JP4685947B2 - すべて光学的なメモリラッチ - Google Patents
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Description
「ダウンストリーム」とは、基準点との関係においてもっと先である光学伝送経路に沿った位置又は要素を意味している。又、これは、基準点から離れる方向における光学回路内における光の伝播方向を意味するべく使用することも可能である。
図1は、非線形素子における入力光の強度の割合としての透過率対入力光の周波数のグラフを示しており、この場合には、非線形要素は、光学共振器として実装されている。入力光は、192.9THzの周波数1(即ち、1.55マイクロメートルの波長)を具備している。非線形素子は、193THzの共振周波数2を具備しており、従って、これは、入力光の周波数1からデチューニングされている。図1においては、入力光のパワーは、光学空洞を共振状態にシフトさせるには不十分なものになっている。従って、空洞を透過するキャリア周波数における光の割合は、相対的に低く、図1に示されている状況においては、略ゼロである。
図3は、別個の導波路であってよい2つの別個の入力媒体3及び4を有するすべて光学的な論理インバータ(NOTゲート)10である。入力媒体3及び4は、合成媒体5にアライメント又はマージ(merge)しており、この合成媒体5は、例えば、単一の導波路又はフォトニック結晶であってよい。合成媒体5は、個々の入力媒体3、4上の光学入力信号A、Bを光学共振器などの非線形素子6に対して伝達するべく構成されている。この実施例における光学入力信号Aは、第1光学入力媒体3に伝達された一定のパワーを具備した連続波(CW)光であり、光学入力信号Bは、第2光学入力媒体4に伝達された振幅変調された(例えば、データストリームなどの)光データである。非線形素子6は、連続波光のみが非線形素子に進入した場合に、非線形素子が自身の共振周波数2がCW光の周波数1とアライメントする共振状態にシフトすると共に光学出力媒体7上に光学出力信号として光を出力するように、正確にデチューニングされている。
本発明によるすべて光学的な論理ゲート及び回路の構造及び機能に関する説明を以上において終了し、以下、すべて光学的な論理ゲートの模範的な製造方法について説明することとする。
添付の請求項における「光学入力信号の論理レベルを非線形的に弁別してバイナリ論理レベルを具備した光学出力信号を生成する非線形素子手段」は、本明細書に記述されている非線形素子6、6’、26、26’、56、96、106、116、206又はその等価物のいずれかを意味している。
光学共振器を「チューニング」する段階は、通常は、共振器の共振周波数をオフセットさせる段階を意味しているが、本発明においては、所望の機能を実現するための可能な手段として共振器の透過特性を変化させるためのその他の方法をも「チューニング」が意味するものと考えている。例えば、クォリティファクタを変更するか、追加の共振ピークを共振器に追加するか、或いは、応力、電磁場又は圧電場の印加、正孔又は電子などの電荷キャリアの注入、光の注入、又は、その他の技法を通じてその形状又は屈折率を変更することにより、共振器の透過の帯域幅、プロファイル、又は中心を変更可能であろう。
Claims (18)
- 個々の振幅変調されたバイナリ論理レベルを具備した第1及び第2光学入力信号と、一定のパワーを具備した連続波(CW)光と、を受信しているすべて光学的なメモリラッチにおいて、
前記第1光学入力信号と、振幅変調されたバイナリ論理レベルを具備した第3光学入力信号と、前記連続波(CW)光と、を受信するべく構成された第1論理ゲートであって、前記第1論理ゲートは、前記第1及び第3光学入力信号の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度の非線形弁別を通じて実行して第1光学出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第1非線形素子を具備しており、前記第1論理ゲートは、前記第1光学出力信号と前記CW光の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度の非線形弁別を通じて実行するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第2非線形素子を更に有しており、前記第2非線形素子は、前記CW光を使用して前記第1光学出力信号のバイナリ論理レベルを回復している、第1論理ゲートと、
前記第2光学入力信号と、振幅変調されたバイナリ論理レベルを具備した第4光学入力信号と、前記連続波(CW)光と、を受信するべく構成された第2論理ゲートであって、前記第2論理ゲートは、前記第2及び第4光学入力信号の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度の非線形弁別を通じて実行して第2光学出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第1非線形素子を具備しており、前記第2論理ゲートは、前記第2光学出力信号と前記CW光の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度の非線形弁別を通じて実行するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第2非線形素子を更に有しており、前記第2非線形素子は、前記CW光を使用して前記第2光学出力信号のバイナリ論理レベルを回復している、第2論理ゲートと、
を有しており、
前記ラッチは、前記第1光学出力信号を出力し、且つ、前記第1光学出力信号を前記第2論理ゲートに前記第4光学入力信号として導波するべく構成されており、
前記ラッチは、前記第2光学出力信号を出力し、且つ、前記第2光学出力信号を前記第1論理ゲートに前記第3光学入力信号として導波するべく構成されており、
前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光は、実質的に同一波長の光を有している、すべて光学的なメモリラッチ。 - 前記第1及び第2論理ゲートの少なくとも前記第1及び第2非線形素子は、構造物の欠如によって前記光の伝播を許容する経路が定義され、且つ、前記経路の境界における構造物の存在によって前記光がフォトニック結晶内の前記経路に沿って導波されると共に、前記境界外において前記光が消光されるように、前記フォトニック結晶内を伝播する前記光学信号及びCW光を含む前記光の波長との関係において配列された周期的な構造物を生成するべく、異なる屈折率の少なくとも2つの材料から形成された前記フォトニック結晶内に実装されている請求項1記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記フォトニック結晶は、個々の第1及び第2光学出力信号を導波する第1及び第2経路を有しており、前記第1及び第2経路は、交差点において交差しており、前記すべて光学的なメモリラッチは、前記第1及び第2光学出力信号間のクロストークを防止するべく、前記交差点に配置されたクロストークフィルタを更に有する請求項2記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、基板上に形成されたリングとして実装されている請求項1記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、非線形材料から構成された光ファイバ内に形成された離隔したブラッグ格子によって形成されている請求項1記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、第1及び第2の離隔して対向するミラーと、前記ミラーの間に配置された非線形材料と、を有する請求項1記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、構造物の欠如を具備した空洞の対向する端部における構造物の存在によって定義されている請求項2記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1論理ゲートの前記第1非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記第1及び第3光学入力信号の合成信号が十分に強力である場合にのみ、共振を許容し、それ以外の場合には、許容しないように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされており、
前記第1論理ゲートの前記第2非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記第1光学出力信号及び前記CW光の合成信号が十分に強力である場合には、共振を許容しないように、それ以外の場合には、許容するように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされており、
前記第2論理ゲートの前記第1非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記第2及び第4光学入力信号の合成信号が十分に強力である場合にのみ、共振を許容し、それ以外の場合には、許容しないように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされており、
前記第2論理ゲートの前記第2非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記第2光学出力信号及び前記CW光の合成信号が十分に強力である場合には、共振を許容しないように、それ以外の場合には、許容するように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされている、請求項1記載のすべて光学的なメモリラッチ。 - それぞれの強度によって表現された個々の振幅変調されたバイナリ論理レベルを具備する第1及び第2光学入力信号と、一定のパワーを具備した連続波(CW)光と、を受信するべく構成されたすべて光学的なメモリラッチにおいて、
第1及び第2論理ゲートであって、それぞれのゲートは、第1光学入力媒体と、第2光学入力媒体と、合成媒体と、第1非線形素子と、第2非線形素子と、を具備しており、前記第1光学入力媒体は、前記ラッチに対するS及びR入力の1つのものとして前記第1及び第2光学入力信号の1つのものを受信するべく構成されており、前記第1光学入力媒体は、前記第1及び第2光学入力信号の1つのものを前記合成媒体に導波しており、前記第2光学入力媒体は、前記第1及び第2論理ゲートのもう1つのものの第1及び第2光学出力信号の1つのものを受信するべく構成されており、前記第2光学入力媒体は、前記第1及び第2光学出力信号の1つのものを前記合成媒体に導波しており、前記第1及び第2光学入力信号の1つのもの及び前記第1及び第2光学出力信号の1つのものは、前記合成媒体内において合成されて、前記第1非線形素子によって非線形弁別される合成信号を生成し、前記第1非線形素子は、前記第1及び第2光学入力信号の1つのものと前記第1及び第2光学出力信号の1つのものの前記バイナリ論理レベルに関する論理演算を前記合成信号の強度の非線形弁別を通じて実行して非線形弁別された信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有しており、それぞれの論理ゲートは、前記個々の非線形弁別された信号を受信し、且つ、前記CW光を受信するべく構成されたインバータを更に具備しており、前記インバータは、前記非線形弁別された信号と前記CW光の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算を実行するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する前記第2非線形素子を有しており、前記インバータは、前記非線形弁別された信号の前記バイナリ論理状態を反転させ、且つ、前記CW光を使用してバイナリ論理レベルの強度を回復して前記第1及び第2光学出力信号の個々のものを生成しており、前記第1及び第2光学出力信号は、前記ラッチのQ及びQバー出力として出力されている、第1及び第2論理ゲート、
を有し、
前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光は、実質的に同一波長の光を有している、すべて光学的なメモリラッチ。 - 前記入力媒体と、前記合成媒体と、前記第1非線形素子と、前記第2非線形素子とを含む前記第1及び第2論理ゲートは、構造物の欠如によって前記光の伝播を許容する経路が定義され、且つ、前記経路の境界における構造物の存在によってフォトニック結晶内において前記光が導波されると共に、前記境界外において前記光が消光されるように、前記フォトニック結晶内を伝播する前記光学信号及びCW光を含む前記光の波長との関係において配列された周期的な構造物を生成するべく、異なる屈折率の少なくとも2つの材料から形成された前記フォトニック結晶内に実装されている請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1及び前記第2非線形素子の少なくとも1つのものは、構造物の欠如を具備した空洞の対向する端部における構造物の存在によって定義されている請求項10記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2経路は、交差点において交差しており、前記すべて光学的なメモリラッチは、前記第1及び第2光学出力信号間のクロストークを防止するべく、前記交差点に配置されたクロストークフォルタを更に有する請求項10記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、基板上に形成されたリングとして実装されている請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、非線形材料から構成された光ファイバ内に形成された離隔したブラッグ格子によって形成されている請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2非線形素子の少なくとも1つのものは、第1及び第2の離隔して対向するミラーと、前記ミラーの間に配置された非線形材料と、を有する請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートのそれぞれの関連した前記第1光学入力媒体、前記第2光学入力媒体、前記合成媒体、並びに前記第1非線形素子は、ANDゲートを構成している請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。
- 前記第1及び第2論理ゲートの前記第1非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記合成信号が十分に強力である場合にのみ、共振を許容し、そうでない場合には、許容しないように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされており、
前記第1及び第2論理ゲートの前記第2非線形素子の共振周波数に対応した波長は、前記非線形弁別された信号と前記CW光との合成信号が十分に強力である場合にのみ、共振を許容しないように、そうでない場合には、許容するように、前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光の波長との関係においてデチューニングされている、請求項9記載のすべて光学的なメモリラッチ。 - 個々の振幅変調されたバイナリ論理レベルを具備した第1及び第2光学入力信号と、一定のパワーを具備した連続波(CW)光と、を受信するべく構成されたすべて光学的なメモリラッチにおいて、
第1入力ゲートと、第1インバータと、を有する第1論理ゲートであって、前記第1入力ゲートは、前記ラッチに対するS入力としての前記第1光学入力信号と、第3光学入力信号と、を受信するべく構成されており、前記第1入力ゲートは、非線形弁別し、これにより、前記第1及び第3光学入力信号の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度に応じて実行して非線形弁別された出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第1非線形素子を具備しており、前記第1論理ゲートの前記第1インバータは、前記第1非線形素子からの前記非線形弁別された出力信号と、前記CW光と、を受信するべく構成されており、前記第1インバータは、非線形弁別し、これにより、前記第1入力ゲートからの前記非線形弁別された出力信号と前記CW光の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算を実行し、前記非線形弁別された光学出力信号の前記バイナリ論理レベルを反転させ、前記CW光の使用を通じて回復されたバイナリ論理レベルを有する第1光学出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第2非線形素子を具備しており、前記ラッチは、前記ラッチのQ出力として前記第1光学出力信号を出力するべく構成されている、第1論理ゲートと、
第2入力ゲートと、第2インバータと、を有する第2論理ゲートであって、前記第2入力ゲートは、前記ラッチに対するR入力としての前記第2光学入力信号と、第4光学入力信号と、を受信するべく構成されており、前記第2入力ゲートは、非線形弁別し、これにより、前記第2及び第4光学入力信号の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算をこれらの合成強度に応じて実行して非線形弁別された出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第3非線形素子を具備しており、前記第2論理ゲートの前記第2インバータは、前記第3非線形素子からの前記非線形弁別された出力信号と、前記CW光と、を受信するべく構成されており、前記第2インバータは、非線形弁別し、これにより、前記第2入力ゲートからの前記非線形弁別された出力信号と前記CW光の前記バイナリ論理レベルに関する論理演算を実行し、前記非線形弁別された光学出力信号の前記バイナリ論理レベルを反転させ、前記CW光の使用を通じて回復されたバイナリ論理レベルを有する第2光学出力信号を生成するべく共振周波数にチューニングされた強度に依存した屈折率の材料から構成された光学共振器を有する第4非線形素子を具備しており、前記ラッチは、前記ラッチのQバー出力として前記第2光学出力信号を出力するべく構成されている、第2論理ゲートと、
を有しており、
前記ラッチは、前記第1光学出力信号を前記第4光学入力信号として前記第2論理ゲートに導波するべく第1経路によって構成されており、
前記ラッチは、前記第2光学出力信号を前記第3光学入力信号として前記第1論理ゲートに導波するべく第2経路によって構成されており、
前記第1及び第2光学入力信号及び前記CW光は、実質的に同一波長の光を有している、すべて光学的なメモリラッチ。
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