JP5119492B2 - Optical flip-flop - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、光デジタル信号処理の実現に必要な光フリップフロップに関する。   The present invention relates to an optical flip-flop necessary for realizing optical digital signal processing.

光通信システムにおいては、通常、伝送には光信号が用いられ、信号処理には電気信号が用いられる。しかし、信号の高速化に伴い、信号処理の一部を光信号のままで行うことが期待されている。   In an optical communication system, an optical signal is usually used for transmission and an electric signal is used for signal processing. However, with the increase in signal speed, it is expected that part of signal processing is performed as an optical signal.

デジタル信号処理を行う論理回路は、一般に、AND回路、OR回路、反転回路を基本要素とする。また、論理回路の重要な構成要素として、フリップフロップがある。フリップフロップには、いくつかの形態があるが、その一つにセットリセット(SR)・フリップフロップがある。SR・フリップフロップの回路図および特性表を図10に示す。   A logic circuit that performs digital signal processing generally includes an AND circuit, an OR circuit, and an inverting circuit as basic elements. A flip-flop is an important component of the logic circuit. There are several types of flip-flops, one of which is a set-reset (SR) flip-flop. FIG. 10 shows a circuit diagram and characteristic table of the SR flip-flop.

図10を参照してSRフリップフロップの動作を説明する。セット入力と称される第一の入力(S)が1になると、出力(Q)が1になり、入力Sが0になった後も出力Qは1を保持し続ける。また、リセット入力と称される第二の入力(R)が1になると、出力Qが0になり、入力Rが0になった後も出力Qは0を保持し続ける。なお、入力Sおよび入力Rが共に1のときの動作は保証されておらず、このような入力状態は禁止されている。   The operation of the SR flip-flop will be described with reference to FIG. When the first input (S) called a set input becomes 1, the output (Q) becomes 1, and the output Q continues to hold 1 even after the input S becomes 0. Further, when the second input (R) called a reset input becomes 1, the output Q becomes 0, and the output Q continues to hold 0 even after the input R becomes 0. Note that the operation when both the input S and the input R are 1 is not guaranteed, and such an input state is prohibited.

電気信号で動作する論理回路においては、1と0の二値を電圧レベルにより決定するのが一般的であり、しきい値電圧Vtを基準として、電圧がVtより高い場合を1、低い場合を0とする。電気信号で動作する各種のフリップフロップは、実際に、プロセッサやメモリの中に使用されている。   In a logic circuit that operates with an electrical signal, it is common to determine the binary value of 1 and 0 based on the voltage level. When the threshold voltage Vt is used as a reference, the voltage is higher than Vt and 1 is lower. 0. Various flip-flops that operate on electrical signals are actually used in processors and memories.

光デジタル信号処理の実現に向け、光論理回路や全光素子の提案もなされてきた(例えば、特許文献1又は2参照)。光論理回路においても、1と0の二値を光強度レベルに対応させるのが一般的である。本願出願人も、光信号で動作する光SRフリップフロップを既に提案している(特願2006−224165号)。この提案に係る光SRフリップフロップの構成を図11に示す。   In order to realize optical digital signal processing, proposals have been made for optical logic circuits and all-optical elements (for example, see Patent Document 1 or 2). In an optical logic circuit as well, it is common that binary values of 1 and 0 correspond to the light intensity level. The applicant of the present application has already proposed an optical SR flip-flop operating with an optical signal (Japanese Patent Application No. 2006-224165). The configuration of the optical SR flip-flop according to this proposal is shown in FIG.

図11の光SRフリップフロップは、マッハ・ツェンダー型光スイッチ111及び112を有している。   The optical SR flip-flop of FIG. 11 has Mach-Zehnder type optical switches 111 and 112.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ111では、非線形導波路61および62が両アームに配置され、セット光パルス(S)入力ポート63、リセット光パルス(R)入力ポート65、連続(CW)光(B)入力ポート64、光出力ポート66が備えられている。光出力ポート66からの出力光は、光分岐部67を通して出力光(Q)として光出力ポート68から出力されると共に、一部がマッハ・ツェンダー型光スイッチ112への入力光(A1)として用いられる。   In the Mach-Zehnder type optical switch 111, nonlinear waveguides 61 and 62 are arranged on both arms, and a set light pulse (S) input port 63, a reset light pulse (R) input port 65, continuous (CW) light (B). An input port 64 and an optical output port 66 are provided. The output light from the optical output port 66 is output from the optical output port 68 as the output light (Q) through the optical branching unit 67, and a part thereof is used as the input light (A1) to the Mach-Zehnder type optical switch 112. It is done.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ112では、非線形導波路71および72が両アームに配置され、入力光(A1)を光分岐部77経由で入力する光入力ポート73および光入力ポート75、CW光(A2)を入力する光入力ポート74、出力光(A3)を出力する光出力ポート76が備えられている。さらに、マッハ・ツェンダー型光スイッチ112からの出力光A3を光合波部78経由でマッハ・ツェンダー型光スイッチ111のセット光パルス入力ポート63にフィードバックさせる構造を有している。   In the Mach-Zehnder optical switch 112, the nonlinear waveguides 71 and 72 are arranged on both arms, and the optical input port 73 and the optical input port 75 for inputting the input light (A1) via the optical branching unit 77, CW light (A2) ) And an optical output port 76 for outputting output light (A3). Further, the output light A3 from the Mach-Zehnder type optical switch 112 is fed back to the set light pulse input port 63 of the Mach-Zehnder type optical switch 111 via the optical multiplexing unit 78.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ111では、セット光パルスSが非線形導波路61における非線形光学効果を励起し、リセット光パルスRが非線形導波路62における非線形光学効果を励起する。CW光Bは、連続光入力ポート64へ入力され、一旦分岐され、非線形導波路61及び62を通過した後、合波される。分岐されたCW光Bには、非線形導波路61あるいは62を通過する際、励起されている非線形光学効果に応じた位相シフト(非線形位相シフト)が与えられる。その結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光Qが生成され、光出力ポート66から出力される。干渉の際の位相差が0であれば、出力光Qは高強度状態、すなわち1状態となる。逆に、干渉の際の位相差がπであれば、出力光Qは低強度状態、すなわち、0状態となる。   In the Mach-Zehnder optical switch 111, the set light pulse S excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguide 61, and the reset light pulse R excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguide 62. The CW light B is input to the continuous light input port 64, is once branched, passes through the nonlinear waveguides 61 and 62, and is then combined. The branched CW light B is given a phase shift (nonlinear phase shift) according to the excited nonlinear optical effect when passing through the nonlinear waveguide 61 or 62. As a result, output light Q having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 66. If the phase difference at the time of interference is 0, the output light Q is in a high intensity state, that is, 1 state. Conversely, if the phase difference at the time of interference is π, the output light Q is in a low intensity state, that is, in the 0 state.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ112では、入力光A1が、光分岐部77で分岐された後、時間差及び強度差をつけられ、一方は光入力ポート73から入力され非線形導波路71での非線形光学効果の励起に用いられ、他方は光入力ポート75から入力され非線形導波路72での非線形光学効果の励起に用いられる。CW光A2は、光入力ポート74へ入力され、一旦分岐され、非線形導波路71及び72を通過し、非線形位相シフトを与えられた後、合波される。その結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光A3が生成され、光出力ポート76から出力される。入力光A1が0の場合には、非線形導波路71および72への励起が行われないので、入力光A2が非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート76からの出力光A3は低強度状態、すなわち、0となる。逆に、入力光A1が1の場合には、非線形導波路71および72への励起が行われるので、入力光A2が非線形導波路を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート76からの出力光A3は高強度状態、すなわち、1となる。   In the Mach-Zehnder type optical switch 112, the input light A1 is branched by the optical branching unit 77 and then given a time difference and an intensity difference, and one of them is inputted from the optical input port 73 and nonlinear optical effect in the nonlinear waveguide 71 is obtained. The other is input from the optical input port 75 and used for exciting the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguide 72. The CW light A2 is input to the optical input port 74, branched once, passes through the nonlinear waveguides 71 and 72, is given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. As a result, output light A3 having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 76. When the input light A1 is 0, the nonlinear waveguides 71 and 72 are not excited, so that the phase difference when the input light A2 passes through the nonlinear waveguide and interferes is π, and the optical output port The output light A3 from 76 is in a low intensity state, that is, 0. On the contrary, when the input light A1 is 1, excitation to the nonlinear waveguides 71 and 72 is performed, so that the phase difference when the input light A2 passes through the nonlinear waveguide and interferes is 0. The output light A3 from the output port 76 is in a high intensity state, that is, 1.

次に、図11の光SRフリップフロップの動作を、図12に示した波形図を用いて説明する。セット光パルス光S及びリセット光パルスRは、図12(a)及び(b)にそれぞれ示すように、パルス幅5ps、パルス繰返し間隔400psのパルス列である。また、セット光パルスSとリセット光パルスRの間隔は200psに設定されている。   Next, the operation of the optical SR flip-flop in FIG. 11 will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG. The set light pulse light S and the reset light pulse R are pulse trains having a pulse width of 5 ps and a pulse repetition interval of 400 ps, as shown in FIGS. The interval between the set light pulse S and the reset light pulse R is set to 200 ps.

まず、初期状態においては、図12(d)に示すように、出力光Qは低強度状態、すなわち、0状態となっている。すなわち、入力光Bが非線形導波路61および非線形導波路62を通過して干渉する際の位相差はπとなっている。このとき、マッハ・ツェンダー型光スイッチ112において、入力光A1が0状態であるので、図12(c)に示すように、出力光A3も0状態である。   First, in the initial state, as shown in FIG. 12D, the output light Q is in a low intensity state, that is, in the 0 state. That is, the phase difference when the input light B passes through the nonlinear waveguide 61 and the nonlinear waveguide 62 and interferes is π. At this time, since the input light A1 is in the 0 state in the Mach-Zehnder optical switch 112, the output light A3 is also in the 0 state as shown in FIG.

次に、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート63へ入力されると、非線形導波路61において非線形光学効果が励起され、入力光Bが非線形導波路61を通過する際には非線形位相シフトを受ける。通常、この非線形位相シフトはπに近い値が望ましい。その場合、入力光Bが干渉する際の位相差は0へ変化し、出力光Qは1状態へ変化する。このとき、マッハ・ツェンダー型光スイッチ112において、入力光A1が1状態へ変化し、出力光A3も1状態へ変化する。この出力光A3が、非線形導波路61に対する励起光としてフィードバックされ、出力光Qを1状態に保ち続ける。   Next, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 63, the nonlinear optical effect is excited in the nonlinear waveguide 61, and a nonlinear phase shift is caused when the input light B passes through the nonlinear waveguide 61. receive. Normally, this nonlinear phase shift is desirably a value close to π. In that case, the phase difference when the input light B interferes changes to 0, and the output light Q changes to the 1 state. At this time, in the Mach-Zehnder optical switch 112, the input light A1 changes to 1 state, and the output light A3 also changes to 1 state. The output light A3 is fed back as excitation light for the nonlinear waveguide 61, and the output light Q is kept in the 1 state.

フィードバック開始までに要する時間、すなわち、セット光パルス入力ポート63において、セット光パルスSが入力されてからマッハ・ツェンダー型光スイッチ112の出力光A3が入力され始めるまでの時間は10psとなっている。この時間は、フィードバックされる光A3の形成に用いられる部分の光路長で定まる。   The time required to start feedback, that is, the time from when the set light pulse S is input to when the output light A3 of the Mach-Zehnder optical switch 112 starts to be input at the set light pulse input port 63 is 10 ps. . This time is determined by the optical path length of the portion used for forming the feedback light A3.

次に、セット光パルスSが入力されてから200ps後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート65から入力されると、非線形導波路62において非線形光学効果が励起される。入力光Bが非線形導波路62を通過する際にも非線形位相シフトを受けることにより、入力光Bが干渉する際の位相差は初期状態と同じ値のπに戻り、出力光Qは0状態へ戻る。このとき、マッハ・ツェンダー型光スイッチ112において、入力光A1が0状態となり、出力光A3も0状態に戻る。   Next, when the reset light pulse R is input from the reset light pulse input port 65 200 ps after the set light pulse S is input, the nonlinear optical effect is excited in the nonlinear waveguide 62. When the input light B passes through the nonlinear waveguide 62, it undergoes a nonlinear phase shift, so that the phase difference when the input light B interferes returns to π, which is the same value as the initial state, and the output light Q returns to the 0 state. Return. At this time, in the Mach-Zehnder optical switch 112, the input light A1 becomes 0 state, and the output light A3 also returns to 0 state.

以上のようにして、光SRフリップフロップが実現される。   As described above, an optical SR flip-flop is realized.

特開昭59−168421号公報JP 59-168421 A 特開平7−20510号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-20510

光SRフリップフロップでは、二つの入力光ポートが備えられ、セット光パルスとリセット光パルスがそれぞれのポートに入力されることによって、出力光の状態が制御される。SRフリップフロップは、各種のフリップフロップの基本となるものであるが、波形整形、シフトレジスタ、カウンタ等、様々な機能を実現する上では、ディレイ(D)・フリップフロップが必要である。なお、Dフリップフロップはデータ・フリップフロップと呼ばれることもある。Dフリップフロップの回路図および特性表を図13(a)および(b)にそれぞれ示す。なお、図13(b)の特性表は、クロックパルスが十分短い幅であることを前提とするものである。   The optical SR flip-flop is provided with two input optical ports, and the state of the output light is controlled by inputting the set light pulse and the reset light pulse to the respective ports. The SR flip-flop is the basis of various flip-flops, but a delay (D) flip-flop is necessary to realize various functions such as waveform shaping, a shift register, and a counter. The D flip-flop is sometimes called a data flip-flop. A circuit diagram and a characteristic table of the D flip-flop are shown in FIGS. 13A and 13B, respectively. The characteristic table of FIG. 13B is based on the premise that the clock pulse has a sufficiently short width.

光Dフリップフロップは、二つの入力光ポートを備え、データ光とクロック光が入力されると、クロック光が入力された時点のデータ光の状態に基づき、出力光の状態を制御するものである。このようなクロック光に同期した光出力を得ることができる光論理回路の実現が求められている。   The optical D flip-flop has two input optical ports. When data light and clock light are input, the optical D flip-flop controls the state of output light based on the state of the data light at the time when the clock light is input. . Realization of an optical logic circuit capable of obtaining an optical output synchronized with such a clock light is demanded.

本発明の目的は、光Dフリップフロップを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical D flip-flop.

なお、特許文献1及び2のいずれにも、光Dフリップフロップを実現するための手段について開示しあるいは示唆する記載はない。   Neither Patent Document 1 nor 2 discloses or suggests means for realizing an optical D flip-flop.

本発明による光フリップフロップは、セット光入力ポート及びリセット光入力ポートを備えた光セットリセットフリップフロップと、二値強度変調されたデータ光とクロック光またはCW光とを受け、前記データ光に基づいて前記クロック光またはCW光の一部又は全部を前記セット光入力ポート及び前記リセット光入力ポートへ振り分けるスイッチング手段とを備え、前記光セットリセットフリップフロップの光出力ポート又は該光出力ポートに接続された光回路の出力ポートに、前記データ光を遅延させたのに実質的に等しい遅延データ光を出力させるようにしたことを特徴とする。   An optical flip-flop according to the present invention receives an optical set-reset flip-flop having a set light input port and a reset light input port, binary intensity modulated data light and clock light or CW light, and is based on the data light Switching means for distributing a part or all of the clock light or CW light to the set light input port and the reset light input port, and is connected to the optical output port or the optical output port of the optical set reset flip-flop. A delayed data light that is substantially equal to the delayed data light is output to the output port of the optical circuit.

本発明による光フリップフロップでは、二つの入力光ポートが備えられ、データ光とクロック光パルスがそれぞれのポートに入力されることによって、出力光の状態が制御される。これによりDフリップフロップ動作が実現される。   The optical flip-flop according to the present invention includes two input optical ports, and the state of the output light is controlled by inputting the data light and the clock light pulse to the respective ports. Thereby, the D flip-flop operation is realized.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明による第一実施形態の光フリップフロップの構成を図1に示す。この光Dフリップフロップは、データ光(D)入力ポート1とクロック光パルス(Clk)入力ポート2、光出力(Q)ポート3が備えられ、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102と光SRフリップフロップ101で構成される。   The configuration of the optical flip-flop according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. This optical D flip-flop includes a data optical (D) input port 1, a clock optical pulse (Clk) input port 2, and an optical output (Q) port 3. A Mach-Zehnder optical switch 102 and an optical SR flip-flop 101 are provided. Consists of.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、非線形導波路11および12が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート13、光入力ポート15へ入力され、クロック光パルスClkはクロック光パルス入力ポート2を経由して、光入力ポート14へ入力され、出力光が光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 102, the nonlinear waveguides 11 and 12 are arranged in both arms, and the data light D is input to the optical input port 13 and the optical input port 15 via the data optical input port 1, The clock light pulse Clk is input to the light input port 14 via the clock light pulse input port 2, and output light is output from the light output port 16 and the light output port 17.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルス(S)入力ポート4、リセット光パルス(R)入力ポート5が備えられ、それぞれ光出力ポート16および光出力ポート17に接続されており、出力光が光出力ポート6から出力され、光出力ポート3へ導かれる。   The optical SR flip-flop 101 includes a set light pulse (S) input port 4 and a reset light pulse (R) input port 5, which are connected to the optical output port 16 and the optical output port 17, respectively. The light is output from the output port 6 and guided to the optical output port 3.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、データ光Dが非線形導波路11および12における非線形光学効果を励起する。他方、クロック光パルスClkは、光入力ポート14へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路11及び12を通過した後、合波される。分岐されたクロック光パルスClkには、非線形導波路11あるいは12を通過する際、励起されている非線形光学効果に応じた位相シフト(非線形位相シフト)が与えられる。その結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(S,R)が生成され、光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 102, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 11 and 12. On the other hand, the clock light pulse Clk is inputted to the optical input port 14, then once branched, passed through the nonlinear waveguides 11 and 12, and then multiplexed. The branched clock light pulse Clk is given a phase shift (nonlinear phase shift) corresponding to the excited nonlinear optical effect when passing through the nonlinear waveguide 11 or 12. As a result, output light (S, R) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 16 and the optical output port 17.

データ光Dが0の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われないので、クロック光パルスClkが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート16の出力光強度が低い0状態、光出力ポート17の出力光強度が高い1状態となる。逆に、データ光Dが1の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われるので、クロック光パルスClkが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート16の出力光強度が高い1状態、光出力ポート17の出力光強度が低い0状態となる。   When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is not performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is π. The output light intensity at the light output port 16 is low, and the output light intensity at the light output port 17 is high. On the other hand, when the data light D is 1, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is 0. In this state, the output light intensity of the light output port 16 is 1 state high, and the output light intensity of the light output port 17 is 0 state low.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されると光出力ポート6からの出力光Qの光強度が高い1状態に遷移し、以後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。逆に、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されると出力光Qの光強度が低い0状態に遷移し、以後、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。   In the optical SR flip-flop 101, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, the light intensity of the output light Q from the optical output port 6 transitions to one state. The output light state is maintained until it is input to the reset light pulse input port 5. Conversely, when the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, the light intensity of the output light Q transitions to a low 0 state, and thereafter the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4. Until the output light state is maintained.

次に、第一実施形態の光Dフリップフロップの動作を、図2(a)乃至(e)に示した波形図を用いて説明する。図2(a)乃至(e)は、データ光D、クロック光パルスClk、セット光パルスS、リセット光パルスR及び出力光Qの波形をそれぞれ示している。ここで、データ光Dはビットレート40Gb/sの非ゼロ復帰(NRZ)変調光信号であり、クロック光パルスClkは、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   Next, the operation of the optical D flip-flop according to the first embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS. 2A to 2E show waveforms of the data light D, the clock light pulse Clk, the set light pulse S, the reset light pulse R, and the output light Q, respectively. Here, the data light D is a non-zero return (NRZ) modulated optical signal having a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train having a repetition frequency of 40 GHz and a pulse width of 6 ps.

データ光Dが0状態のときには、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路11,12の励起が行われておらず、このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11および12を通過して合波する際の位相差がπとなっている。このため、光出力ポート16からは光パルスが出力されず、光出力ポート17から光パルスが出力される。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され続け、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0状態が保持される。   When the data light D is in the 0 state, the nonlinear waveguides 11 and 12 are not excited in the Mach-Zehnder optical switch 102. At this time, the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 11 and 12. The phase difference at the time of multiplexing is π. For this reason, an optical pulse is not output from the optical output port 16, but an optical pulse is output from the optical output port 17. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset light pulse R is continuously input to the reset light pulse input port 5, and the light Q output via the light output port 6 and the light output port 3 is maintained in the 0 state. .

次に、データ光Dが1状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路11,12の励起が開始される。このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11及び12を通過して合波する際の位相差が0となる。このため、データ光Dが1状態になってから入力された最初のクロック光パルス以後は、光出力ポート16から光パルスが出力され、光出力ポート17からは光パルスが出力されないようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは1状態に遷移し、以後、保持される。   Next, when the data light D changes to the 1 state, the Mach-Zehnder type optical switch 102 starts excitation of the nonlinear waveguides 11 and 12. At this time, the phase difference when the clock light pulse Clk is combined after passing through the nonlinear waveguides 11 and 12 becomes zero. For this reason, after the first clock light pulse input after the data light D is in the 1 state, the light pulse is output from the light output port 16 and the light pulse is not output from the light output port 17. That is, in the optical SR flip-flop 101, the set optical pulse S is input to the set optical pulse input port 4, and the light Q output via the optical output port 6 and the optical output port 3 transitions to the 1 state. , Retained.

さらに、データ光Dが0状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路11,12の励起が行われなくなる。このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11及び12を通過して合波する際の位相差はπとなる。このため、データ光Dが0状態になってから入力された最初のクロック光パルスClk以後は、光出力ポート16からは光パルスが出力されなくなり、光出力ポート17から光パルスが出力されるようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0状態に遷移し、以後、保持される。   Further, when the data light D changes to the 0 state, the Mach-Zehnder optical switch 102 does not excite the nonlinear waveguides 11 and 12. At this time, the phase difference when the clock light pulse Clk is combined through the nonlinear waveguides 11 and 12 is π. For this reason, after the first clock light pulse Clk input after the data light D is in the 0 state, the light pulse is not output from the light output port 16 and the light pulse is output from the light output port 17. become. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset optical pulse R is input to the reset optical pulse input port 5, and the light Q output via the optical output port 6 and the optical output port 3 transitions to the 0 state. , Retained.

以上により、クロック光パルスが入力される時点のデータ光の状態に対応して出力光の状態を制御する光Dフリップフロップが実現される。なお、図2の波形図の説明では、入力されるデータ光DがNRZ光信号の場合を例にとったが、RZ光信号が用いられる場合にも同様の動作が実現される。   As described above, the optical D flip-flop that controls the state of the output light corresponding to the state of the data light at the time when the clock light pulse is input is realized. In the description of the waveform diagram of FIG. 2, the case where the input data light D is an NRZ optical signal is taken as an example, but the same operation is realized when an RZ optical signal is used.

上記では、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102において、データ光Dによる励起を非線形導波路11および12の両方に対して行う場合を説明した。非線形導波路11または12のどちらか一方を励起して出力光の状態を制御することも可能であるが、両アームを励起し時間差あるいは強度差を活用することによって、非線形光学効果の緩和時間の影響が抑えられ高速動作が可能となる。   In the above description, the case where the Mach-Zehnder optical switch 102 performs excitation with the data light D on both the nonlinear waveguides 11 and 12 has been described. Although it is possible to control the state of the output light by exciting either one of the nonlinear waveguides 11 or 12, the excitation time of the nonlinear optical effect can be reduced by exciting both arms and utilizing the time difference or the intensity difference. The influence is suppressed and high-speed operation becomes possible.

RZ変調されたデータ光で励起される場合に、両アームの非線形導波路の励起の時間差を活用して高速動作を可能にする方法は、例えば、田島著「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス」誌(Japanese Journal of Applied Physics)、第32巻、第L1746頁〜第L1749頁、1993年に記載されている。また、NRZ変調されたデータ光で励起される場合に、両アームの非線形導波路の励起の時間差及び強度差を活用して高速動作を可能にする方法は、例えば、中村他著「オプティカル・ファイバー・コミュニケーション・コンファレンス」(Optical Fiber Communication Conference)、論文番号FD3、2004年に記載されている。   For example, Tajima's “Japanese Journal of Applied Physics” describes a method for enabling high-speed operation by utilizing the time difference between excitations of the nonlinear waveguides of both arms when excited by RZ-modulated data light. (Japanese Journal of Applied Physics), Vol. 32, pages L1746 to L1749, 1993. In addition, when excited by NRZ-modulated data light, a method for enabling high-speed operation by utilizing the time difference and the intensity difference of excitation of the nonlinear waveguides of both arms is described in, for example, “Optical Fiber” by Nakamura et al. "Communication Conference" (Optical Fiber Communication Conference), paper number FD3, 2004.

本発明による第二実施形態の光フリップフロップの構成を図3に示す。この光Dフリップフロップは、データ光D用のデータ光入力ポート1とクロック光パルスClk用のクロック光パルス入力ポート2、出力光Q用の光出力ポート3が備えられ、マッハ・ツェンダー型光スイッチ103、104と光SRフリップフロップ101で構成される。   The configuration of the optical flip-flop according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. This optical D flip-flop includes a data optical input port 1 for data light D, a clock optical pulse input port 2 for clock optical pulse Clk, and an optical output port 3 for output light Q, and is a Mach-Zehnder optical switch. 103 and 104 and an optical SR flip-flop 101.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ103では、非線形導波路21および22が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート23、光入力ポート25へ入力され、クロック光パルスClkはクロック光入力ポート2を経由して光入力ポート24へ入力され、出力光(S)が光出力ポート26から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 103, the nonlinear waveguides 21 and 22 are arranged on both arms, and the data light D is input to the optical input port 23 and the optical input port 25 via the data optical input port 1, The clock light pulse Clk is input to the light input port 24 via the clock light input port 2, and output light (S) is output from the light output port 26.

また、マッハ・ツェンダー型光スイッチ104では、非線形導波路31および32が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート33、光入力ポート35へ入力され、クロック光パルスClkはクロック光パルス入力ポート2を経由して光入力ポート34へ入力され、出力光(R)が光出力ポート36から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 104, the nonlinear waveguides 31 and 32 are arranged on both arms, and the data light D is input to the optical input port 33 and the optical input port 35 via the data optical input port 1. Then, the clock light pulse Clk is input to the light input port 34 via the clock light pulse input port 2, and the output light (R) is output from the light output port 36.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSのセット光パルス入力ポート4、リセット光パルスR用のリセット光パルス入力ポート5が備えられ、それぞれ光出力ポート26および光出力ポート36に接続されており、出力光Qが光出力ポート6から出力され、光出力ポート3へ導かれる。   The optical SR flip-flop 101 includes a set optical pulse input port 4 for the set optical pulse S and a reset optical pulse input port 5 for the reset optical pulse R, which are connected to the optical output port 26 and the optical output port 36, respectively. The output light Q is output from the optical output port 6 and guided to the optical output port 3.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ103では、データ光Dが非線形導波路21および22における非線形光学効果を励起する。他方、クロック光パルスClkは、光入力ポート24へ入力され、一旦分岐され、非線形導波路21及び22を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。その結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(S)が、光出力ポート26から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 103, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 21 and 22. On the other hand, the clock light pulse Clk is input to the optical input port 24, branched once, passed through the nonlinear waveguides 21 and 22, and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. As a result, output light (S) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is output from the optical output port 26.

データ光Dが0の場合には、非線形導波路21および22への励起が行われないので、クロック光パルスClkが非線形導波路21,22を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート26の出力光強度が低い0状態となる。逆に、データ光Dが1状態の場合には、非線形導波路21および22への励起が行われるので、クロック光パルスClkが非線形導波路21,22を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート26の出力光強度が高い1状態となる。   When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 21 and 22 is not performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 21 and 22 and interferes is π. The output light intensity of the light output port 26 is in a zero state. Conversely, when the data light D is in the 1 state, excitation to the nonlinear waveguides 21 and 22 is performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 21 and 22 and interferes is 0, and the output light intensity of the light output port 26 is in the 1 state.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ104では、データ光Dが非線形導波路31および32における非線形光学効果を励起する。他方、クロック光パルスClkは、光入力ポート34へ入力され、一旦分岐され、非線形導波路31及び32を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。その結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(R)が、光出力ポート36から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 104, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 31 and 32. On the other hand, the clock light pulse Clk is input to the optical input port 34, branched once, passed through the nonlinear waveguides 31 and 32, and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. As a result, output light (R) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is output from the optical output port 36.

データ光Dが0の場合には、非線形導波路31および32への励起が行われないので、クロック光パルスClkが非線形導波路31,32を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート36の出力光強度が高い1状態となる。逆に、データ光Dが1状態の場合には、非線形導波路31および32への励起が行われるので、クロック光パルスClkが非線形導波路31,32を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート36の出力光強度が低い0状態となる。すなわち、マッハ・ツェンダー型光スイッチ103の出力とマッハ・ツェンダー型光スイッチ104の出力は互いに論理反転している。マッハ・ツェンダー型光スイッチ103の出力とマッハ・ツェンダー型光スイッチ104の出力とが互いに論理反転するように各光の光路量が定められている。   When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 31 and 32 is not performed, and therefore the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 31 and 32 and interferes is 0. In this state, the output light intensity of the light output port 36 is high. Conversely, when the data light D is in the 1 state, excitation to the nonlinear waveguides 31 and 32 is performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 31 and 32 and interferes is as follows. π, and the output light intensity of the light output port 36 is in a low 0 state. That is, the output of the Mach-Zehnder optical switch 103 and the output of the Mach-Zehnder optical switch 104 are logically inverted from each other. The optical path amount of each light is determined so that the output of the Mach-Zehnder type optical switch 103 and the output of the Mach-Zehnder type optical switch 104 are logically inverted.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されると光出力ポート6からの出力光Qの光強度が高い1状態に遷移し、以後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。逆に、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されると出力光Qの光強度が低い0状態に遷移し、以後、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。   In the optical SR flip-flop 101, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, the light intensity of the output light Q from the optical output port 6 transitions to one state. The output light state is maintained until it is input to the reset light pulse input port 5. Conversely, when the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, the light intensity of the output light Q transitions to a low 0 state, and thereafter the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4. Until the output light state is maintained.

第二実施形態の光Dフリップフロップの動作は、第一実施形態の動作と同様、図2に示した波形図で説明される。ここでも、データ光Dはビットレート40Gb/sのNRZ光信号であり、クロック光パルスClkは、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   The operation of the optical D flip-flop according to the second embodiment is described with reference to the waveform diagram shown in FIG. 2 in the same manner as the operation according to the first embodiment. Again, the data light D is an NRZ optical signal with a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train with a repetition frequency of 40 GHz and a pulse width of 6 ps.

データ光Dが0状態のときには、マッハ・ツェンダー型光スイッチ103、マッハ・ツェンダー型光スイッチ104では非線形導波路の励起が行われておらず、このとき、光出力ポート26からは光パルスが出力されず、光出力ポート36から光パルスが出力される。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され続ける。光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0状態が保持される。   When the data light D is in the 0 state, the Mach-Zehnder type optical switch 103 and the Mach-Zehnder type optical switch 104 do not excite the nonlinear waveguide. At this time, an optical pulse is output from the optical output port 26. Instead, an optical pulse is output from the optical output port 36. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset light pulse R is continuously input to the reset light pulse input port 5. The light Q output through the optical output port 6 and the optical output port 3 is kept in the 0 state.

次に、データ光Dが1状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ103、マッハ・ツェンダー型光スイッチ104では非線形導波路の励起が開始される。このとき、データ光Dが1状態になってから入力された最初のクロック光パルスClk以後は、光出力ポート26から光パルスが出力され、光出力ポート36からは光パルスが出力されないようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは1状態に遷移し、以後、保持される。   Next, when the data light D changes to the 1 state, the Mach-Zehnder type optical switch 103 and the Mach-Zehnder type optical switch 104 start excitation of the nonlinear waveguide. At this time, the optical pulse is output from the optical output port 26 after the first clock optical pulse Clk input after the data light D is in the 1 state, and the optical pulse is not output from the optical output port 36. . That is, in the optical SR flip-flop 101, the set optical pulse S is input to the set optical pulse input port 4, and the light Q output via the optical output port 6 and the optical output port 3 transitions to the 1 state. , Retained.

次に、データ光Dが0状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ103、マッハ・ツェンダー型光スイッチ104では非線形導波路の励起が行われなくなる。このため、データ光Dが0状態になってから入力された最初のクロック光パルスClk以後は、光出力ポート26からは光パルスが出力されなくなり、光出力ポート36から光パルスが出力されるようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0状態に遷移し、以後、保持される。   Next, when the data light D changes to the 0 state, the Mach-Zehnder optical switch 103 and the Mach-Zehnder optical switch 104 do not excite the nonlinear waveguide. Therefore, after the first clock light pulse Clk input after the data light D becomes 0, the light pulse is not output from the light output port 26, and the light pulse is output from the light output port 36. become. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset optical pulse R is input to the reset optical pulse input port 5, and the light Q output via the optical output port 6 and the optical output port 3 transitions to the 0 state. , Retained.

以上により、クロック光パルスが入力される時点のデータ光の状態に対応して出力光の状態を制御する光Dフリップフロップが実現される。   As described above, the optical D flip-flop that controls the state of the output light corresponding to the state of the data light at the time when the clock light pulse is input is realized.

本発明による第三実施形態の光フリップフロップの構成を図4に示す。この光Dフリップフロップは、データ光D用のデータ光入力ポート1とクロック光パルスClk用のクロック光パルス入力ポート2、出力光Q用の光出力ポート3が備えられ、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102、光SRフリップフロップ101、マッハ・ツェンダー型光スイッチ105で構成される。   The configuration of the optical flip-flop according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG. This optical D flip-flop includes a data optical input port 1 for data light D, a clock optical pulse input port 2 for clock optical pulse Clk, and an optical output port 3 for output light Q, and is a Mach-Zehnder optical switch. 102, an optical SR flip-flop 101, and a Mach-Zehnder optical switch 105.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、非線形導波路11および12が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート13、光入力ポート15へ入力され、クロック光パルスClkはクロックパルス光入力ポート2を経由して、光入力ポート14へ入力され、出力光(S,R)が光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 102, the nonlinear waveguides 11 and 12 are arranged in both arms, and the data light D is input to the optical input port 13 and the optical input port 15 via the data optical input port 1, The clock light pulse Clk is input to the light input port 14 via the clock pulse light input port 2, and output light (S, R) is output from the light output port 16 and the light output port 17.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスS用のセット光パルス入力ポート4、リセット光パルスR用のリセット光パルス入力ポート5が備えられ、それぞれ光出力ポート16および光出力ポート17に接続されており、出力光(Q’)が光出力ポート6から出力される。   The optical SR flip-flop 101 includes a set optical pulse input port 4 for the set optical pulse S and a reset optical pulse input port 5 for the reset optical pulse R, which are connected to the optical output port 16 and the optical output port 17, respectively. The output light (Q ′) is output from the optical output port 6.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ105では、非線形導波路41および42が両アームに配置されており、この非線形導波路を励起するためのクロック光パルスClk’が光入力ポート43、光入力ポート45へ入力され、光SRフリップフロップからの出力光(Q’)が光入力ポート44へ入力され、出力光Qが光出力ポート46から出力され、光出力ポート3へ導かれる。   In the Mach-Zehnder optical switch 105, nonlinear waveguides 41 and 42 are arranged on both arms, and a clock light pulse Clk ′ for exciting the nonlinear waveguide is input to the optical input port 43 and the optical input port 45. Then, the output light (Q ′) from the optical SR flip-flop is input to the optical input port 44, and the output light Q is output from the optical output port 46 and guided to the optical output port 3.

第三実施形態の光Dフリップフロップは、第一実施形態の光Dフリップフロップの後段にクロック光パルスClk’で駆動される光ゲート(105)が備えられた構成となっている。第一実施形態においては、光SRフリップフロップ101に入力されるセット光パルスSが連続で入力される場合、出力光が1状態に保持されるものの、セット光パルスSが入力される度に出力光強度がゆらぐおそれがある。また、リセット光パルスRが連続で入力される場合にも、出力光が0状態に保持されるものの、リセット光パルスRが入力される度に出力光強度がゆらぐおそれがある。第三実施形態では、マッハ・ツェンダー型光スイッチ105におけるゲート動作を用いることにより、光強度のゆらぎが除去された出力光Qが得られる。   The optical D flip-flop according to the third embodiment has a configuration in which an optical gate (105) driven by a clock light pulse Clk ′ is provided at the subsequent stage of the optical D flip-flop according to the first embodiment. In the first embodiment, when the set light pulse S input to the optical SR flip-flop 101 is continuously input, the output light is held in one state, but is output every time the set light pulse S is input. The light intensity may fluctuate. In addition, even when the reset light pulse R is continuously input, the output light intensity is fluctuated every time the reset light pulse R is input although the output light is held in the zero state. In the third embodiment, by using the gate operation in the Mach-Zehnder optical switch 105, the output light Q from which the fluctuation of the light intensity is removed can be obtained.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、データ光Dが非線形導波路11および12における非線形光学効果を励起する。他方、クロック光パルスClkは、光入力ポート14へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路11及び12を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。この結果、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(S,R)が生成され、光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 102, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 11 and 12. On the other hand, the clock light pulse Clk is inputted to the optical input port 14 and then once branched, passed through the nonlinear waveguides 11 and 12 and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. As a result, output light (S, R) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 16 and the optical output port 17.

データ光Dが0の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われないので、クロック光パルスClkが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート16の出力光強度が低い0状態、光出力ポート17の出力光強度が高い1状態となる。逆に、データ光Dが1の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われるので、クロック光パルスClkが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート16の出力光強度が高い1状態、光出力ポート17の出力光強度が低い0状態となる。   When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is not performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is π. The output light intensity at the light output port 16 is low, and the output light intensity at the light output port 17 is high. On the other hand, when the data light D is 1, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is performed, so that the phase difference when the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is 0. In this state, the output light intensity of the light output port 16 is 1 state high, and the output light intensity of the light output port 17 is 0 state low.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されると光出力ポート6からの出力光Q’の光強度が高い1状態に遷移し、以後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。逆に、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されると出力光Q’の光強度が低い0状態に遷移し、以後、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。   In the optical SR flip-flop 101, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, the light intensity of the output light Q ′ from the optical output port 6 transitions to one state, and thereafter, the reset light pulse R Until the light is input to the reset light pulse input port 5. Conversely, when the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, the light intensity of the output light Q ′ transitions to a low 0 state, and thereafter, the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4. Until the output light state is maintained.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ105では、クロック光パルスClk’が非線形導波路41および42における非線形光学効果を励起する。他方、光SRフリップフロップ101の光出力ポート6からの出力光Q’が、光入力ポート44へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路41あるいは42を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。そして、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光Qが、光出力ポート46から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 105, the clock light pulse Clk ′ excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 41 and 42. On the other hand, after the output light Q ′ from the optical output port 6 of the optical SR flip-flop 101 is input to the optical input port 44, it is once branched, passed through the nonlinear waveguide 41 or 42, and given a nonlinear phase shift. After that, it is combined. Then, output light Q having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is output from the optical output port 46.

次に、第三実施形態の光Dフリップフロップの動作を、図5(a)乃至(g)に示した波形図を用いて説明する。図5(a)乃至(g)は、データ光D、クロック光パルスClk、セット光パルスS、リセット光パルスR、光SRフリップフロップ101の出力Q’、クロック光パルスClk’及び出力光Qの波形をそれぞれ示している。ここで、データ光Dはビットレート40Gb/sのRZ変調光信号であり、クロック光パルスClkは、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   Next, the operation of the optical D flip-flop according to the third embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS. 5A to 5G show the data light D, the clock light pulse Clk, the set light pulse S, the reset light pulse R, the output Q ′ of the optical SR flip-flop 101, the clock light pulse Clk ′, and the output light Q. Each waveform is shown. Here, the data light D is an RZ modulated optical signal having a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train having a repetition frequency of 40 GHz and a pulse width of 6 ps.

データ光Dが0状態のときには、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路の励起が行われておらず、このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11あるいは12を通過して合波する際の位相差がπとなっている。このため、光出力ポート16からは光パルスが出力されず、光出力ポート17から光パルスが出力される。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され続ける。光出力ポート6からの出力光Q’は0状態が保持される。   When the data light D is in the 0 state, the nonlinear waveguide is not excited in the Mach-Zehnder optical switch 102. At this time, the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguide 11 or 12 and is multiplexed. The phase difference at that time is π. For this reason, an optical pulse is not output from the optical output port 16, but an optical pulse is output from the optical output port 17. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset light pulse R is continuously input to the reset light pulse input port 5. The output light Q ′ from the optical output port 6 is maintained in the 0 state.

次に、データ光Dが1状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路の励起が開始される。このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11あるいは12を通過して合波する際の位相差が0となる。このため、データ光Dが1状態になってから入力された最初のクロック光パルス以後は、光出力ポート16から光パルスが出力され、光出力ポート17からは光パルスが出力されないようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力され、光出力ポート6からの出力光Q’は1状態に遷移し、以後、保持される。   Next, when the data light D changes to the 1 state, the Mach-Zehnder optical switch 102 starts excitation of the nonlinear waveguide. At this time, the phase difference when the clock light pulse Clk is combined through the nonlinear waveguide 11 or 12 becomes zero. For this reason, after the first clock light pulse input after the data light D is in the 1 state, the light pulse is output from the light output port 16 and the light pulse is not output from the light output port 17. That is, in the optical SR flip-flop 101, the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, and the output light Q 'from the optical output port 6 changes to the 1 state, and is held thereafter.

続いて、データ光Dが0状態に変化すると、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では非線形導波路の励起が行われなくなる。このとき、クロック光パルスClkが非線形導波路11を通過する分岐光と非線形導波路12を通過する分岐光の位相差はπとなる。このため、データ光Dが0状態になってから入力された最初のクロック光パルスClk以後は、光出力ポート16からは光パルスが出力されなくなり、光出力ポート17から光パルスが出力されるようになる。すなわち、光SRフリップフロップ101において、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力され、光出力ポート6からの出力光Q’は0状態に遷移し、以後、保持される。   Subsequently, when the data light D changes to the 0 state, the Mach-Zehnder optical switch 102 does not excite the nonlinear waveguide. At this time, the phase difference between the branched light that the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguide 11 and the branched light that passes through the nonlinear waveguide 12 is π. For this reason, after the first clock light pulse Clk input after the data light D is in the 0 state, the light pulse is not output from the light output port 16 and the light pulse is output from the light output port 17. become. That is, in the optical SR flip-flop 101, the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, and the output light Q 'from the light output port 6 transitions to the 0 state and is held thereafter.

ここで、光SRフリップフロップ101の光出力ポート6から出力される光Q’の波形においては、1状態を保持する間の光強度ゆらぎ、あるいは、0状態を保持する間の光強度のゆらぎが生じている。これらの光強度ゆらぎは、ビット誤りの原因となり得るため、好ましくない。出力光Q’における1状態保持中の光強度ゆらぎは光SRフリップフロップ101に入力されるセット光パルスSが連続している場合に生じており、また、出力光Q’における0状態保持中の光強度ゆらぎは光SRフリップフロップ101に入力されるリセット光パルスRが連続している場合に生じている。ここでは、この出力光Q’はさらにマッハ・ツェンダー型光スイッチ105に入力される。マッハ・ツェンダー型光スイッチ105では、クロック光パルスClk’が入力された時、入力されている光Q’に対し6psのスイッチングウィンドウを開けるように設定されており、これによりQ’の波形における強度ゆらぎの顕著な部分は除去される。したがって、その出力光Qでは、光強度ゆらぎが除去された出力光が得られる。   Here, in the waveform of the light Q ′ output from the optical output port 6 of the optical SR flip-flop 101, there is a fluctuation in the light intensity while holding the 1 state, or a fluctuation in the light intensity while holding the 0 state. Has occurred. These light intensity fluctuations are not preferable because they can cause bit errors. The light intensity fluctuation during the 1 state holding in the output light Q ′ occurs when the set light pulse S input to the optical SR flip-flop 101 is continuous, and the 0 light state during the 0 light state holding in the output light Q ′. Light intensity fluctuation occurs when the reset light pulse R input to the optical SR flip-flop 101 is continuous. Here, the output light Q ′ is further input to the Mach-Zehnder optical switch 105. In the Mach-Zehnder type optical switch 105, when the clock light pulse Clk ′ is input, it is set so as to open a switching window of 6 ps with respect to the input light Q ′, and thereby the intensity in the waveform of Q ′. The prominent part of the fluctuation is removed. Accordingly, with the output light Q, output light from which the light intensity fluctuation is removed can be obtained.

本発明による第四実施形態の光フリップフロップの構成を図6に示す。この光Dフリップフロップは、データ光D用のデータ光入力ポート1とクロック光パルスClkのクロック光パルス入力ポート2、出力光Q用の光出力ポート3が備えられ、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102、光SRフリップフロップ101で構成される。   The configuration of the optical flip-flop according to the fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. This optical D flip-flop includes a data optical input port 1 for data light D, a clock optical pulse input port 2 for clock optical pulse Clk, and an optical output port 3 for output light Q. A Mach-Zehnder optical switch 106 is provided. , Mach-Zehnder type optical switch 102 and optical SR flip-flop 101.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、非線形導波路51、52が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート53、光入力ポート55へ入力され、クロック光パルスClkはクロック光パルス入力ポート2を経由して、光入力ポート54へ入力され、出力光Pが光出力ポート56から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 106, the nonlinear waveguides 51 and 52 are arranged on both arms, and the data light D is input to the optical input port 53 and the optical input port 55 via the data optical input port 1, The clock light pulse Clk is input to the light input port 54 via the clock light pulse input port 2, and the output light P is output from the light output port 56.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、非線形導波路11および12が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート13、光入力ポート15へ入力され、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106の出力光Pが光出力ポート56から光入力ポート14へ入力され、出力光(S,R)が光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 102, the nonlinear waveguides 11 and 12 are arranged in both arms, and the data light D is input to the optical input port 13 and the optical input port 15 via the data optical input port 1, The output light P of the Mach-Zehnder optical switch 106 is input from the optical output port 56 to the optical input port 14, and output light (S, R) is output from the optical output port 16 and the optical output port 17.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスS用のセット光パルス入力ポート4、リセット光パルスR用のリセット光パルス入力ポート5が備えられ、それぞれ光出力ポート16および光出力ポート17に接続されており、出力光Qが光出力ポート6から出力され、光出力ポート3へ導かれる。   The optical SR flip-flop 101 includes a set optical pulse input port 4 for the set optical pulse S and a reset optical pulse input port 5 for the reset optical pulse R, which are connected to the optical output port 16 and the optical output port 17, respectively. The output light Q is output from the optical output port 6 and guided to the optical output port 3.

第四実施形態の光Dフリップフロップでは、光SRフリップフロップ101への入力光において、セット光パルスSが連続で入力される状態、あるいは、リセット光パルスRが連続で入力される状態を生じないようにすることができる。すなわち、セット光パルスSとリセット光パルスRの入力が常に交互に行われるようにすることができる。このため、光SRフリップフロップ101の出力光において、光強度ゆらぎが生じなくなる。   In the optical D flip-flop of the fourth embodiment, in the input light to the optical SR flip-flop 101, a state in which the set light pulse S is continuously input or a state in which the reset light pulse R is continuously input does not occur. Can be. That is, the input of the set light pulse S and the reset light pulse R can always be performed alternately. For this reason, the light intensity fluctuation does not occur in the output light of the optical SR flip-flop 101.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、データ光Dが非線形導波路51および52における非線形光学効果を励起する。他方、クロック光パルスClkは、光入力ポート54へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路51及び52を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。そして、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光Pが生成され、光出力ポート56から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 106, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 51 and 52. On the other hand, the clock light pulse Clk is inputted to the optical input port 54, and then branched once. After passing through the nonlinear waveguides 51 and 52, a nonlinear phase shift is given, and then multiplexed. Then, output light P having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the light output port 56.

ここで、非線形導波路51に入力されるデータ光D1に対し、非線形導波路52に入力されるデータ光D2には1ビット分の遅延が設けられている。データ光D1が0でデータ光D2が0の場合、非線形導波路51および52への励起が行われないので、クロック光パルスClkが非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート56の出力光Pは0となる。   Here, with respect to the data light D1 input to the nonlinear waveguide 51, the data light D2 input to the nonlinear waveguide 52 is provided with a delay of 1 bit. When the data light D1 is 0 and the data light D2 is 0, excitation to the nonlinear waveguides 51 and 52 is not performed. Therefore, the phase difference when the clock light pulse Clk interferes through the nonlinear waveguide is π. Yes, the output light P from the optical output port 56 becomes zero.

一方、データ光D1、データ光D2の一方が0、他方が1の場合、非線形導波路51、52のどちらか一方が励起されるので、クロック光パルスClkが非線形導波路を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート56の出力光Pは1となる。   On the other hand, when one of the data light D1 and the data light D2 is 0 and the other is 1, either one of the nonlinear waveguides 51 and 52 is excited, so that the clock light pulse Clk passes through the nonlinear waveguide and interferes therewith. The phase difference at that time is 0, and the output light P from the light output port 56 is 1.

また、データ光D1が1でデータ光D2が1の場合、非線形導波路51および52の両方が励起されるので、クロック光パルスClkが非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート56の出力光Pは0となる。   When the data light D1 is 1 and the data light D2 is 1, both the nonlinear waveguides 51 and 52 are excited, so that the phase difference when the clock light pulse Clk interferes through the nonlinear waveguide is π. The output light P from the light output port 56 is zero.

以上により、出力光Pの状態はデータ光Dにおける前後ビット間の排他的論理和(XOR)で決定されることになる。   As described above, the state of the output light P is determined by the exclusive OR (XOR) between the preceding and succeeding bits in the data light D.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、データ光Dが非線形導波路11および12における非線形光学効果を励起する。他方、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106の出力光Pは、光入力ポート14へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路11あるいは12を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。そして、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(S,R)が生成され、光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 102, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 11 and 12. On the other hand, the output light P of the Mach-Zehnder optical switch 106 is input to the optical input port 14, and then branched once, passed through the nonlinear waveguide 11 or 12, and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. Is done. Then, output light (S, R) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 16 and the optical output port 17.

データ光Dが0の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われないので、光信号Pが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート16の出力光強度が低い0状態、光出力ポート17の出力光強度が高い1状態となる。逆に、データ光Dが1の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われるので、光信号Pが非線形導波路11,12を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート16の出力光強度が高い1状態、光出力ポート17の出力光強度が低い0状態となる。   When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is not performed, so that the phase difference when the optical signal P passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is π, The light output port 16 has a low output light intensity 0 state, and the light output port 17 has a high light output intensity 1 state. On the contrary, when the data light D is 1, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is performed, so that the phase difference when the optical signal P passes through the nonlinear waveguides 11 and 12 and interferes is 0. Yes, the output light intensity of the light output port 16 is 1 state, and the output light intensity of the light output port 17 is 0 state.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されると光出力ポート6からの出力光Qの光強度が高い1状態に遷移し、以後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。逆に、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されると出力光Qの光強度が低い0状態に遷移し、以後、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。   In the optical SR flip-flop 101, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, the light intensity of the output light Q from the optical output port 6 transitions to one state. The output light state is maintained until it is input to the reset light pulse input port 5. Conversely, when the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, the light intensity of the output light Q transitions to a low 0 state, and thereafter the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4. Until the output light state is maintained.

次に、第四実施形態の光Dフリップフロップの動作を、図7(a)乃至(h)に示した波形図を用いて説明する。図7(a)乃至(h)は、データ光D、データ光D1、データ光D2、クロック光パルスClk、光スイッチの出力光P、セット光パルスS、リセット光パルスR及び出力光Qの波形をそれぞれ示している。ここで、データ光Dはビットレート40Gb/sのNRZ変調光信号であり、クロック光パルスClkは、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   Next, the operation of the optical D flip-flop according to the fourth embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS. 7A to 7H show waveforms of the data light D, the data light D1, the data light D2, the clock light pulse Clk, the output light P of the optical switch, the set light pulse S, the reset light pulse R, and the output light Q. Respectively. Here, the data light D is an NRZ modulated optical signal having a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train having a repetition frequency of 40 GHz and a pulse width of 6 ps.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、データ光Dの前後ビット間のXORで出力光の状態が決定されることから、データ光Dが0から1へ変化するとき、あるいは、1から0へ変化するときに出力光Pが1となる。出力光Pにおいて、データ光が0から1へ変化するときに発生した光パルスは、次段のマッハ・ツェンダー型光スイッチ102において、データ光Dの1が入力されるのと同時に入力される。すなわち、非線形導波路11および12の励起が行われているため、入力された光信号Pは光出力ポート16から出力される。これが、光SRフリップフロップ101に対するセット光パルスSとなり、セット光パルス入力ポート4へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは1に変化する。   In the Mach-Zehnder type optical switch 106, since the state of the output light is determined by XOR between the preceding and succeeding bits of the data light D, the data light D changes from 0 to 1, or changes from 1 to 0. Sometimes the output light P becomes 1. In the output light P, the optical pulse generated when the data light changes from 0 to 1 is input at the same time as 1 of the data light D is input in the Mach-Zehnder optical switch 102 in the next stage. That is, since the nonlinear waveguides 11 and 12 are excited, the input optical signal P is output from the optical output port 16. This becomes a set light pulse S for the optical SR flip-flop 101, which is input to the set light pulse input port 4, and the light Q output via the light output port 6 and the light output port 3 changes to 1.

出力光Pにおいて、データ光が1から0へ変化するときに発生した光パルスは、次段のマッハ・ツェンダー型光スイッチ102において、データ光Dの0が入力されるのと同時に入力される。すなわち、非線形導波路11および12の励起が行われていないため、入力された光信号Pは光出力ポート17から出力される。これが、光SRフリップフロップ101に対するリセット光パルスRとなり、リセット光パルス入力ポート5へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0に変化する。   In the output light P, an optical pulse generated when the data light changes from 1 to 0 is input at the same time as 0 of the data light D is input in the Mach-Zehnder optical switch 102 in the next stage. That is, since the nonlinear waveguides 11 and 12 are not excited, the input optical signal P is output from the optical output port 17. This becomes the reset light pulse R for the optical SR flip-flop 101, which is input to the reset light pulse input port 5, and the light Q output via the light output port 6 and the light output port 3 changes to zero.

以上により、クロック光パルスが入力される時点のデータ光の状態に対応して出力光の状態を制御する光Dフリップフロップが実現される。   As described above, the optical D flip-flop that controls the state of the output light corresponding to the state of the data light at the time when the clock light pulse is input is realized.

第四実施形態の光フリップフロップの構成において、入力ポート2へクロック光パルスではなくCW光を入力することにより、クロック光パルスを用意せずに動作させる光波形整形回路が実現される。これを第五実施形態とし、その構成を図8に示す。   In the configuration of the optical flip-flop of the fourth embodiment, an optical waveform shaping circuit that operates without preparing a clock light pulse is realized by inputting CW light instead of a clock light pulse to the input port 2. This is the fifth embodiment, and its configuration is shown in FIG.

この光波形整形回路は、データ光D用のデータ光入力ポート1とCW光用の連続光入力ポート2、出力光Q用の光出力ポート3が備えられ、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102、光SRフリップフロップ101で構成される。   This optical waveform shaping circuit includes a data light input port 1 for data light D, a continuous light input port 2 for CW light, and an optical output port 3 for output light Q, and a Mach-Zehnder type optical switch 106, Mach A zender type optical switch 102 and an optical SR flip-flop 101 are included.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、非線形導波路51、52が両アームに配置されており、データ光Dはデータ光入力ポート1を経由して光入力ポート53、光入力ポート55へ入力され、CW光は連続光入力ポート2を経由して、光入力ポート54へ入力され、出力光Pが光出力ポート56から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 106, the nonlinear waveguides 51 and 52 are arranged on both arms, and the data light D is input to the optical input port 53 and the optical input port 55 via the data optical input port 1, The CW light is input to the light input port 54 via the continuous light input port 2, and the output light P is output from the light output port 56.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、非線形導波路11および12が両アームに配置されており、データ光Dはポート1を経由して光入力ポート13、光入力ポート15へ入力され、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106の出力光Pが光出力ポート56から光入力ポート14へ入力され、出力光(S,R)が光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。   In the Mach-Zehnder type optical switch 102, the nonlinear waveguides 11 and 12 are arranged in both arms, and the data light D is input to the optical input port 13 and the optical input port 15 via the port 1, and the Mach-Zehnder The output light P of the optical switch 106 is input from the optical output port 56 to the optical input port 14, and output light (S, R) is output from the optical output port 16 and the optical output port 17.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスS用のセット光パルス入力ポート4、リセット光パルスR用のリセット光パルス入力ポート5が備えられ、それぞれ光出力ポート16および光出力ポート17に接続されており、出力光Qが光出力ポート6から出力され、光出力ポート3へ導かれる。   The optical SR flip-flop 101 includes a set optical pulse input port 4 for the set optical pulse S and a reset optical pulse input port 5 for the reset optical pulse R, which are connected to the optical output port 16 and the optical output port 17, respectively. The output light Q is output from the optical output port 6 and guided to the optical output port 3.

第四実施形態の光Dフリップフロップと同様、この光波形整形回路においても、光SRフリップフロップ101への入力光において、セット光パルスSが連続で入力される状態、あるいは、リセット光パルスRが連続で入力される状態を生じないようにすることができる。すなわち、セット光パルスSとリセット光パルスRの入力が常に交互に行われるようにすることができる。このため、光SRフリップフロップ101の出力光において、光強度ゆらぎが生じなくなる。   Similar to the optical D flip-flop of the fourth embodiment, also in this optical waveform shaping circuit, in the input light to the optical SR flip-flop 101, the set light pulse S is continuously input, or the reset light pulse R is It is possible to prevent the state of being continuously input. That is, the input of the set light pulse S and the reset light pulse R can always be performed alternately. For this reason, the light intensity fluctuation does not occur in the output light of the optical SR flip-flop 101.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、データ光Dが非線形導波路51および52における非線形光学効果を励起する。他方、光入力ポート54へ入力されたCW光は、一旦分岐され、非線形導波路51及び52を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。そして、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光Pが生成され、光出力ポート56から出力される。   In the Mach-Zehnder optical switch 106, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 51 and 52. On the other hand, the CW light input to the optical input port 54 is once branched, passed through the nonlinear waveguides 51 and 52, and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. Then, output light P having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the light output port 56.

非線形導波路51に入力されるデータ光D1に対し、非線形導波路52に入力されるデータ光D2には1ビット分の遅延が設けられている。データ光D1が0でデータ光D2が0の場合、非線形導波路51および52への励起が行われないので、CW光が非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート56の出力光Pは0となる。   The data light D2 input to the nonlinear waveguide 52 is provided with a delay of 1 bit with respect to the data light D1 input to the nonlinear waveguide 51. When the data light D1 is 0 and the data light D2 is 0, excitation to the nonlinear waveguides 51 and 52 is not performed, so that the phase difference when the CW light passes through the nonlinear waveguide and interferes is π, The output light P from the optical output port 56 is zero.

また、データ光D1、データ光D2の一方が0、他方が1の場合、非線形導波路51、52のどちらか一方が励起されるので、CW光が非線形導波路を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート56の出力光Pは1となる。   In addition, when one of the data light D1 and the data light D2 is 0 and the other is 1, either one of the nonlinear waveguides 51 and 52 is excited, so that when the CW light passes through the nonlinear waveguide and interferes therewith. The phase difference is 0, and the output light P from the light output port 56 is 1.

さらに、データ光D1が1でデータ光D2が1の場合、非線形導波路51および52の両方が励起されるので、CW光が非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート56の出力光Pは0となる。   Further, when the data light D1 is 1 and the data light D2 is 1, both the nonlinear waveguides 51 and 52 are excited, so the phase difference when the CW light passes through the nonlinear waveguide and interferes is π. The output light P from the light output port 56 becomes zero.

以上により、出力光Pの状態はデータ光Dにおける前後ビット間の排他的論理和(XOR)で決定されることになる。   As described above, the state of the output light P is determined by the exclusive OR (XOR) between the preceding and succeeding bits in the data light D.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ102では、データ光Dが非線形導波路11および12における非線形光学効果を励起する。他方、マッハ・ツェンダー型光スイッチ106の出力光Pが、光入力ポート14へ入力された後、一旦分岐され、非線形導波路11及び12を通過して非線形位相シフトを与えられた後、合波される。そして、合波され干渉する際の光の位相差に応じた強度を持つ出力光(S,R)が生成され、光出力ポート16および光出力ポート17から出力される。データ光Dが0の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われないので、光信号Pが非線形導波路を通過して干渉する際の位相差はπであり、光出力ポート16の出力光強度が低い0状態、光出力ポート17の出力光強度が高い1状態となる。逆に、データ光Dが1の場合には、非線形導波路11および12への励起が行われるので、光信号Pが非線形導波路を通過して干渉する際の位相差は0であり、光出力ポート16の出力光強度が高い1状態、光出力ポート17の出力光強度が低い0状態となる。   In the Mach-Zehnder optical switch 102, the data light D excites the nonlinear optical effect in the nonlinear waveguides 11 and 12. On the other hand, after the output light P of the Mach-Zehnder optical switch 106 is input to the optical input port 14, it is once branched, passed through the nonlinear waveguides 11 and 12, and given a nonlinear phase shift, and then multiplexed. Is done. Then, output light (S, R) having an intensity corresponding to the phase difference of the light when combined and interfered is generated and output from the optical output port 16 and the optical output port 17. When the data light D is 0, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is not performed, so that the phase difference when the optical signal P interferes through the nonlinear waveguide is π, and the optical output port 16 is a 0 state where the output light intensity is low, and a 1 state where the output light intensity of the light output port 17 is high. On the contrary, when the data light D is 1, excitation to the nonlinear waveguides 11 and 12 is performed, so that the phase difference when the optical signal P passes through the nonlinear waveguide and interferes is 0. The output port 16 has a high output light intensity 1 state, and the light output port 17 has a low output light intensity 0 state.

光SRフリップフロップ101では、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されると光出力ポート6からの出力光Qの光強度が高い1状態に遷移し、以後、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。逆に、リセット光パルスRがリセット光パルス入力ポート5へ入力されると出力光Qの光強度が低い0状態に遷移し、以後、セット光パルスSがセット光パルス入力ポート4へ入力されるまで、その出力光状態を保持する。   In the optical SR flip-flop 101, when the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4, the light intensity of the output light Q from the optical output port 6 transitions to one state. The output light state is maintained until it is input to the reset light pulse input port 5. Conversely, when the reset light pulse R is input to the reset light pulse input port 5, the light intensity of the output light Q transitions to a low 0 state, and thereafter the set light pulse S is input to the set light pulse input port 4. Until the output light state is maintained.

次に、この光波形整形回路の動作を、図9(a)乃至(h)に示した波形図を用いて説明する。図9(a)乃至(h)は、データ光D、データ光D1、データ光D2、CW光、光スイッチの出力光P、セット光パルスS、リセット光パルスR及び出力光Qの波形をそれぞれ示している。ここで、データ光Dはビットレート40Gb/sのNRZ変調光信号である。   Next, the operation of this optical waveform shaping circuit will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS. 9A to 9H show waveforms of the data light D, the data light D1, the data light D2, the CW light, the output light P of the optical switch, the set light pulse S, the reset light pulse R, and the output light Q, respectively. Show. Here, the data light D is an NRZ modulated optical signal having a bit rate of 40 Gb / s.

マッハ・ツェンダー型光スイッチ106では、データ光Dの前後ビット間のXORで出力光の状態が決定されることから、データ光Dが0から1へ変化するとき、あるいは、1から0へ変化するときに出力光Pが1となる。出力光Pにおいて、データ光が0から1へ変化するときに発生した光パルスは、次段のマッハ・ツェンダー型光スイッチ102において、データ光Dの1が入力されるのと同時に入力される。すなわち、非線形導波路11および12の励起が行われているため、入力された光信号Pは光出力ポート16から出力される。これが、光SRフリップフロップ101に対するセット光パルスSとなり、セット光パルス入力ポート4へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは1に変化する。   In the Mach-Zehnder type optical switch 106, since the state of the output light is determined by XOR between the preceding and succeeding bits of the data light D, the data light D changes from 0 to 1, or changes from 1 to 0. Sometimes the output light P becomes 1. In the output light P, the optical pulse generated when the data light changes from 0 to 1 is input at the same time as 1 of the data light D is input in the Mach-Zehnder optical switch 102 in the next stage. That is, since the nonlinear waveguides 11 and 12 are excited, the input optical signal P is output from the optical output port 16. This becomes a set light pulse S for the optical SR flip-flop 101, which is input to the set light pulse input port 4, and the light Q output via the light output port 6 and the light output port 3 changes to 1.

出力光Pにおいて、データ光が1から0へ変化するときに発生した光パルスは、次段のマッハ・ツェンダー型光スイッチ102において、データ光Dの0が入力されるのと同時に入力される。すなわち、非線形導波路11および12の励起が行われていないため、入力された光信号Pは光出力ポート17から出力される。これが、光SRフリップフロップ101に対するリセット光パルスRとなり、リセット光パルス入力ポート5へ入力され、光出力ポート6、光出力ポート3を経由して出力される光Qは0に変化する。以上により、光波形整形回路が実現される。   In the output light P, an optical pulse generated when the data light changes from 1 to 0 is input at the same time as 0 of the data light D is input in the Mach-Zehnder optical switch 102 in the next stage. That is, since the nonlinear waveguides 11 and 12 are not excited, the input optical signal P is output from the optical output port 17. This becomes the reset light pulse R for the optical SR flip-flop 101, which is input to the reset light pulse input port 5, and the light Q output via the light output port 6 and the light output port 3 changes to zero. Thus, an optical waveform shaping circuit is realized.

それぞれの実施形態における光回路の非線形導波路としては、半導体光アンプ(SOA)を用いることができる。第一実施形態において、非線形導波路として波長1550nm帯を利得帯域とするSOAを用いる場合の動作について説明する。   A semiconductor optical amplifier (SOA) can be used as the nonlinear waveguide of the optical circuit in each embodiment. In the first embodiment, an operation when using an SOA having a gain band in the wavelength 1550 nm band as the nonlinear waveguide will be described.

SOAは、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102における非線形導波路11および12、光SRフリップフロップ101における非線形導波路として用いられる。データ光Dは、波長1555nm、ビットレート40Gb/sのNRZ変調光信号、クロック光パルスClkは、波長1545nm、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   The SOA is used as the nonlinear waveguides 11 and 12 in the Mach-Zehnder type optical switch 102 and the nonlinear waveguide in the optical SR flip-flop 101. The data light D is an NRZ modulated optical signal having a wavelength of 1555 nm and a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train having a wavelength of 1545 nm, a repetition frequency of 40 GHz, and a pulse width of 6 ps.

非線形導波路11および12では、データ光Dが入力されるとキャリア密度が減少し、クロック光パルスClkに対する非線形位相シフトが生じる。マッハ・ツェンダー型光スイッチ102の光出力ポート16から出力される波長1545nmの光パルスが、セット光パルスSとして光SRフリップフロップ101のセット光パルス入力ポート4へ入力され、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102の光出力ポート17から出力される波長1545nmの光パルスが、リセット光パルスRとして光SRフリップフロップ101のリセット光パルス入力ポート5へ入力される。光SRフリップフロップ101では、波長1555nmの出力光Qの状態が、セット光パルスSおよびリセット光パルスRにより制御される。   In the nonlinear waveguides 11 and 12, when the data light D is input, the carrier density decreases, and a nonlinear phase shift with respect to the clock light pulse Clk occurs. An optical pulse with a wavelength of 1545 nm output from the optical output port 16 of the Mach-Zehnder optical switch 102 is input as a set optical pulse S to the set optical pulse input port 4 of the optical SR flip-flop 101, and the Mach-Zehnder optical switch An optical pulse with a wavelength of 1545 nm output from the optical output port 17 of 102 is input to the reset optical pulse input port 5 of the optical SR flip-flop 101 as the reset optical pulse R. In the optical SR flip-flop 101, the state of the output light Q having a wavelength of 1555 nm is controlled by the set light pulse S and the reset light pulse R.

あるいは、それぞれの実施形態における光回路の非線形導波路としては、活性層を量子ドット(QD)で構成した導波路を用いることができる。第一実施形態において、非線形導波路として波長1300nm帯を吸収帯域とするQD導波路を用いる場合の動作について説明する。   Or the waveguide which comprised the active layer by the quantum dot (QD) can be used as a nonlinear waveguide of the optical circuit in each embodiment. In the first embodiment, an operation when a QD waveguide having an absorption band in the wavelength 1300 nm band is used as the nonlinear waveguide will be described.

QD導波路は、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102における非線形導波路11および12、光SRフリップフロップ101における非線形導波路として用いられる。データ光Dは、波長1300nm、ビットレート40Gb/sのNRZ変調光信号、クロック光パルスClkは、波長1280nm、繰返し周波数40GHz、パルス幅6psの光パルス列である。   The QD waveguide is used as the nonlinear waveguides 11 and 12 in the Mach-Zehnder optical switch 102 and the nonlinear waveguide in the optical SR flip-flop 101. The data light D is an NRZ modulated optical signal having a wavelength of 1300 nm and a bit rate of 40 Gb / s, and the clock light pulse Clk is an optical pulse train having a wavelength of 1280 nm, a repetition frequency of 40 GHz, and a pulse width of 6 ps.

非線形導波路11および12では、データ光Dが入力されるとQDに吸収され、QDにキャリアが生成され、クロック光パルスClkに対する非線形位相シフトが生じる。マッハ・ツェンダー型光スイッチ102の光出力ポート16から出力される波長1280nmの光パルスが、セット光パルスSとして光SRフリップフロップ101のセット光パルス入力ポート4へ入力され、マッハ・ツェンダー型光スイッチ102の光出力ポート17から出力される波長1280nmの光パルスが、リセット光パルスRとして光SRフリップフロップ101のリセット光パルス入力ポート5へ入力される。光SRフリップフロップ101では、波長1300nmの出力光Qの状態が、セット光パルスSおよびリセット光パルスRにより制御される。   In the nonlinear waveguides 11 and 12, when the data light D is input, it is absorbed by the QD, carriers are generated in the QD, and a nonlinear phase shift with respect to the clock light pulse Clk occurs. An optical pulse with a wavelength of 1280 nm output from the optical output port 16 of the Mach-Zehnder optical switch 102 is input as a set optical pulse S to the set optical pulse input port 4 of the optical SR flip-flop 101, and the Mach-Zehnder optical switch An optical pulse having a wavelength of 1280 nm output from the optical output port 17 of 102 is input to the reset optical pulse input port 5 of the optical SR flip-flop 101 as the reset optical pulse R. In the optical SR flip-flop 101, the state of the output light Q having a wavelength of 1300 nm is controlled by the set light pulse S and the reset light pulse R.

また、それぞれの実施形態における光回路を構成する光導波路として、フォトニック結晶導波路あるいは高屈折率差導波路を用いることにより、曲がり導波路の曲率半径を小さくし、デバイスの超小型化が可能となる。ここではフォトニック結晶導波路を用いる場合を述べることとし、まず基本構造を説明する。   In addition, by using a photonic crystal waveguide or a high refractive index difference waveguide as the optical waveguide constituting the optical circuit in each embodiment, the radius of curvature of the bent waveguide can be reduced, and the device can be miniaturized. It becomes. Here, the case where a photonic crystal waveguide is used will be described. First, the basic structure will be described.

GaAs基板に犠牲層としてのAl0.15Ga0.85As層(厚み2μm)を介してGaAs層(厚み0.25μm)を成長し、電子ビームリソグラフィとドライエッチングによってGaAs面内に周期的な円孔配列構造を形成することにより、2次元フォトニック結晶(以下、2DPCと呼ぶ)が得られる。厚み方向への光の閉じ込めには、上記犠牲層を選択的に除去(湿式エッチング)してコア層のみを残すことにより、空気層との大きな屈折率コントラストを有するエアブリッジ型平面光導波路を得る。 A GaAs layer (thickness: 0.25 μm) is grown on a GaAs substrate via an Al 0.15 Ga 0.85 As layer (thickness: 2 μm) as a sacrificial layer, and periodic in the GaAs surface by electron beam lithography and dry etching. By forming a circular hole array structure, a two-dimensional photonic crystal (hereinafter referred to as 2DPC) is obtained. For confinement of light in the thickness direction, the sacrificial layer is selectively removed (wet etching) to leave only the core layer, thereby obtaining an air bridge type planar optical waveguide having a large refractive index contrast with the air layer. .

この光導波路基板に所望の光配線を形成するには、上記の周期的円孔配列中に、円孔が欠損した配列、いわゆる欠陥導波路を光配線に沿って形成する。本欠陥導波路の設計には、前記2DPCのバンドギャップ内に本導波路の固有伝搬モードを設定する。こうして光は面内周辺への漏洩が禁止され、面内への損失がなく導波路に沿って伝搬する。   In order to form a desired optical wiring on the optical waveguide substrate, an array in which the circular holes are missing, that is, a so-called defect waveguide is formed along the optical wiring in the periodic circular hole array. In designing the defect waveguide, the natural propagation mode of the waveguide is set in the band gap of the 2DPC. In this way, light is prohibited from leaking to the periphery of the surface, and propagates along the waveguide without loss to the surface.

光通信波長帯での2DPCの格子定数(a)は0.3〜0.4μmであり、且つ10a〜1000aの光路長の範囲に大方のデバイスが収まるので、2DPCは数μ〜数100μの超小型光デバイスを提供する。また、作製過程で発生する構造の不完全性に由来する伝搬損失は、0.8dB/mm以下と十分小さいので、例えば〜5mmの素子サイズでも4dB以下の低伝搬損失光デバイスが構築可能である。 The lattice constant (a) of 2DPC in the optical communication wavelength band is 0.3 to 0.4 μm, and most devices fit within the optical path length range of 10a to 1000a, so 2DPC exceeds several μ to several 100 μm. A compact optical device is provided. In addition, since the propagation loss due to the imperfection of the structure generated in the manufacturing process is sufficiently small as 0.8 dB / mm or less, a low propagation loss optical device of 4 dB or less can be constructed even with an element size of ˜5 mm 2 , for example. is there.

こうした2DPCの基本構造は、非線形導波路の部分にも用いることが可能である。この場合、非線形導波路の部分には、あらかじめInAsから成る量子ドット(以下、QDと称す)が埋め込まれている。QDは1300〜1550nm近辺の任意の波長で鋭い吸収スペクトル・ピークを示す。このため、QDから成る前記非線形導波路は励起光が吸収されることにより非線形屈折率変化を誘起し、所望の非線形位相シフトを発生する。よって2DPCにより構成される光フリップフロップでは、それぞれの実施例で説明した動作原理が当てはまる。   Such a basic structure of 2DPC can also be used for the portion of the nonlinear waveguide. In this case, quantum dots (hereinafter referred to as QD) made of InAs are embedded in the nonlinear waveguide portion in advance. QD shows a sharp absorption spectrum peak at an arbitrary wavelength around 1300 to 1550 nm. For this reason, the nonlinear waveguide made of QD induces a nonlinear refractive index change by absorbing the excitation light and generates a desired nonlinear phase shift. Therefore, in the optical flip-flop composed of 2DPC, the operation principle described in each embodiment is applicable.

特願2006−224165号の明細書にも記載したが、2DPCで構成された光SRフリップフロップでは、フィードバックループの全光路長を100μmとし、セット光パルスとリセット光パルスの間隔を数psまで短縮することが可能となる。これは、光フリップフロップの動作ビットレートが、数100Gb/sまで高速化可能であることを意味する。すなわち、2DPCを用いると超小型の全光スイッチが実現されるため、超高速動作の光フリップフロップが実現可能であるという特長を有する。   As described in the specification of Japanese Patent Application No. 2006-224165, in the optical SR flip-flop composed of 2DPC, the total optical path length of the feedback loop is 100 μm, and the interval between the set light pulse and the reset light pulse is reduced to several ps. It becomes possible to do. This means that the operation bit rate of the optical flip-flop can be increased to several hundred Gb / s. In other words, when 2DPC is used, an ultra-small all-optical switch is realized, so that an optical flip-flop operating at an ultra-high speed can be realized.

また、光フリップフロップを構成する非線形導波路において、励起に用いられる光と非線形位相シフトを受ける光について同方向に伝搬する場合のみを説明したが、逆方向に伝搬させた場合にも同様の動作が得られる。   In addition, in the nonlinear waveguide composing the optical flip-flop, only the case where the light used for pumping and the light subjected to the nonlinear phase shift propagate in the same direction has been described, but the same operation occurs when propagating in the opposite direction. Is obtained.

本発明の第一実施形態に係る光フリップフロップの構成図である。1 is a configuration diagram of an optical flip-flop according to a first embodiment of the present invention. 図1の光フリップフロップの動作を説明するための波形図であって、(a)はデータ光D、(b)はクロック光パルスClk、(c)はセット光パルスS、(d)はリセット光パルスR及び(e)は出力光Qの波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical flip-flop of FIG. 1, where (a) is a data light D, (b) is a clock light pulse Clk, (c) is a set light pulse S, and (d) is a reset. Optical pulses R and (e) are waveform diagrams of the output light Q. 本発明の第二実施形態に係る光フリップフロップの構成図である。It is a block diagram of the optical flip-flop which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る光フリップフロップの構成図である。It is a block diagram of the optical flip-flop which concerns on 3rd embodiment of this invention. 図4の光フリップフロップの動作を説明するための波形図であって、(a)はデータ光D、(b)はクロック光パルスClk、(c)はセット光パルスS、(d)はリセット光パルスR、(e)は光SRフリップフロップの出力Q’、(f)はクロック光パルスClk’及び(g)は出力光Qの波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical flip-flop of FIG. 4, where (a) is a data light D, (b) is a clock light pulse Clk, (c) is a set light pulse S, and (d) is a reset. The optical pulses R, (e) are the output Q ′ of the optical SR flip-flop, (f) is the clock optical pulse Clk ′, and (g) is the waveform diagram of the output light Q. 本発明の第四実施の形態に係る光フリップフロップの構成図である。It is a block diagram of the optical flip-flop which concerns on 4th embodiment of this invention. 図6の光フリップフロップの動作を説明するための波形図であって、(a)はデータ光D、(b)はデータ光D1、(c)はデータ光D2、(d)はクロック光パルスClk、(e)は光スイッチの出力光P、(f)はセット光パルスS、(g)はリセット光パルスR及び(h)は出力光Qの波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical flip-flop of FIG. 6, where (a) is data light D, (b) is data light D1, (c) is data light D2, and (d) is a clock light pulse. Clk, (e) is the output light P of the optical switch, (f) is the set light pulse S, (g) is the reset light pulse R, and (h) is the waveform diagram of the output light Q. 本発明の第五実施形態に係る光フリップフロップの構成図である。It is a block diagram of the optical flip-flop which concerns on 5th embodiment of this invention. 図8の光フリップフロップの動作を説明するための波形図であって、(a)はデータ光D、(b)はデータ光D1、(c)はデータ光D2、(d)はCW光、(e)は光スイッチの出力光P、(f)はセット光パルスS、(g)はリセット光パルスR及び(h)出力光Qの波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical flip-flop of FIG. 8, where (a) is data light D, (b) is data light D1, (c) is data light D2, (d) is CW light, (E) is the output light P of the optical switch, (f) is the set light pulse S, (g) is the waveform diagram of the reset light pulse R and (h) the output light Q. (a)はSRフリップフロップの回路図、(b)はその動作を説明するための特性表である。(A) is a circuit diagram of the SR flip-flop, and (b) is a characteristic table for explaining its operation. 本願出願人により提案された光SRフリップフロップの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the optical SR flip-flop proposed by the present applicant. 図11の光SRフリップフロップの動作を説明するための波形図であって、(a)はセット光パルスS、(b)はリセット光パルスR、(c)は光スイッチの出力光A3、(d)は光SRフリップフロップの出力光Qの波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical SR flip-flop of FIG. 11, where (a) is a set light pulse S, (b) is a reset light pulse R, (c) is an output light A3 of the optical switch, ( d) is a waveform diagram of the output light Q of the optical SR flip-flop. (a)はDフリップフロップの回路図、(b)はその動作を説明するための特性表である。(A) is a circuit diagram of a D flip-flop, and (b) is a characteristic table for explaining its operation.

符号の説明Explanation of symbols

1 データ光入力ポート
2 クロック光パルスまたは連続光入力ポート
3 光出力ポート
4 セット光パルス入力ポート
5 リセット光パルス入力ポート
6 光出力ポート
11 非線形導波路
12 非線形導波路
13 光入力ポート
14 光入力ポート
15 光入力ポート
16 光出力ポート
17 光出力ポート
21 非線形導波路
22 非線形導波路
23 光入力ポート
24 光入力ポート
25 光入力ポート
26 光出力ポート
31 非線形導波路
32 非線形導波路
33 光入力ポート
34 光入力ポート
35 光入力ポート
36 光出力ポート
41 非線形導波路
42 非線形導波路
43 光入力ポート
44 光入力ポート
45 光入力ポート
46 光出力ポート
51 非線形導波路
52 非線形導波路
53 光入力ポート
54 光入力ポート
55 光入力ポート
56 光出力ポート
61 非線形導波路
62 非線形導波路
63 セット光パルス入力ポート
64 連続光入力ポート
65 リセット光パルス入力ポート
66 光出力ポート
67 光分岐部
68 光出力ポート
71 非線形導波路
72 非線形導波路
73 光入力ポート
74 光入力ポート
75 光入力ポート
76 光出力ポート
77 光分岐部
78 光合波部
101 光セットリセットフリップフロップ
102 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
103 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
104 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
105 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
106 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
111 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
112 マッハ・ツェンダー型光スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Data optical input port 2 Clock optical pulse or continuous optical input port 3 Optical output port 4 Set optical pulse input port 5 Reset optical pulse input port 6 Optical output port 11 Nonlinear waveguide 12 Nonlinear waveguide 13 Optical input port 14 Optical input port DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Optical input port 16 Optical output port 17 Optical output port 21 Nonlinear waveguide 22 Nonlinear waveguide 23 Optical input port 24 Optical input port 25 Optical input port 26 Optical output port 31 Nonlinear waveguide 32 Nonlinear waveguide 33 Optical input port 34 Light Input port 35 Optical input port 36 Optical output port 41 Non-linear waveguide 42 Non-linear waveguide 43 Optical input port 44 Optical input port 45 Optical input port 46 Optical output port 51 Non-linear waveguide 52 Non-linear waveguide 53 Optical input port 54 Optical input port 55 Light input port G 56 Optical output port 61 Non-linear waveguide 62 Non-linear waveguide 63 Set optical pulse input port 64 Continuous optical input port 65 Reset optical pulse input port 66 Optical output port 67 Optical branching section 68 Optical output port 71 Non-linear waveguide 72 Non-linear waveguide 73 Optical input port 74 Optical input port 75 Optical input port 76 Optical output port 77 Optical branching unit 78 Optical multiplexing unit 101 Optical set reset flip-flop 102 Mach-Zehnder optical switch 103 Mach-Zehnder optical switch 104 Mach-Zender optical Switch 105 Mach-Zehnder optical switch 106 Mach-Zehnder optical switch 111 Mach-Zehnder optical switch 112 Mach-Zehnder optical switch

Claims (9)

セット光入力ポート及びリセット光入力ポートを備えた光セットリセットフリップフロップと、
二値強度変調されたデータ光とクロック光またはCW光とを受け、前記データ光に基づいて前記クロック光またはCW光の一部又は全部を前記セット光入力ポート及び前記リセット光入力ポートへ振り分けるスイッチング手段とを備え、
前記光セットリセットフリップフロップの光出力ポート又は該光出力ポートに接続された光回路の出力ポートに、前記データ光を遅延させたのに実質的に等しい遅延データ光を出力させるようにしたことを特徴とする光フリップフロップ。
An optical set / reset flip-flop having a set optical input port and a reset optical input port;
Switching that receives binary intensity modulated data light and clock light or CW light, and distributes part or all of the clock light or CW light to the set light input port and the reset light input port based on the data light Means and
A delayed data light substantially equal to the delayed data light is output to the optical output port of the optical set / reset flip-flop or the output port of the optical circuit connected to the optical output port. Features an optical flip-flop.
請求項1に記載の光フリップフロップにおいて、
前記スイッチング手段が、少なくとも一つのマッハ・ツェンダー型光スイッチを含むことを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 1,
The optical flip-flop characterized in that the switching means includes at least one Mach-Zehnder type optical switch.
請求項1に記載の光フリップフロップにおいて、
前記スイッチング手段が、単一のマッハ・ツェンダー型光スイッチを含み、
該マッハ・ツェンダー型スイッチが、前記クロック光を分岐し、一対のアームを通過させた後、合波干渉させるマッハ・ツェンダー型光回路と、前記一対のアームに配置された第一及び第二の非線形導波路と、非線形光学効果を励起するために前記第一及び前記第二の非線形導波路に前記データ光を入力させる手段と、前記第一及び前記第二の非線形導波路の非線形光学効果の励起状態に応じて前記マッハ・ツェンダー型光回路で合波干渉させたクロック光を前記セット光入力ポート又は前記リセット光入力ポートへ導く手段と、を備えていることを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 1,
The switching means comprises a single Mach-Zehnder optical switch;
The Mach-Zehnder type switch divides the clock light, passes through a pair of arms and then multiplexes and interfers with a Mach-Zehnder type optical circuit, and first and second disposed on the pair of arms. A nonlinear waveguide; means for inputting the data light into the first and second nonlinear waveguides to excite a nonlinear optical effect; and nonlinear optical effects of the first and second nonlinear waveguides. An optical flip-flop comprising: means for guiding clock light combined and interfered by the Mach-Zehnder type optical circuit according to an excitation state to the set light input port or the reset light input port.
請求項1に記載の光フリップフロップにおいて、
前記スイッチング手段が、一対のマッハ・ツェンダー型光スイッチを含み、
該マッハ・ツェンダー型スイッチが、前記クロック光を分岐し、一対のアームを通過させた後、合波干渉させるマッハ・ツェンダー型光回路と、前記一対のアームに配置された第一及び第二の非線形導波路と、非線形光学効果を励起するために前記第一及び前記第二の非線形導波路に前記データ光を入力させる手段とを備え、
前記一対のマッハ・ツェンダー型光スイッチの出力光が互いに論理反転するように前記マッハ・ツェンダー型光回路の光路長を定め、一方のマッハ・ツェンダー型光スイッチで合波干渉させたクロック光を前記セット光入力ポートへ、他方のマッハ・ツェンダー型光スイッチで合波干渉させたクロック光を前記リセット光入力ポートへそれぞれ導くようにしたことを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 1,
The switching means includes a pair of Mach-Zehnder type optical switches,
The Mach-Zehnder type switch divides the clock light, passes through a pair of arms and then multiplexes and interfers with a Mach-Zehnder type optical circuit, and first and second disposed on the pair of arms. A nonlinear waveguide, and means for inputting the data light to the first and second nonlinear waveguides to excite a nonlinear optical effect,
The optical path length of the Mach-Zehnder optical circuit is determined so that the output lights of the pair of Mach-Zehnder optical switches are logically inverted from each other, and the clock light combined and interfered by one Mach-Zehnder optical switch is An optical flip-flop characterized in that the clock light combined and interfered by the other Mach-Zehnder type optical switch to the set light input port is guided to the reset light input port, respectively.
請求項3又は4に記載の光フリップフロップにおいて、
前記光セットリセットフリップフロップの光出力ポートに接続された光回路として、他の光ゲートを含み、
該光ゲートが、前記光セットリセットフリップフロップの出力光と第二のクロック光を受け、前記第二のクロック光に基づいて前記光セットリセットフリップフロップの出力光を透過させるようにしたことを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 3 or 4,
As an optical circuit connected to the optical output port of the optical set reset flip-flop, including another optical gate,
The optical gate receives the output light of the optical set reset flip-flop and the second clock light, and transmits the output light of the optical set reset flip-flop based on the second clock light. And optical flip-flop.
請求項3又は4に記載の光フリップフロップにおいて、
前記光セットリセットフリップフロップの光出力ポートに接続された光回路として、他のマッハ・ツェンダー型光スイッチを含み、
該マッハ・ツェンダー型スイッチが、前記光セットリセットフリップフロップの出力光を分岐し、一対のアームを通過させた後、合波干渉させるマッハ・ツェンダー型光回路と、前記一対のアームに配置された第一及び第二の非線形導波路と、非線形光学効果を励起するために前記第一及び前記第二の非線形導波路に他のクロック光を入力させる手段と、前記マッハ・ツェンダー型光回路の出力光を外部へ導く手段とを備えていることを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 3 or 4,
As an optical circuit connected to the optical output port of the optical set reset flip-flop, including another Mach-Zehnder type optical switch,
The Mach-Zehnder type switch is arranged on the pair of arms and the Mach-Zehnder type optical circuit for branching the output light of the optical set-reset flip-flop, passing through the pair of arms, and causing interference after multiplexing. First and second nonlinear waveguides, means for inputting other clock light into the first and second nonlinear waveguides to excite the nonlinear optical effect, and the output of the Mach-Zehnder optical circuit An optical flip-flop comprising means for guiding light to the outside.
請求項1に記載の光フリップフロップにおいて、
前記スイッチング手段が、前記データ光の入力において連続するビット列に0、1が現れたときに前記クロック光の単一パルスを前記セット光入力ポートに導き、前記データ光の入力において連続するビット列に1、0が現れたときに前記クロック光の単一パルスを前記リセット光入力ポートに導く手段とを備えることを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 1,
The switching means guides a single pulse of the clock light to the set light input port when 0 and 1 appear in a continuous bit string at the input of the data light, and 1 to a continuous bit string at the input of the data light. , And means for guiding a single pulse of the clock light to the reset light input port when 0 appears.
請求項1に記載の光フリップフロップにおいて、
前記スイッチング手段が、第一及び第二のマッハ・ツェンダー型光スイッチを含み、
前記第一のマッハ・ツェンダー型スイッチが、前記クロック光を分岐し、一対のアームを通過させた後、合波干渉させる第一のマッハ・ツェンダー型光回路と、前記一対のアームに配置された第一及び第二の非線形導波路と、非線形光学効果を励起するために前記第一及び前記第二の非線形導波路に前記データ光を互いに1ビット分の差を持たせて入力させる手段と、を備え、
前記第二のマッハ・ツェンダー型光スイッチが、第一のマッハ・ツェンダー型光回路の出力光を分岐し、一対のアームを通過させた後、合波干渉させる第二のマッハ・ツェンダー型光回路と、前記一対のアームに配置された第三及び第四の非線形導波路と、非線形光学効果を励起するために前記第三及び前記第四の非線形導波路に前記データ光を入力させる手段と、前記第三及び前記第四の非線形導波路の非線形光学効果の励起状態に応じて前記第二のマッハ・ツェンダー型光回路の出力光を前記セット光入力ポート又は前記リセット光入力ポートへ導く手段と、を備えていることを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 1,
The switching means includes first and second Mach-Zehnder optical switches;
The first Mach-Zehnder type switch is disposed on the pair of arms, and the first Mach-Zehnder type optical circuit for branching the clock light, passing the pair of arms, and causing interference after multiplexing. Means for inputting the data light into the first and second nonlinear waveguides with a difference of 1 bit from each other in order to excite a nonlinear optical effect; and With
The second Mach-Zehnder optical switch splits the output light of the first Mach-Zehnder optical circuit, passes through a pair of arms, and then interferes with the second Mach-Zehnder optical circuit. And third and fourth nonlinear waveguides disposed on the pair of arms, and means for inputting the data light to the third and fourth nonlinear waveguides to excite a nonlinear optical effect; Means for guiding the output light of the second Mach-Zehnder optical circuit to the set light input port or the reset light input port according to the excited state of the nonlinear optical effect of the third and fourth nonlinear waveguides; An optical flip-flop comprising:
請求項8に記載の光フリップフロップにおいて、
前記クロック光に変えてCW光を前記第一のマッハ・ツェンダー型スイッチに入力させるようにしたことを特徴とする光フリップフロップ。
The optical flip-flop according to claim 8.
An optical flip-flop characterized in that CW light is input to the first Mach-Zehnder switch instead of the clock light.
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