安定
動作状態を保持する。
全光フリップフロップ１５のＱバー出力ポートでの出力
パワーのグラフを示す。この場合のパワー出力はＱ出力
ポートに比べて大幅に減少している。その理由は、ＥＤ
ＦＡ２１０からの波長λBでのＡＳＥのみがバンドパス
フィルタ２５０および４５を通過することができるから
である。Ｑ出力ポートとＱバー出力ポートの間の消光比
は、図３の説明の際に述べた上記の例示的動作条件下
で、λA＝１５４４ｎｍおよびλB＝１５６６ｎｍとした
場合に一般的に約４０ｄＢであることが示されている。
全光フリップフロップ１５は、無期限に、または、第２
安定動作状態（後述）に切り替わるまで、この第１安定
動作状態を保持する。
【００２５】全光フリップフロップ１５は、ＥＤＦＡ１
０の利得帯域幅内の波長を有する光信号パルスがリセッ
トポートで受信されると、第２安定動作状態に切り替わ
る。出力光カプラ１７０は、リセットポートからの光信
号パルスの８０％を、結合ファイバ９５を通じて光入力
カプラ８０に送る。光入力カプラ８０は、結合ファイバ
９５からのパルス信号の５０％を光増幅器１５０内のＥ
ＤＦＡ１０の入力に送る。ＥＤＦＡ１０の入力に送られ
たこのパルス信号が十分なパワーおよび持続時間を有す
る場合、ＥＤＦＡ１０は飽和し、これによって、ＥＤＦ
Ａ１０を通る利得は、光増幅器１５０が上記のような自
己持続レーザとして動作するのに必要なしきい値以下に
減少する。図３の説明の際に述べた上記の例示的動作条
件下で、ｌA＝１５４４ｎｍおよびｌB＝１５６６ｎｍと
した場合、−８ｄＢｍの入力パワーで最小パルス持続時
間が１００ｍｓｅｃの光信号パルスはＥＤＦＡ１０を飽
和させるのに十分であることを発明者は見出している。
０の利得帯域幅内の波長を有する光信号パルスがリセッ
トポートで受信されると、第２安定動作状態に切り替わ
る。出力光カプラ１７０は、リセットポートからの光信
号パルスの８０％を、結合ファイバ９５を通じて光入力
カプラ８０に送る。光入力カプラ８０は、結合ファイバ
９５からのパルス信号の５０％を光増幅器１５０内のＥ
ＤＦＡ１０の入力に送る。ＥＤＦＡ１０の入力に送られ
たこのパルス信号が十分なパワーおよび持続時間を有す
る場合、ＥＤＦＡ１０は飽和し、これによって、ＥＤＦ
Ａ１０を通る利得は、光増幅器１５０が上記のような自
己持続レーザとして動作するのに必要なしきい値以下に
減少する。図３の説明の際に述べた上記の例示的動作条
件下で、ｌA＝１５４４ｎｍおよびｌB＝１５６６ｎｍと
した場合、−８ｄＢｍの入力パワーで最小パルス持続時
間が１００ｍｓｅｃの光信号パルスはＥＤＦＡ１０を飽
和させるのに十分であることを発明者は見出している。
【００２６】光増幅器１５０内のＥＤＦＡ１０がレーザ
発振しないように飽和しているとき、光カプラ７０およ
び１８０ならびに結合ファイバ９０を通じて光増幅器１
６０へのその出力は、もはや、光増幅器１６０内のＥＤ
ＦＡ２１０をそのレーザ発振しきい値以下に飽和させる
には十分ではない。従って、光増幅器１６０は上記のＡ
ＳＥフィードバックによってレーザ発振するようにな
る。もちろん、光増幅器１６０は、光バンドパスフィル
タ１５０がλBに同調しているため、波長λBでレーザ発
振することになる。
発振しないように飽和しているとき、光カプラ７０およ
び１８０ならびに結合ファイバ９０を通じて光増幅器１
６０へのその出力は、もはや、光増幅器１６０内のＥＤ
ＦＡ２１０をそのレーザ発振しきい値以下に飽和させる
には十分ではない。従って、光増幅器１６０は上記のＡ
ＳＥフィードバックによってレーザ発振するようにな
る。もちろん、光増幅器１６０は、光バンドパスフィル
タ１５０がλBに同調しているため、波長λBでレーザ発
振することになる。
【００２７】波長λBで、光増幅器１６０のレーザ出力
は、カプラ１７０および８０ならびに結合ファイバ９５
を通じて光増幅器１５０に送られる。この送られたレー
ザ出力は、リセットポートを光信号パルスが通った後、
光増幅器１５０がレーザ発振しきい値以下にとどまるよ
うにする。
は、カプラ１７０および８０ならびに結合ファイバ９５
を通じて光増幅器１５０に送られる。この送られたレー
ザ出力は、リセットポートを光信号パルスが通った後、
光増幅器１５０がレーザ発振しきい値以下にとどまるよ
うにする。
【００２８】このようにして、光増幅器１６０がレーザ
発振し光増幅器１５０が飽和しているという第２安定動
作状態では、全光フリップフロップ１５はＱバー出力ポ
ートから波長λBで強い信号を発生し、Ｑ出力ポートか
ら波長λAで弱い信号を発生する。
発振し光増幅器１５０が飽和しているという第２安定動
作状態では、全光フリップフロップ１５はＱバー出力ポ
ートから波長λBで強い信号を発生し、Ｑ出力ポートか
ら波長λAで弱い信号を発生する。
【００２９】図６に、図３の説明の際に述べた上記の例
示的動作条件を当てはめ、λA＝１５４４ｎｍおよびλB
＝１５６６ｎｍとした場合に、第２安定動作状態で動作
する際の全光フリップフロップ１５のＱ出力ポートでの
出力パワーのグラフを示す。この場合のパワー出力はＱ
バー出力ポートに比べて大幅に減少している。その理由
は、ＥＤＦＡ１０からの波長λAでのＡＳＥのみがバン
ドパスフィルタ５０および４０を通過することができる
からである。
示的動作条件を当てはめ、λA＝１５４４ｎｍおよびλB
＝１５６６ｎｍとした場合に、第２安定動作状態で動作
する際の全光フリップフロップ１５のＱ出力ポートでの
出力パワーのグラフを示す。この場合のパワー出力はＱ
バー出力ポートに比べて大幅に減少している。その理由
は、ＥＤＦＡ１０からの波長λAでのＡＳＥのみがバン
ドパスフィルタ５０および４０を通過することができる
からである。
【００３０】図７に、第２安定動作状態で動作する際の
全光フリップフロップ１５のＱバー出力ポートでの出力
パワーのグラフを示す。図７は、レーザ出力の特徴であ
る強く狭いピークを示している。Ｑバー出力ポートとＱ
出力ポートの間の消光比は、図３の説明の際に述べた上
記の例示的動作条件下で、一般的に約４０ｄＢであるこ
とが示されている。全光フリップフロップ１５は、無期
限に、または、第１安定動作状態に切り替わるまで、こ
の第２安定動作状態を保持する。
全光フリップフロップ１５のＱバー出力ポートでの出力
パワーのグラフを示す。図７は、レーザ出力の特徴であ
る強く狭いピークを示している。Ｑバー出力ポートとＱ
出力ポートの間の消光比は、図３の説明の際に述べた上
記の例示的動作条件下で、一般的に約４０ｄＢであるこ
とが示されている。全光フリップフロップ１５は、無期
限に、または、第１安定動作状態に切り替わるまで、こ
の第２安定動作状態を保持する。
【００３１】全光フリップフロップ１５は、ＥＤＦＡ２
１０の利得帯域幅内の波長を有する光信号パルスがセッ
トポートで受信されると、第１安定動作状態に切り替わ
る。出力光カプラ７０は、セットポートからの光信号パ
ルスの８０％を、結合ファイバ９０を通じて光入力カプ
ラ１８０に送る。光入力カプラ１８０は、結合ファイバ
９０からのパルス信号の５０％を光増幅器１６０内のＥ
ＤＦＡ２１０の入力に送る。ＥＤＦＡ２１０の入力に送
られたこのパルス信号が十分なパワーおよび持続時間を
有する場合、ＥＤＦＡ２１０は飽和し、これによって、
ＥＤＦＡ２１０を通る利得は、光増幅器１６０が自己持
続レーザとして動作するのに必要なしきい値以下に減少
する。光増幅器１６０がレーザ発振を停止すると、光増
幅器１５０はもはやそのレーザ出力によって飽和せず、
上記のＡＳＥフィードバックによってレーザ発振するよ
うになる。波長λAで、光増幅器１５０のレーザ出力
は、カプラ７０および１８０ならびに結合ファイバ９０
を通じて光増幅器１６０に送られる。この送られたレー
ザ出力は、セットポートを光信号パルスが通った後、光
増幅器１６０がレーザ発振しきい値以下にとどまるよう
にする。
１０の利得帯域幅内の波長を有する光信号パルスがセッ
トポートで受信されると、第１安定動作状態に切り替わ
る。出力光カプラ７０は、セットポートからの光信号パ
ルスの８０％を、結合ファイバ９０を通じて光入力カプ
ラ１８０に送る。光入力カプラ１８０は、結合ファイバ
９０からのパルス信号の５０％を光増幅器１６０内のＥ
ＤＦＡ２１０の入力に送る。ＥＤＦＡ２１０の入力に送
られたこのパルス信号が十分なパワーおよび持続時間を
有する場合、ＥＤＦＡ２１０は飽和し、これによって、
ＥＤＦＡ２１０を通る利得は、光増幅器１６０が自己持
続レーザとして動作するのに必要なしきい値以下に減少
する。光増幅器１６０がレーザ発振を停止すると、光増
幅器１５０はもはやそのレーザ出力によって飽和せず、
上記のＡＳＥフィードバックによってレーザ発振するよ
うになる。波長λAで、光増幅器１５０のレーザ出力
は、カプラ７０および１８０ならびに結合ファイバ９０
を通じて光増幅器１６０に送られる。この送られたレー
ザ出力は、セットポートを光信号パルスが通った後、光
増幅器１６０がレーザ発振しきい値以下にとどまるよう
にする。
【００３２】図８は、２つの光増幅器１５０および１６
０に対して式（５）によって表される伝達関数のグラフ
である。全光フリップフロップ１５の第１動作状態およ
び第２動作状態を点ＡおよびＢで示す。伝達関数の交点
Ｃは全光フリップフロップ１５の不安定動作状態を表
す。
０に対して式（５）によって表される伝達関数のグラフ
である。全光フリップフロップ１５の第１動作状態およ
び第２動作状態を点ＡおよびＢで示す。伝達関数の交点
Ｃは全光フリップフロップ１５の不安定動作状態を表
す。
【００３３】当業者には理解されるように、全光フリッ
プフロップ１５は、現在電気フリップフロップを使用し
て実装されているすべての回路を全光式に実装するため
に使用することができる。さらに、米国特許出願第１６
８，２９１号（１９９３年）に記載されているような全
光インバータを使用して実装される適当な全光論理ゲー
トと組み合わせれば、全光フリップフロップ１５は全光
シフトレジスタおよび全光ビット記憶デバイスを実装す
るために使用することができる。
プフロップ１５は、現在電気フリップフロップを使用し
て実装されているすべての回路を全光式に実装するため
に使用することができる。さらに、米国特許出願第１６
８，２９１号（１９９３年）に記載されているような全
光インバータを使用して実装される適当な全光論理ゲー
トと組み合わせれば、全光フリップフロップ１５は全光
シフトレジスタおよび全光ビット記憶デバイスを実装す
るために使用することができる。
【００３４】同じく当業者には理解されるように、全光
フリップフロップ１５は、その多重波長動作特性を利用
することによって、モジュロｎ（すなわち、ｎ進）光論
理回路を実装するために使用することも可能である。全
光フリップフロップ１５はその出力におけるパワーだけ
でなく波長をも切り換えるため、この特性は、モジュロ
ｎ論理デバイスを実現可能にする。
フリップフロップ１５は、その多重波長動作特性を利用
することによって、モジュロｎ（すなわち、ｎ進）光論
理回路を実装するために使用することも可能である。全
光フリップフロップ１５はその出力におけるパワーだけ
でなく波長をも切り換えるため、この特性は、モジュロ
ｎ論理デバイスを実現可能にする。
【００３５】もちろん上記の実施例は本発明の原理の単
なる応用例であり、さまざまな変形が可能である。例え
ば、当業者には明らかなように、図２のＥＤＦＡ１０お
よびＥＤＦＡ２１０の代わりに半導体光増幅器を使用し
て、全光フリップフロップ１５のスイッチングを大幅に
高速化することが可能である。従って、このような全光
フリップフロップは、光集積回路チップで使用すること
が可能である。
なる応用例であり、さまざまな変形が可能である。例え
ば、当業者には明らかなように、図２のＥＤＦＡ１０お
よびＥＤＦＡ２１０の代わりに半導体光増幅器を使用し
て、全光フリップフロップ１５のスイッチングを大幅に
高速化することが可能である。従って、このような全光
フリップフロップは、光集積回路チップで使用すること
が可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、全
光（すなわち、電気信号への変換を用いない）フリップ
フロップが実現される。これにより、従来よりも大幅に
高速の論理回路やメモリを形成することができる。
光（すなわち、電気信号への変換を用いない）フリップ
フロップが実現される。これにより、従来よりも大幅に
高速の論理回路やメモリを形成することができる。
【図１】従来の電気フリップフロップデバイスの概略図
である。
である。
【図２】本発明によって、２個の光増幅器を有し、全光
フリップフロップデバイスを形成する要素の例示的構成
の概略図である。
フリップフロップデバイスを形成する要素の例示的構成
の概略図である。
【図３】図２の実施例で使用した光増幅器の計算された
出力パワーを、さまざまなレベルのポンプパワーに対す
る入力信号パワーの関数として示したグラフである。
出力パワーを、さまざまなレベルのポンプパワーに対す
る入力信号パワーの関数として示したグラフである。
【図４】第１安定動作状態で動作中の、全光フリップフ
ロップデバイスのＱ出力ポートにおける出力パワーのグ
ラフである。
ロップデバイスのＱ出力ポートにおける出力パワーのグ
ラフである。
【図５】第１安定動作状態で動作中の、全光フリップフ
ロップデバイスのＱバー出力ポートにおける出力パワー
のグラフである。
ロップデバイスのＱバー出力ポートにおける出力パワー
のグラフである。
【図６】第２安定動作状態で動作中の、全光フリップフ
ロップデバイスのＱ出力ポートにおける出力パワーのグ
ラフである。
ロップデバイスのＱ出力ポートにおける出力パワーのグ
ラフである。
【図７】第２安定動作状態で動作中の、全光フリップフ
ロップデバイスのＱバー出力ポートにおける出力パワー
のグラフである。
ロップデバイスのＱバー出力ポートにおける出力パワー
のグラフである。
【図８】２つの安定動作状態ＡおよびＢならびに１つの
不安定状態Ｃを示す、全光フリップフロップデバイスに
よって使用される２個の光増幅器の伝達関数のグラフで
ある。
不安定状態Ｃを示す、全光フリップフロップデバイスに
よって使用される２個の光増幅器の伝達関数のグラフで
ある。
１０ エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ） １５ 全光フリップフロップ ３０ フィードバックパス ４０ 光バンドパスフィルタ ４５ 光バンドパスフィルタ ５０ 光バンドパスフィルタ ６０ フォワードパス ７０ 出力光カプラ ８０ 入力光カプラ ９０ 結合ファイバ ９５ 結合ファイバ １１０ ポンプ １２０ マルチプレクサ １３０ エルビウムドープファイバ １４０ 光アイソレータ １５０ 光増幅器 １６０ 光増幅器 １７０ 出力光カプラ １８０ 入力光カプラ ２１０ ＥＤＦＡ ２３０ フィードバックパス ２５０ 光バンドパスフィルタ ２６０ フォワードパス ４１０ ポンプ ４２０ マルチプレクサ ４３０ エルビウムドープファイバ ４４０ 光アイソレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ムハマッド ティー．ファテヒ アメリカ合衆国、07748 ニュージャー ジー、ミドルタウン、シルビア テラス ５ (72)発明者 クリントン ランディ ギルス アメリカ合衆国、07748 ニュージャー ジー、ミドルタウン、ヘロン ロード 72 (56)参考文献 特開 平３−67230（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82881（ＪＰ，Ａ) 英国公開2118765（ＧＢ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．27，Ｎｏ．７ Ｐ．560−561 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 3/00 H01S 3/10
Claims (23)
- 【請求項１】 それぞれが入力および出力を有する第１
の光増幅器および第２の光増幅器と、 第１の光増幅器が第１の特性波長でレーザ発振すること
によって第１の安定状態で動作するように、第１の光増
幅器の出力をその入力に接続する第１の信号路を有する
第１のフィードバック手段と、 第２の光増幅器が第１の特性波長とは少なくとも僅かに
異なる第２の特性波長でレーザ発振することによって第
２の安定状態で動作するように、第２の光増幅器の出力
をその入力に接続する、第１の信号路とは別個の第２の
信号路を有する第２のフィードバック手段と、 第１の光増幅器および第２の光増幅器がある時点におい
て第１の安定状態および第２の安定状態のうちの一方の
みで動作するように、第１の光増幅器と第２の光増幅器
を接続する接続手段と、 第１の光増幅器の入力で受信される光パルス信号に応答
して、第１の安定状態から第２の安定状態に動作を切り
換える手段と、 第２の光増幅器の入力で受信される光パルス信号に応答
して、第２の安定状態から第１の安定状態に動作を切り
換える手段と からなることを特徴とする全光フリップフロップ装置。 - 【請求項２】 前記第１の光増幅器および第２の光増幅
器は、エルビウムドープファイバ増幅器であることを特
徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記第１の光増幅器および第２の光増幅
器は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１記
載の装置。 - 【請求項４】 前記接続手段が、前記第１の光増幅器の
出力を前記第２の光増幅器の入力にさらに接続するため
の第１の光ファイバを含むことを特徴とする請求項１記
載の装置。 - 【請求項５】 前記接続手段が、前記第２の光増幅器の
出力を前記第１の光増幅器の入力にさらに接続するため
の第２の光ファイバを含むことを特徴とする請求項４記
載の装置。 - 【請求項６】 前記第１の光ファイバは、希土類ドープ
光ファイバおよび非ドープ光ファイバからなるグループ
から選択されることを特徴とする請求項４記載の装置。 - 【請求項７】 前記第２の光ファイバは、希土類ドープ
光ファイバおよび非ドープ光ファイバからなるグループ
から選択されることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項８】 前記第１または第２のフィードバック手
段は、可飽和吸収体を含むことを特徴とする請求項１記
載の装置。 - 【請求項９】 前記第１の光ファイバは、第１の光カプ
ラを使用して、前記第１の光増幅器の出力に接続される
ことを特徴とする請求項４記載の装置。 - 【請求項１０】 前記第１の光ファイバは、第２の光カ
プラを使用して、前記第２の光増幅器の入力に接続され
ることを特徴とする請求項４記載の装置。 - 【請求項１１】 前記第２の光ファイバは、第３の光カ
プラを使用して、前記第２の光増幅器の出力に接続され
ることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項１２】 前記第２の光ファイバは、第４の光カ
プラを使用して、前記第１の光増幅器の入力に接続され
ることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項１３】 前記接続手段は、前記第１の光増幅器
の出力と前記第１の光カプラとの間に配置された第１の
バンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項９記
載の装置。 - 【請求項１４】 前記接続手段は、前記第２の光増幅器
の出力と前記第３の光カプラとの間に配置された第２の
バンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１１
記載の装置。 - 【請求項１５】 前記第１の光ファイバの出力端に配置
された第３のバンドパスフィルタをさらに含むことを特
徴とする請求項４記載の装置。 - 【請求項１６】 前記第２の光ファイバの出力端に配置
された第４のバンドパスフィルタをさらに含むことを特
徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項１７】 それぞれが入力および出力を有する第
１の光増幅器および第２の光増幅器と、 第１の光増幅器が第１の特性波長でレーザ発振すること
によって第１の安定状態で動作するように、第１の光増
幅器の出力における信号をその入力に第１の信号路を通
じてフィードバックする第１の光ファイバと、 第２の光増幅器が第１の特性波長とは少なくとも僅かに
異なる第２の特性波長でレーザ発振することによって第
２の安定状態で動作するように、第２の光増幅器の出力
における信号をその入力に、第１の信号路とは別個の第
２の信号路を通じてフィードバックする第２の光ファイ
バと、 第１の光増幅器および第２の光増幅器がある時点におい
て第１の安定状態および第２の安定状態のうちの一方の
みで動作するように、第１の光増幅器と第２の光増幅器
を接続する複数の接続手段と、 前記第１の光増幅器の入力に接続されて、受信される光
パルス信号に応答して、第１の安定状態から第２の安定
状態に動作を切り換えるためのリセットポートと 前記第２の光増幅器の入力に接続されて、受信される光
パルス信号に応答して、第２の安定状態から第１の安定
状態に動作を切り換えるためのセットポートとからなる
ことを特徴とする全光フリップフロップ装置。 - 【請求項１８】 前記第１の光増幅器および第２の光増
幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器であることを
特徴とする請求項１７記載の装置。 - 【請求項１９】 セットポートおよびリセットポートを
有する全光フリップフロップ装置において、 入力および出力を有し、第１の信号路を通じて前記出力
を前記入力に接続して、第１の特性波長でレーザ発振す
ることを可能にするフィードバック路を有する第１の光
増幅器と、 入力および出力を有し、第１の信号路とは別個の第２の
信号路を通じて前記出力を前記入力に接続して、第１の
特性波長とは少なくとも僅かに異なる第２の特性波長で
レーザ発振することを可能にするフィードバック路を有
する第２の光増幅器とを含み、 前記第１および第２の光増幅器のうちの一方のみがある
時点においてレーザ発振できるように、前記第１および
第２の光増幅器が動作可能に接続され、 前記第１の光増幅器は、前記セットポートにおいて受信
された光パルス信号に応答してレーザ発振し、 前記第２の光増幅器は、前記リセットポートにおいて受
信された光パルス信号に応答してレーザ発振することを
特徴とする全光フリップフロップ装置。 - 【請求項２０】 前記第１の光増幅器および第２の光増
幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器であることを
特徴とする請求項１９記載の装置。 - 【請求項２１】 （Ａ） 第１の光増幅器が第１の特性
波長でレーザ発振することによって第１の安定状態で動
作するように、第１の信号路を通じて第１の光増幅器の
出力をその入力に接続するステップと、 （Ｂ） 第２の光増幅器が第１の特性波長とは少なくと
も僅かに異なる第２の特性波長でレーザ発振することに
よって第２の安定状態で動作するように、第１の信号路
とは別個の第２の信号路を通じて第２の光増幅器の出力
をその入力に接続するステップと、 （Ｃ） 第１の光増幅器および第２の光増幅器がある時
点において第１の安定状態および第２の安定状態のうち
の一方のみで動作するように、第１の光増幅器と第２の
光増幅器を接続するステップと、から構成された全光フリップフロップ装置の動作方法に
おいて、 （Ｄ） 第１の光増幅器の入力で受信される光パルス信
号に応答して、第１の安定状態から第２の安定状態に動
作を切り換えるステップと （Ｅ） 第２の光増幅器の入力で受信される光パルス信
号に応答して、第２の安定状態から第１の安定状態に動
作を切り換えるステップと からなることを特徴とする全光フリップフロップ装置の
動作方法。 - 【請求項２２】 前記第１の光増幅器および第２の光増
幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器であることを
特徴とする請求項２１記載の方法。 - 【請求項２３】 前記第１の光増幅器および第２の光増
幅器は、半導体レーザであることを特徴とする請求項２
１記載の方法。
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