JP4470782B2 - 光論理回路 - Google Patents
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OPTICS LETTERS Vol.29,No.20,pp.2387,2004 NATURE Vol.431,pp.1081,2004 2004 春応物学会講演会予稿集 29p−M−13 2004 春応物学会講演会予稿集 29p−M−16 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−9 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−10 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−11 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−1 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−2 2004 秋応物学会講演会予稿集 4a−ZC−3
前記複数の共振器に結合するフォトニック結晶上に形成された複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と第3の共鳴周波数を持ち前記第1の共鳴周波数の共鳴モードで前記第1の共振器と結合する第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する第2の導波路を有し、
前記第1の共振器は、第2の共鳴周波数の光の入力、または、第1の共鳴周波数の光と第2の共鳴周波数の光の入力により、共鳴状態をオン、非共鳴状態をオフとする双安定のオン状態となり、
前記第2の共振器は、第1の共振器のオン及び第3の共鳴周波数の光の入力により双安定のオン状態となるよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2、第3の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御することにより、複数の共振器を用いて複雑な信号処理を行うことが可能となる。
前記第1の導波路は、前記第1、第2、第3の共鳴周波数を通し、
前記第2の導波路は、前記第3の共鳴周波数のみを通す。
前記複数の共振器に結合するフォトニック結晶上に形成された複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する複数の第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と前記第2の共鳴周波数を持つ第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する複数の第2の導波路と、
前記第1、第2の共振器の間に設けられ前記第1の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第2の共鳴周波数を遮断するフィルタ特性を持つ第3の導波路を有し、
前記複数の第1の導波路の一部と前記複数の第2の導波路の一部と前記第3の導波路は、前記第1の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第2の共鳴周波数を遮断し、
前記複数の第1の導波路の残りと前記複数の第2の導波路の残りは、前記第2の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第1の共鳴周波数を遮断するよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御することにより、第1、第2の共振器を用いて複雑な信号処理を行うことが可能となる。
前記第3の導波路は、前記第1の共振器と前記第2の共振器の間で前記第1の共鳴周波数の光が干渉を起こさない導波路長に設定されている。
前記複数の共振器に結合する複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と第3の共鳴周波数を持ち前記第1の共鳴周波数の共鳴モードで前記第1の共振器と結合する第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する第2の導波路を有し、
前記第1の共振器は、第2の共鳴周波数の光の入力、または、第1の共鳴周波数の光と第2の共鳴周波数の光の入力により、共鳴状態をオン、非共鳴状態をオフとする双安定のオン状態となり、
前記第2の共振器は、第1の共振器のオン及び第3の共鳴周波数の光の入力により双安定のオン状態となるよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2、第3の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御する。
異なる2つの共振器13,14または22,25が、1つの同一共鳴周波数ω1と、異なる2つの共鳴周波数ω2,ω3を持つように設計する。これにより、1つの光回路をそれぞれの共鳴周波数ω1,ω2,ω3において3種類の等価回路として取り扱うことができる。
同一の2つの共振器が2つの共鳴周波数ω1,ω2(=ω3)をもち、共鳴周波数ω1でのみ2つの共振器の共鳴モードが結合するように、2つの共振器の間にフィルタ特性をもつ構造とする。これにより、1つの共鳴周波数ω1で動作する第1の回路が、他の周波数ω2で動作する独立した第2の回路と第3の回路を仲介する役割を果たす。つまり、例えば、第3の回路を第1の回路と第2の回路で制御することが可能となる。この場合、フィルタ特性を示す構造が素子間干渉に与える影響を考慮しなければならないが、同一の共振器を利用できる点で作製上のメリットがある。
フォトニック結晶導波路は、それ自身が帯域を容易に設定できるバンドパスフィルタであり、その帯域設定の自由度は高い。つまり、この特性を利用することで、共振器間の結合や、導波路と共振器の結合に周波数依存性を自由にもたせることができ、複雑な回路を従来の光回路よりも簡潔に構成することができる。
図4は、本発明の第1実施形態の構成図を示す。同図中、導波路30,31の互いに対向する端部に隣接して共振器32が配置されている。また、導波路33,34の互いに対向する端部に隣接して共振器35が配置されている。また、共振器32の共鳴モードは導波路30,31の導波モードと直接結合し、共振器35の共鳴モードは導波路33,34の導波モードと直接結合し、共振器32,35は互いに隣接して配置されている。この図4の回路はフォトニック結晶で構成できる。
図4の回路をフォトニック結晶で構成し、2次元FDTD(Finite Difference Time Domain Method)計算法で動作確認をする。
第1、第2実施形態は共振器の共鳴モードを直接結合する手法を用いたが、共振器を連結する導波路長Lの最適化が可能であれば、図15(A),(B)に示すように、共振器が導波路で連結された構造も有効な回路構成となる。
フォトニック結晶をベースとした第1、第2実施形態の論理回路を、古典的な導波路とリング共振器(またはディスク共振器)を組み合わせることにより構成すると、図17に示す構成になる。
32,35,63,66 共振器
40 フォトニック結晶
41 スラブ
42 空気孔
71,72 リング共振器
Claims (6)
- フォトニック結晶上に形成された複数の共振器と、
前記複数の共振器に結合するフォトニック結晶上に形成された複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と第3の共鳴周波数を持ち前記第1の共鳴周波数の共鳴モードで前記第1の共振器と結合する第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する第2の導波路を有し、
前記第1の共振器は、第2の共鳴周波数の光の入力、または、第1の共鳴周波数の光と第2の共鳴周波数の光の入力により、共鳴状態をオン、非共鳴状態をオフとする双安定のオン状態となり、
前記第2の共振器は、第1の共振器のオン及び第3の共鳴周波数の光の入力により双安定のオン状態となるよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2、第3の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御することを特徴とする光論理回路。 - 請求項1記載の光論理回路において、
前記第1の導波路は、前記第1、第2の共鳴周波数を通し、
前記第2の導波路は、前記第3の共鳴周波数を通し、前記第1の共鳴周波数を通さないことを特徴とする光論理回路。 - 請求項1記載の光論理回路において、
前記第1の導波路は、前記第1、第2、第3の共鳴周波数を通し、
前記第2の導波路は、前記第3の共鳴周波数のみを通すことを特徴とする光論理回路。 - フォトニック結晶上に形成された複数の共振器と、
前記複数の共振器に結合するフォトニック結晶上に形成された複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する複数の第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と前記第2の共鳴周波数を持つ第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する複数の第2の導波路と、
前記第1、第2の共振器の間に設けられ前記第1の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第2の共鳴周波数を遮断するフィルタ特性を持つ第3の導波路を有し、
前記複数の第1の導波路の一部と前記複数の第2の導波路の一部と前記第3の導波路は、前記第1の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第2の共鳴周波数を遮断し、
前記複数の第1の導波路の残りと前記複数の第2の導波路の残りは、前記第2の共鳴周波数を通過し、かつ、前記第1の共鳴周波数を遮断するよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御することを特徴とする光論理回路。 - 請求項4記載の光論理回路において、
前記第3の導波路は、前記第1の共振器と前記第2の共振器の間で前記第1の共鳴周波数の光が干渉を起こさない導波路長に設定されていることを特徴とする光論理回路。 - リング共振器またはディスク共振器である複数の共振器と、
前記複数の共振器に結合する複数の導波路からなる光論理回路であって、
第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数を持つ第1の共振器と、
前記第1の共振器に結合する第1の導波路と、
前記第1の共鳴周波数と第3の共鳴周波数を持ち前記第1の共鳴周波数の共鳴モードで前記第1の共振器と結合する第2の共振器と、
前記第2の共振器に結合する第2の導波路を有し、
前記第1の共振器は、第2の共鳴周波数の光の入力、または、第1の共鳴周波数の光と第2の共鳴周波数の光の入力により、共鳴状態をオン、非共鳴状態をオフとする双安定のオン状態となり、
前記第2の共振器は、第1の共振器のオン及び第3の共鳴周波数の光の入力により双安定のオン状態となるよう構成して、
前記第1、第2の導波路への前記第1、第2、第3の共鳴周波数の光の入力のタイミングに応じて、前記第2の導波路からの出力光のオン・オフを制御することを特徴とする光論理回路。
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