JPH03185430A - 超高速論理デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光学デバイス、より詳細には、光学論理デバ
イスに関する。

発明の背景 近年、光学デバイスが複雑な光学信号処理を遂行するた
めに従来の伝送システムとともに動作するように開発さ
れている。これらデバイスは二つの主要なりラス、つま
り、ある組合わせ（ブーレン）関数を遂行するための高
度にパラレルのデバイス、及び入力ボートと出力ポート
の間の関連或いはマツプを確立するための関連デバイス
、例えば、スイッチ及び結合器に分類することができる
。関連デバイスは高ピット速度にて動作するが、これら
は単純化された方法にてこれを遂行する。一般に、これ
らデバイスは、これらがブーレン動作を実現することが
できないために、′知能°°処理を提供することはでき
ない、一方、パラレル　デバイスは、比較的低い速度に
て動作する論理動作を可能とするが、−これによって、
これらを通過する光学信号のビット速度が制約される。

発明の要旨 ＡＮＤ％　ＮＯＴ％　ＮＯＲ及び排他的ＯＲゲートを含
む超高速光学論理デバイスが二つの光学入力信号間のソ
リトン捕獲を利用することによって複屈折ファイバー内
で実現される。これら光学論理デバイスは、直角方向に
偏光された入力信号及び一つの出力信号を持つ３端子デ
バイスである。動作において、これらデバイスは位相イ
ンセンシビリテイ−１低交換エネルギー　出力論理レベ
ル間の高コントラスト比、及び縦に接続できる能力を示
す、この二つの入力信号の総和から成る複屈折ファイバ
ーからの出力信号を光学的にろ波することによって、こ
れら光学入力信号に関して要求される組合わせ（ブーレ
ン）論理動作を遂行することが可能となる。

本発明の一つの実施態様においては、第一の光学データ
信号及び第二の光学データ信号が複屈折ファイバーの二
つの主輪（高速及び低速輪）に光学的に結合される。こ
れら第一及び第二の光学データ信号の両方の周波数の中
心に置かれたスペクトル　フィルターが排他的ＯＲ動作
を遂行するために使用され、一方、ソリトン捕獲に起因
するスペクトル　シフトに関連する周波数の所にスペク
トル　フィルターの中心を置くことによってＡＮＤ動作
が実現される。

更に、スペクトル　フィルターと偏光子との組合わせに
よって、これら光学データ信号の一つに関するＮＯＴ動
作が実現される。

もう一つの実施態様においては、マツハ　ツエンダ−干
渉計構成とスペクトル　フィルター及び偏光子との組合
わせによって、ＡＮＤ動作を実現するための別の手段が
提供される。更にもう一つのＡＮＤ動作を遂行するため
の手段がファイバー　ループミラー構成を介してのマツ
ハ　ツエンダ−干渉計と光学結合器との組合わせによっ
て実現される。

ファイバー、偏光選択性結合器、スペクトル　フィルタ
ー及び偏光子から戒る更にもう一つの実施態様によって
ＮＯＲ動作が達成される。

本発明によると、これら異なる実施態様は、全ての光学
信号が実質的に同一波長となり、ソリトンとして伝播す
ることを可能にする。この結果、ある光学論理デバイス
からの出力は別の光学論理デバイスの入力に縦に接続す
ることができる。

経１目口４里 本発明は、本発明の特定の実施態様の以下の説明を図面
を参照しながら読むことによって一層明白となるもので
ある。

本発明の原理に従って排他的ＯＲ，インバーターＡ　Ｎ
　Ｄ、及びＮＯＲゲートを含む光学論理デバイスが構成
された。この光学論理デバイスは、複屈折光ファイバー
内を伝播する直角方向に偏光されたソリトン（５ｏｌｉ
ｔｉｏｎ）の捕獲を利用する。従って、本発明による光
学論理デバイスを説明する前に、ソリトンの本質及び捕
獲の両者について簡単に説明しておく必要がある。

光ファイバーを通じて伝播するフーリエ変換にて制約さ
れた光学パルスはグループ速度分散と呼ばれるグループ
速度の変動に起因してパルスの拡散を起こす、グループ
速度分散は、屈折率がスペクトル周波数に線型的に依存
することに起因する。これは、光学パルスの異なる様々
なスペクトル部分が異なるグループ速度にて伝播し、結
果として、伝播する光学パルスの時間的拡散が生ずるこ
とを意味する。これに加えて、ファイバーは三次非線型
効化（自己位相変調）を持つが、ここでは、ファイバー
の屈折率ｎは、光の強度Ｉに、式ｎ＝ｎ、十ｎ、Ｉに従
って依存する。ここで、ｎｏは・線型屈折率であり、ｎ
２は非線型屈折率である。負のグループ速度分散をこの
非線型の強度依存効果とバランスさせるとファイバー内
にソリトンが形成される。ｕ＝　（１＋ａ）ｓｅｃｈ　
（ｔ）によって与えられる式の入力光学場は、振幅ａが
−１／　２　＜　ａ　＜　１　／　２のレンジ内に入る
とき、基本ソリトンを含む、更に、有効モード場面積Ａ
　、、、を持つシングル　モード　フィルター内に一つ
のソリトンを生成するために要求されるパルス期間τを
持つ光学パルスのピーク　パワーＰ１は、以下によって
与えられる。

ここで、 Ｐ、は基本ソリトン パワー　Ｚ、はソ リトン期間、 モしてＤは、 ｐ　ｓ　ｅ　ｃ　／　ｎ　ｍ　−ｋ　ｍにおける分散で
ある。ソリトンに関するより詳細な説明に関してはハセ
ガワ（）ｌａｓｅｇａｗａ）らによって、ととす。

肋ｕ」連■、、Ｖｏ１．２３．　Ｎｏ、３．ベージ１４
２　・−４４（１９７３年）に掲載の論文を参照するこ
と。

ソリトンは、ファイバーの異常リジーム（Ｄ＞Ｏ）内を
分散することなく伝播する非線型光学パルスであるが、
異なる偏光状態を持つソリトンは、ファイバーの複屈折
のために異なるグループ速度（“ウオーク　オフ″）に
て伝播する。複屈折は、材料の二つの異なる偏光状態が
異なる速度にて伝播することを許す特性であるが、これ
は、材料が通常及び異常の屈折率を持つため、つまり、
個々の偏光状態に対して異なる屈折率を持つためである
。

最近、原理的には、直角方向に偏光されたソリトンが、
強度依存効果のために互いを捕獲し、ユニットとして伝
播し、複屈折を補償することが示された。

これに関しては、Ｃ，Ｒ，メンユク（Ｃ，Ｒ，Ｍｅｎｙ
ｕｋ）によって、オフティクス　レター（Ｏｐｔｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒ）、Ｖｏｌ、１２、Ｎｏ、　８、ベージ
８１４−６（１９８７年）に掲載の論文、及びＣ，Ｒ，
メンユク（Ｃ，Ｒ，Ｍｅｎｙｕｋ）によって、Ｊ、Ｏｔ
、Ｓｏｃ、＾ｔａ、Ｂ、　Ｖｏｌ、５、Ｎｏ、　２、ベ
ージ３９２−４０２（１９８８年）に掲載の論文を参照
すること、より具体的には、二つのソリトンがそれらの
中心スペクトル周波数を反対方向に、グループ速度分散
を通じて、高速軸に沿ってのソリトンが減速し、低速軸
に沿ってのソリトンが加速するようにシフトする０個々
のソリトンのグループ速度が平衡に達すると、ソリトン
はユニットとして伝播する。これに加えて、捕獲された
ソリトン　ベアは、ファイバーの出力の所に、時間ｔ＋
Δｔにおいて出現する。ここで、ｔはソリトンが単一で
ある場合にその出力の所に出現するであろう時間を表わ
す。

例えば、８０ｐｓｅｃ／ｋｍの偏光分散ΔＢ°を持つ、
直角に偏光されたファイバー内を伝播する３００ｆｓｅ
ｃソリトン　パルス（λ＝１．６８５ｕｍ）の場合、個
々は、そのスペクトル周波数を０゜５２７Ｈｚだけシフ
トする。但し、個々のソリトンのスペクトル　シフトは
、他方のソリトンのスペクトル　シフトと反対方向であ
る。任意の複屈折及びファイバー長に対して、ファイバ
ー内で捕獲が起こるために最少強度が要求される。この
例においては、４２ｐＪのエネルギーを持つパルスが２
０ｍの長さのファイバー内で捕獲が起こるために要求さ
れる。

上に説明のソリトン捕獲の原理を使用して、クリティカ
ル　バイアシングを要求しない様々な光学論理デバイス
が構成されている。入力は、パルスによって表わされ、
ファイバー内のソリトンとして伝播するための十分な振
幅を持つ光学信号であると想定される。更に、これらソ
リトンは、実質的に同一波長、つまり同一のスペクトル
周波数を持つべきである。光学入力間の異なる偏光状態
以外には、これらの間に他の物理的差異は存在しない、
これら光学入力は、これらデバイスに、光学レンズ、結
合器、或いは、例えば、双円コネクターを使用するファ
イバーによって結合される。これに加えて、この動作は
、入力間の相対的な位相にはインセンシティブであり、
原則的に、ある一つのデバイスからの出力は、別のデバ
イスの入力に縦続することができる。

第１図には、排他的ＯＲ機能を遂行するための本発明の
原理に従う一例としての３端子光学デバイスが示される
。このデバイスは二つの光学入力及び一つの光学出力を
持つ、光学デバイスの動作において、複屈折ファイバー
１０４内において、入力光学信号１０１　（データ信号
Ａ）と入力光学信号１０２（データ信号Ｂ）との間にソ
リトン捕獲が起こるものと理解する。従って、データ信
号Ａ及びＢに関して排他的ＯＲ機能を遂行するとき、こ
のデバイスは、これを信号Ａ及びＢの個々のパルスに関
して遂行する。

つまり、この光学デバイスは、排他的ＯＲ機能をｆ（Ａ
、Ｂ）＝Ａ■Ｂとして遂行する。光学信号１０３（信号
Ｃ’）は、データ信号ＡとＢとの光学結合を表わす、更
に、光学信号１０１は、光学信号１０２に対して直角に
偏光する。標準の偏光子及び偏光回転デバイス（図示無
し）が要求される入力信号の偏光を得るために使用でき
る０周波数フィルター１０５がファイバー１０４の出力
の所に位置されたとき、フィルター１０５は、信号Ａ及
びＢの排他的ＯＲ関数を表わす光学信号１０６（データ
信号Ｃ）を抽出する。フィルター１０５は、ファブリペ
ロ　エタロン、回折グレーティング、その他であり得る
。

これらフィルターは、離散要素、例えば、ファイバーを
使用して形成することも、或いは基板上に集積すること
もできる。

このデバイスの動作を理解するために、注意を第１図と
の関連において、第２図から第５図に向ける。

排他的ＯＲ機能に対する動作の説明は、以下の通りであ
る。ファイバー１０４内にソリトンを形成するのに十分
な振幅を持つ光学信号Ａ或いは光学信号Ｂの存在は、論
理“１″であると見なされ、一方、光学信号Ａ或いは光
学信号Ｂの不在或いは分散性波振幅は、論理１１０”を
表わすものとする。第２図は、論理“１″のレベルを持
つ光学信号１０１或いは１０２の周波数スペクトルを示
す、光学信号１０１及び１０２は、ν。の中心スペクト
ル周波数を持つ。

波長λは、周波数νと、λ＝ｃ／ν０の関係を持つこと
に注意する。従って、周波数に対する参照は、別の方法
として、上の式を介しての波長に対する参照を包括すも
のと理解できることに注意する。

フィルター１０５が公称上光学信号１０１及びｌＯ２の
中心スペクトル周波数の中央に位置され、信号Ａ或いは
Ｂが存在する場合、伝送される信号１０６（信号Ｃ）の
振幅は、実質的に、光学信号１０１あるいは１０２の振
幅と等しくなる。第３図は、この特定のケースに対する
光学信号１０Ｂの周波数スペクトルを示す、入力及び出
力中心周波数は一致するが、これらのスペクトル幅は、
フィルター１０５の周波数バンド　バスによって異なる
。一致するデータ信号Ａ及びＢのベアに対しては、これ
ら二つの光学入力信号間でソリトン捕獲が起こる。従っ
て、上で説明されたように、個々のデータ信号のスペク
トル　ピークは、フィルター１０４内において、偏光分
散を補償するためにスペクトル周波数Δν。たけシフト
する。このスペクトル　シフトは、グループ速度分散、
偏光分散、及び光学信号１０１及び１０２のスペクトル
周波数に沿ってのファイバー１０４の長さに依存する。

スペクトル　シフトに対する近似は、Δλ〜Δβ゛／２
Ｄによって与えられるが、ここで、Δλは個々のソリト
ンの波長シフトを表わし、Δβ°は５ｐｓｅｃ／ｋｍに
おける偏光分散を表わし、そしてＤはｐｓｅｃ　・　（
ｎｍ−ｋｍ）−’におけるグループ速度分散を表わす。

第４図には、光学信号１０１及び１０２のスペクトル　
シフトを示す信号Ｃ°の周波数スペクトルが示される。

データ信号Ａ及びＢの両者が論理“１″の場合、出力デ
ータ信号Ｃ°は、両方のデータ信号Ａ及びＢの周波数の
スペクトル　シフトに起因してスペクトル　フィルター
１０５によって実質的に破棄されることが明白である。

第５図には論理“０１１出力レベルにおけるデータ信号
Ｃに対する周波数スペクトルが示される。第３図及び５
図に戻り、大きな方の正規化強度レベルは論理１１１１
１出力レベルであり、小さな方は、論理“０′″出力レ
ベルである。

これら二つの出力論理レベルは、絶対強度の関数ではな
く、むしろデータ信号Ｃの振幅間の相対強度の関数であ
る。上の議論から、当業者においては、この光学デバイ
スが排他的ＯＲゲートとして動作することが明らかであ
る。つまり、光学信号Ａ或いはＢの両者ではなくいずれ
かが論理”１″であると、光学信号１０３は、フィルタ
ー１０５を通過することができる。従って、このデバイ
スは以下の真理テーブルに従って動作する。

偏光子（図示無し）をフィルター１０５と縦に接続して
位置することにより、第１図に示される光学デバイスは
、インバーター（ＮＯＴ）として動作するように変換す
ることもできる。偏光子は、様々な構成を持つことがで
きるが、但し、これら構成の全ては、特定の偏光状態を
選択し、他の全てを破棄するというある物理的メカニズ
ムに基づく、より具体的には、このケースにおいては、
この偏光子は、光学信号１０２（信号Ｂ）と同一の偏光
状態を持つ光学信号のみを伝送する。信号Ｂが論理′１
゛°に保持された状態では、この偏光子を通じて伝送さ
れる出力光学信号は、データ信号Ａのレベルと論理的に
反対である。つまり、この光学デバイスは、ここでは、
ブーレン関数ｆ　（Ａ）＝Ａを遂行する。

フィルター１０５の中心バンド　パス周波数がＶ＋Δν
。或いはシーΔν。のいずれかのスペクトル周波数の中
心に位置されると、第１図に、示される光学デバイスは
、ＡＮＤ機能：ｆ（Ａ％　Ｂ）＝Ａ−Ｂを遂行する。つ
まり、データ信号Ａ及びＢが存在するときにのみ、ソリ
トン捕獲が起こり、従って、光学信号１０３がフィルタ
ー１０５内を通過することができる。ＡＮＤ機能がこう
して以下に示される真理テーブルに従って遠戚される。

データ信号Ｃの中心周波数は、データ信号Ａ及びＢの両
方と異なるが、それでもこのデバイスは、縦に接続が可
能である。追加される複雑さは、後続デバイス内のフィ
ルターの中心周波数がシフトされν＋Δν。からシーΔ
ν。に変えられなければならないことである。

実験例おいては、３００ｆｓｅｃの幅及び１．６８５ｕ
ｍの波長を持つ光学パルスが排他的ＯＲ機能、ｆ　（Ａ
％　Ｂ）＝Ａ■Ｂを実演するための光学信号６０７（信
号Ａ）及び６０８（信号Ｂ）として使用された。第６図
において、光線６０７及び６０８は多重量子井戸バシプ
　モデルロックＮａ：Ｃ１色素中心レーザー６０１から
得られた。入力パワーを複屈折ファイバー６１０に調節
するために、可変減衰器６０２がレーザー６０１の後ろ
に置かれた。光学信号をファイバー６１０に結合及びこ
れから出すために使用されたレンズは図示されてない、
また、光学コネクターを持つファイバーがファイバー６
１０の主軸に光学的に結合するために使用されることに
注意する。複屈折ファイバー６１０は、約２０メートル
の長さ、８０ｐｓｅｃ／ｋｍの偏光分散、１．５１ｕｍ
のゼロ分散波長及び０．０５ｐｓｅｃ／ｋｍ・ｎ　ｍ　
”の分散傾斜を持つ、また、光学イソレータ６０３によ
って、レーザー６０１へのフィードバックが阻止された
。偏光光線スプリッター６０５及び６０６がミラー６１
４及び６１５と一体となって、レーザー６０１からの光
学パルスを光学信号６０７及び６０８を生成するために
分離及び再結合するために使用された。半波長プレート
６０４によって、信号Ａ及びＢの振幅が実質的に同一と
なるように調節され、半波長プレート６０９によって、
要求されるファイバー軸に沿って信号Ａ及びＢの偏光状
態が整合された。ミラー６１２及び８１３（８５％反射
）が周波数フィルター６１１として機能するファブリペ
ロ　エタロンを形成するように配列された。ミラー６１
２と６１３との間の間隔が７５ｕｍに調節された場合、
このエタロンは、２０のフィネス及び０゜２ＴＨｚのバ
ンド　バス周波数Δνを持つ、このケースにおいては、
ファブリペロ　エタロンは、光学信号６０７及び８０８
の中心周波数と一致する中心バンド　バス周波数を持つ
ように調節された。データ信号Ａ或いはＢ（〜４２ｐＪ
パルス）のいずれかのみがファイバー６１０に入射され
たときは、光学信号６１　ｅ　ｉｔ、時間的に３００ｆ
　ｓｅｅから６２０ｆｓｅｃに広がり、スペクトル　シ
フトは観察されない、但し、データ信号Ａ及びＢが時間
的に一致したときは、ソリトン捕獲の現象の結果として
、光学信号６０７及び６０８のスペクトル　ビーク間に
約１．０３７Ｈｚの周波数スプリッティングが観察され
た。更に、捕獲されたパルス（信号Ａ及びＢ）の中心は
、４００ｆ　ｓｅｃと狭くなる。フィルター６１１の出
力の所の論理“０”と“１″との間の高いコントラスト
比が得られた。より具体的には、８：ｌのコントラスト
比が測定された。つまり、信号Ａ或いはＢのどちらかが
存在する状態においては、光学信号６１６（信号Ｃ）の
振幅がＡ及びＢの両方が一緒に存在するときよりも８倍
大きくなる。

光学信号６０７．６０８及び６１６の周波数は、実質的
に同一であるが、光学信号６１６は、時間的に、おおむ
ねフィルター６１１の周波数バンド　バスの逆数１／Δ
νに比例して広がる。別のデバイスに縦続するためには
、データ信号Ｃは、ソリトンとして伝播できることが必
要である。これは、フィルターのバンド　バスを広げて
、論理出力レベル間のコントラスト比を低下させること
を要求する０例えば、７０％反射ミラー（バンドパス〜
０．５８ＴＨ２）を使用することによって、論理出力レ
ベルのコントラスト比が５：１に低減された。

第７図には、出力信号周波数をシフトしないＡＮＤ光学
デバイスに対するもう一つの実施態様が示される。この
実施態様は、マツハーツエンダー干渉計を使用する。マ
ツハーツエンダー干渉計においては、入力光学信号が要
求される効果を生成するために少し異なる伝播定数を支
持する二つの別個の光学経路に分岐される０例えば、光
学信号は一つの入力ファイバーに注入され、信号スプリ
ッティング　Ｙブランチによって離れた二つのブランチ
　ファイバーに分割される。このファイバー　ブランチ
の一つ或いは両方に対する伝播定数は、個々のブランチ
　ファイバー内の光学信号間にこれらが再結合Ｙ−ブラ
チンによって出力ファイバー内に結合されたとき相対位
相差が与えられるように調節される。

第７図に示されるように、マツハーツエンダー干渉計は
、入力ファイバー７０１及び７０２、信号スプリッティ
ング　Ｙ−ブランチ７０３、結合９１７１３、再結合Ｙ
−ブランチ７０４、干渉計アーム　ファイバー７０５及
び７０Ｂ及び出力ファイバー７０７を含む、更に、干渉
計とともに、周波数フィルター７０８及び偏光子７０９
が示される。干渉計は、フィルター７０８及び偏光子７
０９と一体となって、ＡＮＤ論理デバイスを構成する０
周波数フィルター７０８は、光学信号７１０（データ信
号Ａ）及び７１１（データ信号Ｂ）の中心周波数を中心
とするバンド　バス周波数を持つ、偏光子７０９は、光
線７１１と同一の偏光状態を持つ光学信号を伝送するよ
うに整合される。これに加えて、干渉計のアームの伝播
定数は、データ信号Ｂのみが存在するとき、二つのアー
ム７０５と７０６との間の相対位相差が破壊的干渉を起
こし、結合Ｙ−ブランチ７０４の出力の所にゼロを生成
するように調節される。単独にて存在するデータ信号Ａ
は、フィルター７０８を通過するが、但し、偏光子７０
９によって　ＩＩ　Ａ　’が正しい偏光状態を持たない
ためにブロックされる。ソリトン捕獲は、アーム７０５
内において、データ信号Ａ及びデータ信号Ｂが存在する
時にのみ起こる。

このため、これら光学信号がファイバー　アーム７Ｏ５
及び７０６内で再結合する場合、これらは、アーム７０
５内において起こるソリトン捕獲の結果として、これら
はスペクトル的にも時間的にも両方ともオフセットする
ために、破壊的に干渉することはない、アーム７０Ｂ内
のデータ信号Ｂは、従って、フィルター７０８及び偏光
子７０９０両方を通過する。従って、この光学デバイス
の動作はＡＮＤ機能である。つまり、データ信号Ｃは、
データ信号Ａ及びＢのそれぞれが論理“ｌ”であるとき
にのみ論理１゛１”となる。

！１８図はＡＮＤ光学デバイスに対する更にもう一つの
実施態様を示す、マツハーツエンダー干渉計は、ファイ
バー８０２及び３ｄＢ結合器８０４から成るファイバー
　ループ　ミラー構成によって形成される。入力光線８
０５（信号Ｂ）は３ｄＢ結合器８０４によって、二つの
光学信号Ｅｌｃｗ及びＢ　ｃｃｗに分岐される。ファイ
バー８０２内の（信号“ＢＣＩＦ”と関連する）右回り
伝播経路と（信号“Ｅ３ｃｃｗ”と関連する）左回り伝
播経路は、第８図内の矢印によって示されるように干渉
計の二つのアームを構成する。

図示される如く、ファイバー　ループ　シラーとともに
、周波数フィルター８０８、偏光選択性結合器８０３、
及び偏光子８０９が存在する。フィルター８０８のバン
ド　バス周波数は、入力光学信号８０６（信号Ａ）と８
０５（信号Ｂ）の周波数の中心に置かれる。前の幾つか
の実施態様と同様に、この二つの入力光学信号は、互い
に対して直角に偏光される。偏光子８０９は、光学信号
８０５（信号Ｂ）と同一の偏光状態を持つ光学信号を伝
送するように整合される。単独で存在するデータ信号Ａ
は、ファイバー８０１から偏光選択性結合器８０３によ
って、ファイバー　ループ　ミラー８０２の右回り伝播
アーム内に結合される。データ信号Ａは、フィルター８
０８は通過するが、これが正しい偏光状態を持たないた
めに、偏光子８０９によってブロックされる。

ファイバー　ループ　ミラーは、データ信号Ｂが存在す
るとき、分岐されたデータ信号ＢｃｗとＢ　ＣＣＶとの
間の相対位相差によって、破壊性の干渉が起こり、結合
器８０４の出力の所にゼロが生成されるように調節され
る。ソリトン捕獲は、ファイバー８０２内においで、デ
ータ信号ＡとＥｌｃｗとの間に、データ信号ＡとＢが存
在するときにのみ起こる。このため、データ信号ＡとＢ
（ＢｃｗとＢｃｃｗ）とが結合器８０４の所で再結合す
るとき、これらは、信号″Ａ”とＢ”のスペクトル及び
時間的シフトの両方に起因して破壊的に干渉しない、デ
ータ信号Ｂの分岐された信号−つ（Ｂｃｃｗ）は、従っ
て、フィルター８０８及び偏光子８０９を通過すること
ができる。出力光線８０７（信号Ｃ）によって表わされ
るＡＮＤ動作がこうしてデータＡ及びＢに関して遂行さ
れる。

上の様々な実施態様に加えて、ＮＯＲ動作を遂行する光
学デバイスを本発明の原理に従って構成することができ
る。第９図に示されるように、この光学デバイスは、フ
ァイバー９０１．９０９及び９１０１偏光選択的結合器
９０５、フィルター９０６及び偏光子９０７から成る。

光学信号９０３（データ信号Ａ）及び９０４（データ信
号Ｂ）は、光学信号９０２（°°起動°゛信号）に直角
的に偏光される。フィルター９０６の中心バンド　バス
周波数は、光学信号９０２、＋１１０３、及び９０４の
中心周波数と一致する。さらに、偏光子９０７は、光学
信号９０２と同一の偏光状態を持つ光学信号のみを通過
させる。更に、光学信号８０２は、光学信号９０３と９
０４に時間的に一致することに注意する。換言すれば、
光学信号９０２は、ファイバー９０１の入力の所で光学
信号８０３と一致し、光学信号９０２と偏光選択性結合
１１９０５の所で光学信号９０４と一致する。

このデバイスの動作は、以下の通りである。光学値゛号
９０３と９０４の不在の下では、光学信号９０２はフィ
ルター９０８及び偏光子９０７を通過する。

大きな強度を持つ光学信号９０８（データ信号Ｃ）は、
こうして、偏光子９０？の所に出現する。光学信号９０
３が光学信号９０２（“起動°°倍信号とともに存在す
ると、ファイバー９０１内のこれら光学、信号から成る
パルス間においてソリトン捕獲が起こる。こうして、光
学信号９０２及び９０３に対してスペクトル　シフトが
起こり、光学信号９０８に対してＯが出現する。同様に
光学信号９０２と９０４のみが一致する場合は、偏光選
択性結合器９０５によって結合された光学信号９０４が
ファイバー９１Ｏ内において光学信号９０２とともに捕
獲され、偏光子９０７の出力の所にゼロが検出される。

三つの全部の光学信号９０２，９０３及び９０４が存在
するときは、光学信号９０８に対してゼロの出力が与え
られる。このケースにおいては、ソリトン捕獲がファイ
バー９０１内において、光学信号９０２と９０３との間
に起こり、従って、光学信号９０４は、これらの異なる
周波数及びタイミングのために、光学信号９０２とも９
０３とも相互作用しない、従って、光学信号９０２．９
０３及び９０４のいずれも、ファイバーの組合わせ９０
６及び９０７を通過することができる。このことから、
このデバイスは、光学信号Ａ及びＢに関して、ＮＯＲ機
能：ｆ（Ａ、Ｂ）＝Ａ＋Ｂを遂行することがわかる。

デバイスが縦に接続できるためには、出力信号が続く光
学デバイスの入力ファイバー内をソリトンとして伝播で
きることが要求される。−１／２＜ａ＜１／２に対する
振幅のレンジ内においては、ソリトンが断熱的に形を変
え、漸近ソリトン電場ｕｃｏ＝（１＋２ａ）ｓｅｃｈ　
［１＋２ａ）ｔ］を持つπ領域パルスを形成するａ　　
ａ　＜　Ｏに対しては、ソリトンは、ファイバー内にお
いて広がり、ａ　＞　Ｏに対しては、ソリトンは狭くな
る。従って、縦続できるようにするための一例としての
方法は、片方のデバイスの論理″１”出力レベルを−１
／　２　＜　ａ　＜　１　／　２のレンジ内に入るよう
にし、この論理“ゼロ゛°出力レベルをａ＞−１／２の
レンジ内に入るように要求することである。

これらファイバーに対する複屈折考察のと関係において
は、二つの直角に偏光されたソリトン間でソリトン捕獲
が起こるためには、距離Ｚ０の後のこれら二つのソリト
ン間の分離が入力信号のパルス幅τ以下であることが要
求されることに注意する。これは、Δβ°　・Ｚｏ≦τ
を意味する。ここで、Δβ。

は偏光複屈折であり、おおむねΔｎ／ｃによって与えら
れる（Δｎは通常及び異常屈折率間の屈折率差である）
。

当業者においては、本発明の原理を具現し、本発明の精
神及び範囲内に入る様々な他の変更が可能である０例え
ば、あるデバイスからの出力光学信号を類似のデバイス
の入力に縦に接続する前に、この光学信号をファイバー
の更にある長さ内においてラマン増幅するこ ともできる。これに関しては、例えば、Ｌ、　　Ｆ、　
　モレナー（Ｌ、　Ｆ−Ｍｏｌ　１ｅｎａｕｅｒ）らに
よって、　Ｏｐｔ、Ｌｅｔｔ、。

Ｖｏｌ、１０、Ｎｏ、　５、ページ２２９−３１（１９
８５年）に掲載の論文を参照すること、ラマン増幅を使
用して、出力光学信号をその入力光学信号のもとの形状
及び強さに回復することができる。基本ソリトンの一定
のπ領域に接近する傾向を論理レベルの回復に有効に使
用することができる。つまり、出力光学信号が増幅され
たとき、論理“０°“信号は分散性波にとどまり、論理
°“１”信号は狭くなり、このパルスから非ソリトン部
分が剥離されなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図、第７図、第８図、及び第９図は、排他
的ＯＲ１インバーター　Ａ　Ｎ　Ｄ、　及びＮＯＲゲー
トを含む本発明の原理に従う光学論理デバイスの一例と
しての実施態様を示す図；そして第２図−第５図は、第
１図に示される光学デバイスに対する入力及び出力光学
信号の正規化された強度対周波数プロフィルのグラフを
示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０４．８１０　　・・・　ファイバー６０５．６０６
　　・・・　偏光光線スプリッター６１２．６１３． ６１４．６１５　　・・　λツー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一及び第二の光学信号に関して、ブーレン論理動
   作を遂行するための光学論理デバイスにおいて、該光学
   論理デバイスが： 第一の光学信号が実質的に第二の光学信号に対して直角
   に偏光された該第一及び第二の光学信号に応答して該第
   一と第二の光学信号の個々のパルス間にソリトン捕獲が
   起こるようにするための誘電導波路手段； 該第一及び第二の光学信号を該誘電導波路手段の入力端
   に光学的に結合するための手段；及び該誘電導波路手段
   の出力端の所に光学的に結合され、該第一及び第二の光
   学信号の所定のスペクトル部分をろ波するための手段を
   含むことを特徴とする光学論理デバイス。 ２、請求項１に記載の光学論理デバイスにおいて、該結
   合するための手段が該第二の光学信号を該第一の光学信
   号に対して実質的に直角に偏光するための手段を含むこ
   とを特徴とする光学論理デバイス。 ３、請求項２に記載の光学論理デバイスにおいて、該ろ
   波するための手段がフアブリペロエタロンを含むことを
   特徴とする光学論理デバイス。 ４、請求項３に記載の光学論理デバイスにおいて、該誘
   電導波路手段が光ファイバーを含むことを特徴とする光
   学論理デバイス。 ５、請求項４に記載の光学論理デバイスにおいて、該所
   定のスペクトル領域が該ブーレン論理動作が排他的ＯＲ
   機能となるように該第一及び第二の光学信号の波長の中
   心に置かれることを特徴とする光学論理デバイス。 ６、請求項４に記載の光学論理デバイスにおいて、該所
   定のスペクトル領域が該ブーレン論理動作がＡＮＤ機能
   となるように該第一及び第二の光学信号の該ソリトン捕
   獲によるスペクトルシフト波長の中心に置かれることを
   特徴とする光学論理デバイス。 ７、請求項３に記載の光学論理デバイスにおいて、該出
   力端に光学適に結合され該第一及び第二の光学信号の所
   定の偏光状態を伝送するための手段が更に含まれ、該所
   定の偏光状態が実質的に該第二の光学信号の偏光状態と
   同一であり、該所定のスペクトル領域が該ブーレン論理
   動作がＡＮＤ機能となるように該第一及び第二の光学信
   号の波長の中心に置かれることを特徴とする光学論理デ
   バイス。 ８、請求項７に記載の光学論理デバイスにおいて、該誘
   電導波路手段が第一及び第二の別個の光学経路を該光学
   経路の各々の上に光学信号伝播をサポートするために含
   むことを特徴とする光学論理デバイス。 ９、請求項８に記載の光学論理デバイスにおいて、該第
   一の光学信号を該第一の光学経路に結合するための手段
   、該第二の光学信号を該第一及び第二の光学経路の各々
   に結合するための手段、及び該第一及び第二の光学経路
   を一つの出力信号に結合するための手段が更に含まれる
   ことを特徴とする光学論理デバイス。 １０、請求項９に記載の光学論理デバイスにおいて、該
   誘電導波路手段が夫々該第一及び第二の分離された光学
   経路に対応する第一及び第二の光ファイバーを含むこと
   を特徴とする光学論理デバイス。 １１、請求項９に記載の光学論理デバイスにおいて、該
   誘電導波路手段が光ファイバーを含み、該第一及び第二
   の光学経路が該光ファイバー内の逆の伝播方向に対応す
   ることを特徴とする光学論理デバイス。 １２、第一及び第二の光学信号に関してＮＯＲブーレン
   論理を遂行するための光学論理デバイスにおいて、該光
   学論理デバイスが 該第一及び第二の光学信号並びに第三の光学信号に応答
   して該第一と第三の光学信号の個々のパルス間でソリト
   ン捕獲が起こるようにし、また該第一の光学信号の不在
   下においては、該第二と第三の光学信号の個々のパルス
   間においてソリトン捕獲が起こるようにするための誘電
   導波路手段を含み、ここで、該第三の光学信号が該第一
   及び第二の光学信号に対して実質的に直角に偏光され；
   該論理デバイスが更に 該第一、第二及び第三の光学信号を該誘電導波路の入力
   端に光学的に結合するための手段；及び該誘電導波路手
   段の出力端に光学的に結合され該第一、第二及び第三の
   光学信号の所定のスペクトル領域をろ波するための手段
   を含み、該所定のスペクトル領域が該第一及び第二の光
   学信号の波長の中心に置かれ；該デバイスが更に 該出力端に光学的に結合され該第一及び第二の光学信号
   の所定の偏光状態を伝送するための手段を含み、該所定
   の偏光状態が該第三の光学信号の偏光状態と実質的に同
   一であることを特徴とする光学論理デバイス。 １３、請求項１２に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該結合するための手段が該第三の光学信号を該第一及び
   第二の光学信号に対して実質的に直角に偏光するための
   手段を含むことを特徴とする光学論理デバイス。 １４、請求項１３に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該ろ波するための手段がファブリぺロエタロンを含むこ
   とを特徴とする光学論理デバイス。 １５、請求項１４に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該誘電導波路手段が光ファイバーを含むことを特徴とす
   る光学論理デバイス。 １６、第一の光学信号に関してＮＯＴブーレン論理動作
   を遂行するための光学論理デバイスにおいて、該光学論
   理デバイスが： 該第一及び第二の光学信号に応答して、該第一と第二の
   光学信号の個々のパルスの間でソリトン捕獲が起こるよ
   うにするための誘電導波路手段を含み、該第一の光学信
   号が該第二の光学信号に対して実質的に直角に偏光され
   ；該デバイスが更に該第一及び第二の光学信号を該誘電
   導披路手段に光学的に結合するための手段；及び 該誘電導披路手段の出力端に光学的に結合され該第一及
   び第二の光学信号の所定のスペクトル領域をろ波するた
   めの手段を含み、該所定のスペクトル領域が該第一及び
   第二の光学信号の波長の中心に置かれ；該デバイスが更
   に 該出力端に光学的に結合され該第一及び第二の光学信号
   の所定の偏光状態を伝送するための手段を含み、該所定
   の偏光状態が実質的に該第二の光学信号の偏光状態と同
   一であることを特徴とする光学論理デバイス。 １７、請求項１６に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該結合するための手段が該第二の光学信号を該第一の光
   学信号に対して実質的に直角に偏光するための手段を含
   むことを特徴とする光学論理デバイス。 １８、請求項１７に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該ろ波するための手段がフアブリペロエタロンを含むこ
   とを特徴とする光学論理デバイス。 １９、請求項１８に記載の光学論理デバイスにおいて、
   該誘電導波路手段が光ファイバーを含むことを特徴とす
   る光学論理デバイス。