JP4449649B2 - 光順序回路 - Google Patents
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Hiroyuki Tsuda and Takashi Kurokawa, Applied Physics Letters,Vol.55,1990,pp1724−1726
前記複数の共振器は、2つの共振モードを持ち互いに結合された第1、第2共振器であり、
前記複数の導波路は、前記第2共振器に第1波長の光を入力し第2波長の光を出力する第1導波路と前記第1共振器に前記第2波長の光を入力し前記第1波長の光を出力する第2導波路であり、
前記第2共振器の第1共振モードは前記第1波長の光に対し共鳴波長となり、
前記第1共振器の第2共振モードは前記第2波長の光に対し共鳴波長となり、
前記第1共振器の第1共振モードは前記第1波長の光に対し共鳴波長が異なり、十分な強度の光信号が入ったとき発生する非線形効果によって前記第1波長の光に共鳴し、
前記第2共振器の第2共振モードは前記第2波長の光に対し共鳴波長が異なり、十分な強度の光信号が入ったとき発生する非線形効果によって前記第2波長の光に共鳴し、
第1共振器は、入力される第1、第2波長の光のうちの第1波長の光の入力で発生する非線形効果によって第2波長の光のスイッチングを行い、
第2共振器は、入力される第1、第2波長の光のうちの第2波長の光の入力で発生する非線形効果によって第1波長の光のスイッチングを行う
ことにより、小さな光強度で状態遷移が可能となり、フリップフロップとして動作することができる。
第1、第2共振器及び第1、第2導波路は、フォトニック結晶上に形成され、
前記第1共振器と第2共振器の間はトンネリングにより直接結合し、
前記第1導波路は、全波長を通す標準導波路であって前記第1波長の光の入力及び前記第2波長の光の出力を行い、前記第1導波路と前記第2共振器の間をトンネリングにより結合し、
前記第2導波路は、全波長を通す標準導波路であって前記第2波長の光の入力及び前記第1波長の光の出力を行い、前記第2導波路と前記第1共振器の間をトンネリングにより結合したことにより、サイズを小型化することができる。
第1、第2共振器及び第1、第2導波路は、フォトニック結晶上に形成され、
前記第1共振器と第2共振器の間はトンネリングにより直接結合し、
前記第1導波路は、前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路であって前記第1波長の光の入力を行う第1波長用導波路と、前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路であって前記第2波長の光の出力を行う第2波長用導波路を有し、前記第1導波路の第1波長用導波路及び第2波長用導波路と前記第2共振器の間をトンネリングにより結合し、
前記第2導波路は、前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路であって前記第2波長の光の入力を行う第2波長用導波路と、前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路であって前記第1波長の光の出力を行う第1波長用導波路を有し、前記第2導波路の第1波長用導波路及び第2波長用導波路と前記第1共振器の間をトンネリングにより結合したことにより、第1波長,第2波長の光を別々に入出力することができ、各共振器の共振モードのQ値設定が容易となる。
前記第1共振器と第2共振器の間に前記フォトニック結晶上に形成され全波長を通す導波路である標準導波路を介在させて結合したことにより、共振モード間の反発を抑制することができる。
前記第1共振器と第2共振器の間に前記フォトニック結晶上に形成され前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路である第1波長用導波路を介在させて結合すると共に、前記フォトニック結晶上に形成され前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路である第2波長用導波路を介在させて結合したことにより、共振モード間の反発を抑制することができる。
(a)最初、一切の光S1、S2が入力されていない状態から始め、光S1を共振器CBからCAの順に透過するように入力する。この時、S2は共振モードMA2を介して共振器CAをすり抜け共振器CBに到達し、光非線形効果により共振モードMB1、MB2それぞれを波長シフトさせつつ共振器CBすり抜け、出力側導波路11に到達する。
(b)この状態の時、光S1を共振器CBからCAの順に透過するように入力すると、モードMB1が光S2によって既に波長シフトさせられているため、S1はモードMB1に共鳴できず、共振器CBにより透過をブロックされる。また、僅かに透過できた分も共振器CAで光非線形効果を起こすには不十分であり、ここでもブロックされる。
(c)ここで光S2を一瞬絶つ(負パルスの入力)。すると光S2により共振器CBで起こっていた光非線形効果が消滅し、共振モードMB1、MB2それぞれの共鳴波長は元の波長に復帰する。すると、それまで共振器CBを透過できなかった光S1はモードMB1を介して共振器CBをすり抜けて共振器CAに達し、共振モードMA1、MA2を光非線形効果により波長シフトさせつつ共振器CAを透過する。
(d)この状態の時、再び光S2を入力しても、(b)における光S1と同様に、光S2は共振器CA、CBでブロックされるため透過できない。
(第1実施形態、共振器間直接結合2ポートフリップフロップ)
図6は、共振器間直接結合2ポートフリップフロップの構成図を示す。このフリップフロップは、2個の共振器CA、CBと、全波長を通す標準導波路13,14からなる最もシンプルな形態である。ここでは、トンネリングにより直接結合した2つの共振器CA、CBにそれぞれ1本ずつの標準導波路13,14がトンネリングにより結合されている。標準導波路13はS1入力用導波路とS2out出力用導波路を兼ね、標準導波路14はS2入力用導波路とS1out出力用導波路を兼ねる。
(第2実施形態、共振器間直接結合4ポートフリップフロップ)
図8は、共振器間直接結合4ポートフリップフロップの構成図を示す。同図中、トンネリングにより直接結合した2つの共振器CA、CBにそれぞれにS1用導波路30,31とS2用導波路32,33がトンネリングにより結合されている。ここでは、S1用導波路30,31として光S1を通し、光S2を通さないものを用い、S2用導波路32,33として光S2を通し、光S1を通さないものを用いる。これらS1用導波路30,31、S2用導波路32,33の設計方法については後述する。
(第3実施形態、共振器間導波路結合2ポートフリップフロップ)
ところで、共振器CA、CB間のXY平面方向の漏れ成分であるQhを低下させて共振器CA、CBそれぞれのQ値を抑制するためには、共振器間結合を強くする必要があるが、共振器間を直接結合する場合、共振モードMA1とMB1、共振モードMA2とMB2が互いに干渉し、共振モード同士の反発が起こりやすくなり、共振器の設計が困難になる。そこで、共振器間の距離を離し、導波路により共振器CA、CB間を結合することで、この共振モード間の反発を抑制することができる。
(第4実施形態、共振器間導波路結合4ポートフリップフロップ)
図14は、共振器間導波路結合4ポートフリップフロップの構成図を示す。同図中、2つの共振器CA、CBはS1用導波路91,S2用標準導波路92それぞれの両端にトンネリングにより結合されている。また、共振器CBにS1用標波路93,S2用導波路94がトンネリングにより結合され、共振器CAにS1用導波路95,S2用導波路96がトンネリングにより結合されている。ここでは、S1用導波路91,93,95として光S1を通し、光S2を通さないものを用い、S2用導波路92,94,96として光S2を通し、光S1を通さないものを用いる。
(具体的設計に基づく解析例)
以上を基に動作実証の初期的解析を行った。
(第5実施形態、N個の共振器を用いた光順序回路)
使用する共振器数が2より大きい場合の光順序回路の構成例を示す。
11,12 入出力用導波路
13,14,26,28,71〜73,85〜87 標準導波路
20,40,60,80,100 フォトニック結晶
22,42,62,82,102 スラブ
24,44,64,84,104 空孔
30,31,45,50,51,65,67,91,93,95,105,107,109 S1用導波路
32,33,46,52,53,66,68,92,94,96,106,108,110 S2用導波路
Claims (9)
- 複数の共振モードを持つ複数の共振器と、前記複数の共振器それぞれに結合された複数の導波路からなり、
前記複数の共振器は、2つの共振モードを持ち互いに結合された第1、第2共振器であり、
前記複数の導波路は、前記第2共振器に第1波長の光を入力し第2波長の光を出力する第1導波路と前記第1共振器に前記第2波長の光を入力し前記第1波長の光を出力する第2導波路であり、
前記第2共振器の第1共振モードは前記第1波長の光に対し共鳴波長となり、
前記第1共振器の第2共振モードは前記第2波長の光に対し共鳴波長となり、
前記第1共振器の第1共振モードは前記第1波長の光に対し共鳴波長が異なり、十分な強度の光信号が入ったとき発生する非線形効果によって前記第1波長の光に共鳴し、
前記第2共振器の第2共振モードは前記第2波長の光に対し共鳴波長が異なり、十分な強度の光信号が入ったとき発生する非線形効果によって前記第2波長の光に共鳴し、
第1共振器は、入力される第1、第2波長の光のうちの第1波長の光の入力で発生する非線形効果によって第2波長の光のスイッチングを行い、
第2共振器は、入力される第1、第2波長の光のうちの第2波長の光の入力で発生する非線形効果によって第1波長の光のスイッチングを行う
ことを特徴とする光順序回路。 - 請求項1記載の光順序回路において、
第1、第2共振器及び第1、第2導波路は、フォトニック結晶上に形成され、
前記第1共振器と第2共振器の間はトンネリングにより直接結合し、
前記第1導波路は、全波長を通す標準導波路であって前記第1波長の光の入力及び前記第2波長の光の出力を行い、前記第1導波路と前記第2共振器の間をトンネリングにより結合し、
前記第2導波路は、全波長を通す標準導波路であって前記第2波長の光の入力及び前記第1波長の光の出力を行い、前記第2導波路と前記第1共振器の間をトンネリングにより結合したことを特徴とする光順序回路。 - 請求項1記載の光順序回路において、
第1、第2共振器及び第1、第2導波路は、フォトニック結晶上に形成され、
前記第1共振器と第2共振器の間はトンネリングにより直接結合し、
前記第1導波路は、前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路であって前記第1波長の光の入力を行う第1波長用導波路と、前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路であって前記第2波長の光の出力を行う第2波長用導波路を有し、前記第1導波路の第1波長用導波路及び第2波長用導波路と前記第2共振器の間をトンネリングにより結合し、
前記第2導波路は、前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路であって前記第2波長の光の入力を行う第2波長用導波路と、前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路であって前記第1波長の光の出力を行う第1波長用導波路を有し、前記第2導波路の第1波長用導波路及び第2波長用導波路と前記第1共振器の間をトンネリングにより結合したことを特徴とする光順序回路。 - 請求項3記載の光順序回路において、
前記第1波長の光の入出力方向と前記第2波長の光の入出力方向が逆向きであることを特徴とする光順序回路。 - 請求項3記載の光順序回路において、
前記第1波長の光の入出力方向と前記第2波長の光の入出力方向が同じ向きであることを特徴とする光順序回路。 - 請求項2記載の光順序回路において、
前記第1共振器と第2共振器の間に前記フォトニック結晶上に形成され全波長を通す導波路である標準導波路を介在させて結合したことを特徴とする光順序回路。 - 請求項3乃至5のいずれか記載の光順序回路において、
前記第1共振器と第2共振器の間に前記フォトニック結晶上に形成され前記第1波長を通し前記第2波長を通さない導波路である第1波長用導波路を介在させて結合すると共に、前記フォトニック結晶上に形成され前記第2波長を通し前記第1波長を通さない導波路である第2波長用導波路を介在させて結合したことを特徴とする光順序回路。 - 請求項2または6記載の光順序回路において、
前記標準導波路は、前記フォトニック結晶の空孔を結晶配位方向に除去して構成したことを特徴とする光順序回路。 - 請求項3乃至5または7のいずれか記載の光順序回路において、
前記第1波長用導波路は、位相シフト孔導波路であり、
前記第2波長用導波路は、幅狭型導波路であることを特徴とする光順序回路。
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