JPH04265956A - 光論理素子 - Google Patents
光論理素子Info
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- JPH04265956A JPH04265956A JP3297752A JP29775291A JPH04265956A JP H04265956 A JPH04265956 A JP H04265956A JP 3297752 A JP3297752 A JP 3297752A JP 29775291 A JP29775291 A JP 29775291A JP H04265956 A JPH04265956 A JP H04265956A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3511—Self-focusing or self-trapping of light; Light-induced birefringence; Induced optical Kerr-effect
- G02F1/3513—Soliton propagation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光論理素子に関し、特
に、ソリトン・パルスに作用する素子に関する。
に、ソリトン・パルスに作用する素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超高速光論理素子が、光計算及び光スイ
ッチングのような新出技術を引き続き成熟させるために
必要とされている。光型の、縦続接続可能なソリトン論
理素子が、最近、数ピコジュール（ｐｊ）のスイッチン
グ・エネルギーと六個の論理出力を与えるために、複屈
折光ファイバーで立証されている。例えば、１９９０年
に発行された「オプティカル・レター（Ｏｐｔ． Ｌｅ
ｔｔ．，）」誌、１５巻、４１７頁以降の論文を参照の
こと。この系統の論理素子に対する論理出力は、時間偏
移キーイング規準に従って表されている。即ち、論理“
１”は所望の時間スロット、即ち、サンプリング期間内
における制御パルスの発生に対応し、論理“０”はこの
所望の時間スロット、即ち、サンプリング期間内に制御
パルスが実質的に存在しないことに対応する。論理演算
は、制御パルスを複屈折光ファイバー中の信号パルスと
の相互作用をつうじて、遅延、即ち、時間偏移させるこ
とによって達成される。それらの相互作用によってソリ
トン・ドラッギング効果が生じる。
ッチングのような新出技術を引き続き成熟させるために
必要とされている。光型の、縦続接続可能なソリトン論
理素子が、最近、数ピコジュール（ｐｊ）のスイッチン
グ・エネルギーと六個の論理出力を与えるために、複屈
折光ファイバーで立証されている。例えば、１９９０年
に発行された「オプティカル・レター（Ｏｐｔ． Ｌｅ
ｔｔ．，）」誌、１５巻、４１７頁以降の論文を参照の
こと。この系統の論理素子に対する論理出力は、時間偏
移キーイング規準に従って表されている。即ち、論理“
１”は所望の時間スロット、即ち、サンプリング期間内
における制御パルスの発生に対応し、論理“０”はこの
所望の時間スロット、即ち、サンプリング期間内に制御
パルスが実質的に存在しないことに対応する。論理演算
は、制御パルスを複屈折光ファイバー中の信号パルスと
の相互作用をつうじて、遅延、即ち、時間偏移させるこ
とによって達成される。それらの相互作用によってソリ
トン・ドラッギング効果が生じる。
【０００３】ソリトンは、そのソリトン波長が複屈折光
ファイバー中での異常群速度分散に対応するとき、分散
せずに光ファイバー中を伝播する非直線光パルスである
。複屈折は、その材料が各偏光状態について異なる屈折
率、即ち通常屈折率と異常屈折率とを有するので、二つ
の異なる偏光状態を異なる速度で伝播させる材料の属性
である。異なる屈折率を持つソリトンは、その光ファイ
バーの複屈折により、異なる群速度で進ことができる。 一つのパルスが別のパルスより遅れて進むとき、この状
態は「ウォーク・オフ（ｗａｌｋ−ｏｆｆ）」と称され
、各パルスがそのパルスの中心周波数に周波数偏移を引
き起こす。この周波数偏移は「チャープ（ｃｈｉｒｐ）
」と呼ばれている。パルスの周波数偏移は、光ファイバ
ーの残る長さ部分で、光ファイバーの群速度分散によっ
て時間偏移に変換される。
ファイバー中での異常群速度分散に対応するとき、分散
せずに光ファイバー中を伝播する非直線光パルスである
。複屈折は、その材料が各偏光状態について異なる屈折
率、即ち通常屈折率と異常屈折率とを有するので、二つ
の異なる偏光状態を異なる速度で伝播させる材料の属性
である。異なる屈折率を持つソリトンは、その光ファイ
バーの複屈折により、異なる群速度で進ことができる。 一つのパルスが別のパルスより遅れて進むとき、この状
態は「ウォーク・オフ（ｗａｌｋ−ｏｆｆ）」と称され
、各パルスがそのパルスの中心周波数に周波数偏移を引
き起こす。この周波数偏移は「チャープ（ｃｈｉｒｐ）
」と呼ばれている。パルスの周波数偏移は、光ファイバ
ーの残る長さ部分で、光ファイバーの群速度分散によっ
て時間偏移に変換される。
【０００４】上記の光論理素子については、制御パルス
がその複屈折光ファイバーの高速軸上に導入され、一方
、データ信号がその光ファイバーの低速軸に沿って導入
される。ウォーク・オフ動作中は、パルスの相互作用が
非対称であることが必要であり、その結果、有効チャー
プが生じる。相互作用が対称であれば、相互作用の前半
（パルスが互いに向かって行くとき）の期間に生じたチ
ャープが、その相互作用の後半（パルスが互いから離れ
て行くとき）の期間に引き起こされたチャープによって
正確に相殺される。非対称状態は、互いにパルスが実質
的に一致しているか、または重複している制御信号とデ
ータ信号とを有することによって達成され、その結果、
それらのパルスが単にお互いから離れて行く（ウォーク
・オフ）ように見える。光ファイバー中で必要な度合い
の相互作用を達成ために、その素子へ入力されたパルス
の１パルス幅程度の重複または一致が推奨されている。 数百フェムト秒のパルス幅が、この系統の論理素子で立
証されている。
がその複屈折光ファイバーの高速軸上に導入され、一方
、データ信号がその光ファイバーの低速軸に沿って導入
される。ウォーク・オフ動作中は、パルスの相互作用が
非対称であることが必要であり、その結果、有効チャー
プが生じる。相互作用が対称であれば、相互作用の前半
（パルスが互いに向かって行くとき）の期間に生じたチ
ャープが、その相互作用の後半（パルスが互いから離れ
て行くとき）の期間に引き起こされたチャープによって
正確に相殺される。非対称状態は、互いにパルスが実質
的に一致しているか、または重複している制御信号とデ
ータ信号とを有することによって達成され、その結果、
それらのパルスが単にお互いから離れて行く（ウォーク
・オフ）ように見える。光ファイバー中で必要な度合い
の相互作用を達成ために、その素子へ入力されたパルス
の１パルス幅程度の重複または一致が推奨されている。 数百フェムト秒のパルス幅が、この系統の論理素子で立
証されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような超高速の素
子動作については、不相応な量のパルスのタイミングを
合わせる世話が、制御パルスとデータ・パルスとが、確
実に大群のそのような素子のうちの一光論理素子の入力
で、適切に一致するようにするために必要である。ひい
ては、このことは各信号パスが臨界的なタイミングを持
つパスとして取り扱われなければならないことを意味し
ている。光ファイバーの長さは、厳格なパルス・タイミ
ング要件に適合するために、正確に調整されなければな
らない。
子動作については、不相応な量のパルスのタイミングを
合わせる世話が、制御パルスとデータ・パルスとが、確
実に大群のそのような素子のうちの一光論理素子の入力
で、適切に一致するようにするために必要である。ひい
ては、このことは各信号パスが臨界的なタイミングを持
つパスとして取り扱われなければならないことを意味し
ている。光ファイバーの長さは、厳格なパルス・タイミ
ング要件に適合するために、正確に調整されなければな
らない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ソリトンベースの論理素
子に対するタイミング制約の緩和は、光論理素子にデー
タ信号パルスを導入する前に、そのパルスの特性を変更
することによって達成される。この特性変更によって、
データ信号パルスは、それが制御パルスと相互に作用し
ている期間、即ち光論理素子の複屈折ソリトン光ファイ
バーでのウォーク・オフ期間中に、そのパルス形状を変
化される。このような特性変更を実現する部類のエレメ
ントのうちの一例は、注目の波長で通常群速度分散を禁
止する分散性エレメントを有する。
子に対するタイミング制約の緩和は、光論理素子にデー
タ信号パルスを導入する前に、そのパルスの特性を変更
することによって達成される。この特性変更によって、
データ信号パルスは、それが制御パルスと相互に作用し
ている期間、即ち光論理素子の複屈折ソリトン光ファイ
バーでのウォーク・オフ期間中に、そのパルス形状を変
化される。このような特性変更を実現する部類のエレメ
ントのうちの一例は、注目の波長で通常群速度分散を禁
止する分散性エレメントを有する。
【０００７】動作状態では、データ信号パルスが、所定
量の通常群速度分散を有するエレメントを通じて伝播す
ることによって特性変更される。特性変更されたデータ
信号パルスが光論理素子に導入された後で、このデータ
信号パルスが再び光論理素子、特にその中の複屈折光フ
ァイバーを、この光ファイバーが異常群速度分散を生じ
る波長で通って伝播するとき、形状を変化する。この形
状変化によって、制御パルスによって見られるような光
ファイバーの非直線インデックスの変化が生じ、それに
よって論理演算を実行するために必要な、制御パルスと
データ・パルスとの間の相互作用が可能となる。従って
、データ信号パルスの特性変更によって、データ・パル
スと制御パルスとは、時間的には実質的に重複または一
致しなくなる。
量の通常群速度分散を有するエレメントを通じて伝播す
ることによって特性変更される。特性変更されたデータ
信号パルスが光論理素子に導入された後で、このデータ
信号パルスが再び光論理素子、特にその中の複屈折光フ
ァイバーを、この光ファイバーが異常群速度分散を生じ
る波長で通って伝播するとき、形状を変化する。この形
状変化によって、制御パルスによって見られるような光
ファイバーの非直線インデックスの変化が生じ、それに
よって論理演算を実行するために必要な、制御パルスと
データ・パルスとの間の相互作用が可能となる。従って
、データ信号パルスの特性変更によって、データ・パル
スと制御パルスとは、時間的には実質的に重複または一
致しなくなる。
【０００８】本発明の原理により、タイミングの制約は
、論理素子の動作を劣化させずに、データ信号パルスと
制御パルスとの間を３パルス幅の広さ分、一時的に離隔
することが可能となるように充分緩和される。特性変更
を実行する際に使用するのに適当な分散性エレメントの
幾つかの実施例には、分散偏移光ファイバー、逆平行分
散格子対、及びギレス・ターニヤ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕ
ｒｎｉｏｒ）干渉計が含まれる。
、論理素子の動作を劣化させずに、データ信号パルスと
制御パルスとの間を３パルス幅の広さ分、一時的に離隔
することが可能となるように充分緩和される。特性変更
を実行する際に使用するのに適当な分散性エレメントの
幾つかの実施例には、分散偏移光ファイバー、逆平行分
散格子対、及びギレス・ターニヤ（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕ
ｒｎｉｏｒ）干渉計が含まれる。
【０００９】
【実施例】図１は、改良された光論理装置を示すもので
、特性変更エレメントがソリトンベースの光補論理素子
の入力ポートに接続され、入力パルスに対するタイミン
グの制約を大幅に緩和することを可能にしている。従来
の素子では、この素子内で適当な相互作用（例えば、ソ
リトン・ドラッギング）が起きる機会をもたらすために
、制御信号Ｃとデータ信号Ｓとが光論理素子の入力段で
実質的に一致または重複することが必要であった。
、特性変更エレメントがソリトンベースの光補論理素子
の入力ポートに接続され、入力パルスに対するタイミン
グの制約を大幅に緩和することを可能にしている。従来
の素子では、この素子内で適当な相互作用（例えば、ソ
リトン・ドラッギング）が起きる機会をもたらすために
、制御信号Ｃとデータ信号Ｓとが光論理素子の入力段で
実質的に一致または重複することが必要であった。
【００１０】本発明の原理により、図１に示される如く
、特性変更エレメントを有することによって、データ信
号が分散効果をつうじて所定の特性変更を受け、その結
果、特性変更されたデータ信号が制御信号と相互に作用
している期間中、このデータ信号が光論理素子内で次の
特性変更を受ける。この次の特性変更と相互作用とによ
って、制御信号の周波数偏移が起こり、光ファイバーの
分散によってこの周波数偏移が論理演算のために必要な
時間偏移に変換される。上記特性変更エレメントを使用
することによって、制御信号とデータ信号との間のタイ
ミングの不整合を補償することができる。即ち、制御信
号とデータ信号とは、光装置の入力（パス２及び３）で
時間が一致することは要求されない。
、特性変更エレメントを有することによって、データ信
号が分散効果をつうじて所定の特性変更を受け、その結
果、特性変更されたデータ信号が制御信号と相互に作用
している期間中、このデータ信号が光論理素子内で次の
特性変更を受ける。この次の特性変更と相互作用とによ
って、制御信号の周波数偏移が起こり、光ファイバーの
分散によってこの周波数偏移が論理演算のために必要な
時間偏移に変換される。上記特性変更エレメントを使用
することによって、制御信号とデータ信号との間のタイ
ミングの不整合を補償することができる。即ち、制御信
号とデータ信号とは、光装置の入力（パス２及び３）で
時間が一致することは要求されない。
【００１１】図１に示される如く、制御信号Ｃは光ファ
イバー２を通って光論理素子１の第一入力ポートへ供給
される。データ信号Ｓは光ファイバー３に沿って特性変
更エレメント４へ供給され、特性変更エレメント４は、
次いで光ファイバー５を通り光論理素子１の第二入力ポ
ートに接続されている。信号ＳとＳ′の位相は、概して
信号Ｃの位相と直交している。この装置は、信号Ｓ′と
Ｃの位相が直交している場合のみに実現することができ
るように意図されている。制御信号Ｃは、通常、光論理
素子１内の複屈折光ファイバーの高速軸と同様の向きに
合わされている。
イバー２を通って光論理素子１の第一入力ポートへ供給
される。データ信号Ｓは光ファイバー３に沿って特性変
更エレメント４へ供給され、特性変更エレメント４は、
次いで光ファイバー５を通り光論理素子１の第二入力ポ
ートに接続されている。信号ＳとＳ′の位相は、概して
信号Ｃの位相と直交している。この装置は、信号Ｓ′と
Ｃの位相が直交している場合のみに実現することができ
るように意図されている。制御信号Ｃは、通常、光論理
素子１内の複屈折光ファイバーの高速軸と同様の向きに
合わされている。
【００１２】光論理素子１は、簡略化した形ちで図示さ
れており、複屈折光ファイバー７に接続されている偏光
ビーム・スピリッター６及び出力偏光ビーム・スピリッ
ター８を有する。光論理素子１からの出力は、光ファイ
バー９、或いは出力偏光ビーム・スピリッター８との光
結合を可能にする、他の適当な手段を介して得られる。
れており、複屈折光ファイバー７に接続されている偏光
ビーム・スピリッター６及び出力偏光ビーム・スピリッ
ター８を有する。光論理素子１からの出力は、光ファイ
バー９、或いは出力偏光ビーム・スピリッター８との光
結合を可能にする、他の適当な手段を介して得られる。
【００１３】本発明は、ソリトンベースの光補論理素子
と本発明を実現する特性変更エレメントとを組み合わせ
たものであるから、本発明の説明を更に続ける前に、ソ
リトンベースの光補論理素子の更に詳しい知識を与える
ことが望ましい。複合論理演算を実行する光論理素子１
は、制御可能な数のファン・アウトと縦続接続スリ個と
が可能であり、利得を生じる。これらの素子は、特定の
時間スロット中に一つまたはそれ以上の入力データ信号
と制御信号とを受け入れる。この時間スロット、即ち、
時間ウインドーは、以下で論議するように、概してデー
タ信号及び半値全幅（ＦＷＨＭ）のような制御信号パル
ス幅の特性と関連する。
と本発明を実現する特性変更エレメントとを組み合わせ
たものであるから、本発明の説明を更に続ける前に、ソ
リトンベースの光補論理素子の更に詳しい知識を与える
ことが望ましい。複合論理演算を実行する光論理素子１
は、制御可能な数のファン・アウトと縦続接続スリ個と
が可能であり、利得を生じる。これらの素子は、特定の
時間スロット中に一つまたはそれ以上の入力データ信号
と制御信号とを受け入れる。この時間スロット、即ち、
時間ウインドーは、以下で論議するように、概してデー
タ信号及び半値全幅（ＦＷＨＭ）のような制御信号パル
ス幅の特性と関連する。
【００１４】一般に、一つまたはそれ以上のデータ信号
が制御信号と同じ時間スロット中に生じるとき、複合論
理素子がそれらデータ信号と制御信号との相互作用をつ
うじて制御信号が、次の時間スロット（元の時間スロッ
トに直接接している場合と、直接接していない場合があ
る）に移動するようにする。即ち、その制御信号はそれ
が元々生じていた時間スロットから完全に除去される。 従って、光論理素子の論理出力状態は、元の時間スロッ
ト中における制御信号の有無を観察することによって判
定される。
が制御信号と同じ時間スロット中に生じるとき、複合論
理素子がそれらデータ信号と制御信号との相互作用をつ
うじて制御信号が、次の時間スロット（元の時間スロッ
トに直接接している場合と、直接接していない場合があ
る）に移動するようにする。即ち、その制御信号はそれ
が元々生じていた時間スロットから完全に除去される。 従って、光論理素子の論理出力状態は、元の時間スロッ
ト中における制御信号の有無を観察することによって判
定される。
【００１５】利得は、この素子において対応するデータ
信号より相当大きい制御信号を使用することによって得
られる。この利得は比較的に低いレベルの信号で相当に
大きい信号を制御させることによって得られる。この素
子利得の結果、これらの素子は、縦続接続された素子間
での信号増幅を必要とせずに縦続接続することができる
。更に、各素子が制御信号のレベルと対応する高レベル
の出力を発生し、且つ、更に入力データ信号が比較的に
低いレベルであるので、この素子の出力信号を多数の信
号に分岐して後続の複合論理素子に供給することが可能
である。このような方法での出力信号の分岐は一般にフ
ァン・アウトと称される。
信号より相当大きい制御信号を使用することによって得
られる。この利得は比較的に低いレベルの信号で相当に
大きい信号を制御させることによって得られる。この素
子利得の結果、これらの素子は、縦続接続された素子間
での信号増幅を必要とせずに縦続接続することができる
。更に、各素子が制御信号のレベルと対応する高レベル
の出力を発生し、且つ、更に入力データ信号が比較的に
低いレベルであるので、この素子の出力信号を多数の信
号に分岐して後続の複合論理素子に供給することが可能
である。このような方法での出力信号の分岐は一般にフ
ァン・アウトと称される。
【００１６】図１に示されている光論理素子によって使
用される光信号は、一般にソリトンとして知られている
パルスを含んでいる。現在では、ソリトンベースのシス
テムは、ここで提示されている種類の複合論理素子を実
現するのに最も望ましい候補システムであるように見え
る。これらの図に示される素子について、より良い理解
を得るために、ソリトンの概要を以下に示す。
用される光信号は、一般にソリトンとして知られている
パルスを含んでいる。現在では、ソリトンベースのシス
テムは、ここで提示されている種類の複合論理素子を実
現するのに最も望ましい候補システムであるように見え
る。これらの図に示される素子について、より良い理解
を得るために、ソリトンの概要を以下に示す。
【００１７】光ファイバーの中を伝播しているフーリエ
変換有限光信号パルスは、群速度の分散と称される群速
度の分散によって、パルスの拡散を受ける。群速度の分
散は、スペクトル周波数への屈折率の線形依存から起き
る。即ち、光パルスの異なるスペクトル部分は異なる速
度で進み、これによって、伝播中の光パルスに時間的な
広がりが生じることになる。更に、光ファイバーには、
その屈折率ｎが光の強度Ｉに次式のように依存する、三
次の非線形効果（自己位相変調）が有る。ここで、ｎ０
を線形屈折率、ｎ２を非線形屈折率とすると、ｎ ＝
ｎ０ ＋ ｎ２Ｉとなる。負の群速度分散と、この非線
形な強度依存効果との均衡を取ることにより、光ファイ
バー中にソリトンの形ちの伝播を生じることになる。
変換有限光信号パルスは、群速度の分散と称される群速
度の分散によって、パルスの拡散を受ける。群速度の分
散は、スペクトル周波数への屈折率の線形依存から起き
る。即ち、光パルスの異なるスペクトル部分は異なる速
度で進み、これによって、伝播中の光パルスに時間的な
広がりが生じることになる。更に、光ファイバーには、
その屈折率ｎが光の強度Ｉに次式のように依存する、三
次の非線形効果（自己位相変調）が有る。ここで、ｎ０
を線形屈折率、ｎ２を非線形屈折率とすると、ｎ ＝
ｎ０ ＋ ｎ２Ｉとなる。負の群速度分散と、この非線
形な強度依存効果との均衡を取ることにより、光ファイ
バー中にソリトンの形ちの伝播を生じることになる。
【００１８】ｕ ＝ （１ ＋ ａ）ｓｅｃｈ（ｔ）に
よって与えられる形ちの入力光の場には、振幅ａが −
１／２ ＜ ａ＜ １／２の範囲にある場合、基本的な
ソリトンが一つ含まれる。更に、有効モード場領域Ａｅ
ｆｆを有する単一モード・ファイバーにおいて、単一の
ソリトンを発生させるのに必要とされるパルス持続時間
τの光パルスのピーク仕事率Ｐ１は、
よって与えられる形ちの入力光の場には、振幅ａが −
１／２ ＜ ａ＜ １／２の範囲にある場合、基本的な
ソリトンが一つ含まれる。更に、有効モード場領域Ａｅ
ｆｆを有する単一モード・ファイバーにおいて、単一の
ソリトンを発生させるのに必要とされるパルス持続時間
τの光パルスのピーク仕事率Ｐ１は、
【００１９】
【数１】
【数２】
によって与えられる。ここで、Ｐ１は基本的なソリトン
の仕事率であり、Ｚ０はソリトンの周期であり、Ｄはｐ
ｓｅｃ／ｎｍ・ｋｍの単位の分散である。ソリトンの更
に詳しい説明については、１９７３年に発行された「応
用物理レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，）」
誌、第２３巻、第３号、１４２から１４４頁に記載され
ている、長谷川氏（Ｈａｓｅｇａｗａ）らの論文を参照
のこと。
の仕事率であり、Ｚ０はソリトンの周期であり、Ｄはｐ
ｓｅｃ／ｎｍ・ｋｍの単位の分散である。ソリトンの更
に詳しい説明については、１９７３年に発行された「応
用物理レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，）」
誌、第２３巻、第３号、１４２から１４４頁に記載され
ている、長谷川氏（Ｈａｓｅｇａｗａ）らの論文を参照
のこと。
【００２０】近時、振幅が等しく直角に偏光されたソリ
トンは、複屈折を補償する強度依存効果のために、一般
原則として、互いに捕捉し合い、一体になって進むこと
が分かってきた。１９８７年に発行された「光学レター
（ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒ）」誌、第１２巻、第８号
、６１４から６１６頁に記載されている、シー・アール
・メニューク（Ｃ．Ｒ．Ｍｅｎｙｕｋ）氏の論文、及び
１９８８年に発行された「Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．
Ｂ．」誌、第５巻、第２号、３９２から４０２頁に記載
されている、シー・アール・メニューク氏の論文を参照
のこと。
トンは、複屈折を補償する強度依存効果のために、一般
原則として、互いに捕捉し合い、一体になって進むこと
が分かってきた。１９８７年に発行された「光学レター
（ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒ）」誌、第１２巻、第８号
、６１４から６１６頁に記載されている、シー・アール
・メニューク（Ｃ．Ｒ．Ｍｅｎｙｕｋ）氏の論文、及び
１９８８年に発行された「Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．
Ｂ．」誌、第５巻、第２号、３９２から４０２頁に記載
されている、シー・アール・メニューク氏の論文を参照
のこと。
【００２１】とりわけ、二つの等しいレベルのソリトン
・パルスが、群速度の分散によって高速軸に沿って進行
中のソリトン・パルスが速度を下げる一方で、低速軸に
沿って進行中のソリトン・パルスが速度を上げるように
、それらの中心スペクトル周波数を反対方向に偏移する
ようにされている。各ソリトン・パルスの群速度が平衡
状態に達すると、それらのソリトン・パルスは一体にな
って進む。更に、その捕捉されたソリトン対は、光ファ
イバーの出力において時刻ｔ＋Δｔに現れる。ここで、
ｔはソリトンが単一の場合に出力に現れる筈の時刻であ
る。
・パルスが、群速度の分散によって高速軸に沿って進行
中のソリトン・パルスが速度を下げる一方で、低速軸に
沿って進行中のソリトン・パルスが速度を上げるように
、それらの中心スペクトル周波数を反対方向に偏移する
ようにされている。各ソリトン・パルスの群速度が平衡
状態に達すると、それらのソリトン・パルスは一体にな
って進む。更に、その捕捉されたソリトン対は、光ファ
イバーの出力において時刻ｔ＋Δｔに現れる。ここで、
ｔはソリトンが単一の場合に出力に現れる筈の時刻であ
る。
【００２２】直交するソリトン・パルスが、振幅が大き
く異なる場合、捕捉効果は重要ではなく、大きい方のソ
リトン・パルスから見ると時間遅れ、即ちドラッギング
（ｄｒａｇｇｉｎｇ）効果が強調される。ソリトンのド
ラッギング効果は、直交するパルスの時間的重複及びそ
れらの相対振幅によって影響される。一般に、小さいパ
ルスが大きいパルスと、大きいパルスの中心の約１ソリ
トン・パルス幅以内で重複する場合に、ソリトンのドラ
ッギング効果が生じると判断される。この重複量は減少
させることができる。即ち、それらのパルスは、それら
が幾分かもっと匹敵する振幅を持つパルスとなるように
、更に離隔させることができる。振幅が相当に異なるパ
ルスの場合は、既知の経験法に従う必要が有る。ここで
、それらのパルスのうちの一つ（例えば、大きい制御パ
ルス）のみが基本的なソリトンの性質を帯びているとき
、上記の効果が実現可能であることが分かる。
く異なる場合、捕捉効果は重要ではなく、大きい方のソ
リトン・パルスから見ると時間遅れ、即ちドラッギング
（ｄｒａｇｇｉｎｇ）効果が強調される。ソリトンのド
ラッギング効果は、直交するパルスの時間的重複及びそ
れらの相対振幅によって影響される。一般に、小さいパ
ルスが大きいパルスと、大きいパルスの中心の約１ソリ
トン・パルス幅以内で重複する場合に、ソリトンのドラ
ッギング効果が生じると判断される。この重複量は減少
させることができる。即ち、それらのパルスは、それら
が幾分かもっと匹敵する振幅を持つパルスとなるように
、更に離隔させることができる。振幅が相当に異なるパ
ルスの場合は、既知の経験法に従う必要が有る。ここで
、それらのパルスのうちの一つ（例えば、大きい制御パ
ルス）のみが基本的なソリトンの性質を帯びているとき
、上記の効果が実現可能であることが分かる。
【００２３】ソリトンベースの光論理素子には、一般に
複屈折光ファイバーが必要とされる。複屈折光ファイバ
ーは、歪み、材料組成、形状寸法などによって引き起こ
される複屈折を持っている。複屈折光ファイバーのよう
なエレメントを有し、１０−５台の寸法が、図に示され
ている素子を実現するために適している。複屈折は、通
常軸と異常軸、即ち通常偏光方向と異常偏光方向との間
の屈折率の差（例えば、Δｎ ≒ １０−５）として測
定される。実際には、制御信号が複屈折光ファイバー７
の高速軸の方向に向けられた位相で供給され、一方、一
つまたは複数のデータ信号が複屈折光ファイバー７の低
速軸と対応する直交位相で供給される。
複屈折光ファイバーが必要とされる。複屈折光ファイバ
ーは、歪み、材料組成、形状寸法などによって引き起こ
される複屈折を持っている。複屈折光ファイバーのよう
なエレメントを有し、１０−５台の寸法が、図に示され
ている素子を実現するために適している。複屈折は、通
常軸と異常軸、即ち通常偏光方向と異常偏光方向との間
の屈折率の差（例えば、Δｎ ≒ １０−５）として測
定される。実際には、制御信号が複屈折光ファイバー７
の高速軸の方向に向けられた位相で供給され、一方、一
つまたは複数のデータ信号が複屈折光ファイバー７の低
速軸と対応する直交位相で供給される。
【００２４】データ信号は、偏光ビーム・スプリッター
８の使用により、光論理素子１の出力で除去される。偏
光ビーム・スプリッター８は、制御信号Ｃのみが光論理
素子１の出力ポートに、時間偏移キーイングにより遅延
された状態或いは遅延されていない状態で現れることを
可能にする。
８の使用により、光論理素子１の出力で除去される。偏
光ビーム・スプリッター８は、制御信号Ｃのみが光論理
素子１の出力ポートに、時間偏移キーイングにより遅延
された状態或いは遅延されていない状態で現れることを
可能にする。
【００２５】特性変更エレメント４は、データ信号Ｓが
この特性変更エレメント４を通って伝播しているとき、
このデータ信号Ｓに通常分散によって所定量の特性変更
を与える。特性変更されたデータ信号Ｓ′は、この特性
変更されたデータ信号Ｓ′の波形特性を一時的に拡張さ
れて、即ち、特性変更エレメント４の通常分散効果によ
って引き起こされたパルス波形変化を伴って、特性変更
エレメント４から現れる。特性変更されたデータ信号Ｓ
′が、光論理素子１、特に光論理素子１中の複屈折光フ
ァイバー７中に入力するとき、この特性変更されたデー
タ信号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７により、この特性
変更されたデータ信号Ｓ′の波長で生じる異常群速度分
散の結果として、時間的に縮まり、且つ、実質的に継続
的な振幅変化を受ける。特性変更されたデータ信号Ｓ′
中のこれらの変化により、この特性変更されたデータ信
号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７の非直線インデックス
の変化によって制御信号と有効に相互作用し、この結果
、光論理素子１の所望の光論理関数が実行される。 この有効な相互作用は、複屈折光ファイバー中での、制
御信号パルスＣと特性変更されたデータ信号Ｓ′との間
の非対称ウォーク・オフ状態であると認められる。
この特性変更エレメント４を通って伝播しているとき、
このデータ信号Ｓに通常分散によって所定量の特性変更
を与える。特性変更されたデータ信号Ｓ′は、この特性
変更されたデータ信号Ｓ′の波形特性を一時的に拡張さ
れて、即ち、特性変更エレメント４の通常分散効果によ
って引き起こされたパルス波形変化を伴って、特性変更
エレメント４から現れる。特性変更されたデータ信号Ｓ
′が、光論理素子１、特に光論理素子１中の複屈折光フ
ァイバー７中に入力するとき、この特性変更されたデー
タ信号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７により、この特性
変更されたデータ信号Ｓ′の波長で生じる異常群速度分
散の結果として、時間的に縮まり、且つ、実質的に継続
的な振幅変化を受ける。特性変更されたデータ信号Ｓ′
中のこれらの変化により、この特性変更されたデータ信
号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７の非直線インデックス
の変化によって制御信号と有効に相互作用し、この結果
、光論理素子１の所望の光論理関数が実行される。 この有効な相互作用は、複屈折光ファイバー中での、制
御信号パルスＣと特性変更されたデータ信号Ｓ′との間
の非対称ウォーク・オフ状態であると認められる。
【００２６】図１に示されている装置のエレメント２、
３、及び５として、入力光ファイバーが示唆されている
が、当業者には、必要な程度の光結合を行なうエレメン
トであれば、その光フィバーの代わりに利用することが
できることが分かる。
３、及び５として、入力光ファイバーが示唆されている
が、当業者には、必要な程度の光結合を行なうエレメン
トであれば、その光フィバーの代わりに利用することが
できることが分かる。
【００２７】特性変更エレメント４は、このエレメント
４を通って伝播するパルスに対して、所定量の通常群速
度分散を与える光エレメントとして実現される。特性変
更エレメント４の実施例には、データ信号Ｓの波長で通
常分散を示す逆平行格子対（図２）、ギレス・ターニヤ
（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｉｏｒ）干渉計（図３）、及
び分散偏移光ファイバー（図４）が有る。
４を通って伝播するパルスに対して、所定量の通常群速
度分散を与える光エレメントとして実現される。特性変
更エレメント４の実施例には、データ信号Ｓの波長で通
常分散を示す逆平行格子対（図２）、ギレス・ターニヤ
（Ｇｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｉｏｒ）干渉計（図３）、及
び分散偏移光ファイバー（図４）が有る。
【００２８】図２に示されている逆平行格子対は、デー
タ信号Ｓを回析格子４２に結合する入力ミラー４１、回
析格子４２からのデータ信号Ｓを回析格子４５上に集束
するレンズ４３及び４４、及び回析格子４５からのデー
タ信号Ｓを特性変更エレメント４の出力ポートに向かわ
せる出力ミラー４６とを有する。この種類の装置は、１
９８７年に発行された「アイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクション・オン・クァンタム・エレクトロニクス（
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ，）」誌、巻ＱＥ−２３、５９頁以降に
掲載された、オー・イー・マルチネス（Ｏ．Ｅ．Ｍａｒ
ｔｉｎｅｚ）氏による技術論文に記載されている。ここ
で、回析格子４２及び４５に同様に配列されている光学
プリズムは、所望の群速度分散を与えるために使用され
ていることに留意すべきである。
タ信号Ｓを回析格子４２に結合する入力ミラー４１、回
析格子４２からのデータ信号Ｓを回析格子４５上に集束
するレンズ４３及び４４、及び回析格子４５からのデー
タ信号Ｓを特性変更エレメント４の出力ポートに向かわ
せる出力ミラー４６とを有する。この種類の装置は、１
９８７年に発行された「アイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクション・オン・クァンタム・エレクトロニクス（
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ，）」誌、巻ＱＥ−２３、５９頁以降に
掲載された、オー・イー・マルチネス（Ｏ．Ｅ．Ｍａｒ
ｔｉｎｅｚ）氏による技術論文に記載されている。ここ
で、回析格子４２及び４５に同様に配列されている光学
プリズムは、所望の群速度分散を与えるために使用され
ていることに留意すべきである。
【００２９】分散格子対、即ち、分散プリズム対の一つ
の利点は、それらの直列配列が極めて広い範囲、例えば
１００ｐｓ／ｎｍに亘って、通常及び異常群速度分散の
両方を得るように調整することができることである。こ
の配列は大きな分散値を生じることができるが、これは
殆ど６平方フィートもの広さが有り、且つ相当な量の損
失を引き起こす。
の利点は、それらの直列配列が極めて広い範囲、例えば
１００ｐｓ／ｎｍに亘って、通常及び異常群速度分散の
両方を得るように調整することができることである。こ
の配列は大きな分散値を生じることができるが、これは
殆ど６平方フィートもの広さが有り、且つ相当な量の損
失を引き起こす。
【００３０】図３に示されているギレス・ターニヤ干渉
計は、図３に示される如く、特性変更エレメント４へ入
力されているデータ信号を遮るべく平行に配列された反
射器４７及び４８を使用して実現されている。この干渉
計は当業者に周知なものであり、１９８６年に発行され
た「アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン
・クァンタム・エレクトロニクス」誌、巻ＱＥ−２２、
５９頁以降の論文、及び１９６４年に発行された「シー
・アール・アカデミー・サイエンス・パリ（Ｃ．Ｒ．Ａ
ｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｐａｒｉｓ，）」誌、巻２５８、６１
１２頁の論文に記載されている。
計は、図３に示される如く、特性変更エレメント４へ入
力されているデータ信号を遮るべく平行に配列された反
射器４７及び４８を使用して実現されている。この干渉
計は当業者に周知なものであり、１９８６年に発行され
た「アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン
・クァンタム・エレクトロニクス」誌、巻ＱＥ−２２、
５９頁以降の論文、及び１９６４年に発行された「シー
・アール・アカデミー・サイエンス・パリ（Ｃ．Ｒ．Ａ
ｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｐａｒｉｓ，）」誌、巻２５８、６１
１２頁の論文に記載されている。
【００３１】この種類の干渉計の一つの利点は、この干
渉計が分散量が可変で、低い挿入損失を持つように作成
することができることである。反射エレメントはミラー
表面に成長させた誘電体材料層のスタックとして簡単に
実現することができる。光信号の通過毎に生じる分散は
小さいので、一般的には、反射エレメント４７及び４８
を、それらの間にデータ信号を多数回通過させることが
できるように調整することが必要である。この種類の干
渉計には、データ信号パルスに対する全パルス・スペク
トル幅に亘って均一に一定な分散特性を得る能力に関わ
る、留意すべき一つの難点が有る。
渉計が分散量が可変で、低い挿入損失を持つように作成
することができることである。反射エレメントはミラー
表面に成長させた誘電体材料層のスタックとして簡単に
実現することができる。光信号の通過毎に生じる分散は
小さいので、一般的には、反射エレメント４７及び４８
を、それらの間にデータ信号を多数回通過させることが
できるように調整することが必要である。この種類の干
渉計には、データ信号パルスに対する全パルス・スペク
トル幅に亘って均一に一定な分散特性を得る能力に関わ
る、留意すべき一つの難点が有る。
【００３２】図４は、特性変更エレメント４の別の実施
例を示し、この例では分散偏移光ファイバー４９が、デ
ータ信号Ｓの波長で通常分散を与えるために使用されて
いる。分散偏移光ファイバー４９を使用する一つの利点
は、この分散偏移光ファイバー４９がこの装置内で使用
されている他の光ファイバー要素と調和性があることで
ある。当業者には、分散偏移光ファイバー４９の長さを
変えるか、またはデータ信号Ｓの波長を変化することに
よって、分散偏移光ファイバー４９が異なる量の分散を
与えることができることが分かっている。この分散偏移
光ファイバー４９は、構成が簡単であり、且つ、調和性
があるので、図４に示されている特性変更エレメント４
を実現するこの光ファイバーが、以下で論議する例に使
用されている。これらの例では、分散偏移光ファイバー
４９は、商業的に入手可能な偏光維持ＰＡＮＤＡ光ファ
イバー部分を有する。この光ファイバー部分は、約３．
６５ｍの長さを持ち、４．３μｍのコア径、約０．０２
９のコア・クラッドずれ、及び２μｍ以上の零分散波長
を示した。
例を示し、この例では分散偏移光ファイバー４９が、デ
ータ信号Ｓの波長で通常分散を与えるために使用されて
いる。分散偏移光ファイバー４９を使用する一つの利点
は、この分散偏移光ファイバー４９がこの装置内で使用
されている他の光ファイバー要素と調和性があることで
ある。当業者には、分散偏移光ファイバー４９の長さを
変えるか、またはデータ信号Ｓの波長を変化することに
よって、分散偏移光ファイバー４９が異なる量の分散を
与えることができることが分かっている。この分散偏移
光ファイバー４９は、構成が簡単であり、且つ、調和性
があるので、図４に示されている特性変更エレメント４
を実現するこの光ファイバーが、以下で論議する例に使
用されている。これらの例では、分散偏移光ファイバー
４９は、商業的に入手可能な偏光維持ＰＡＮＤＡ光ファ
イバー部分を有する。この光ファイバー部分は、約３．
６５ｍの長さを持ち、４．３μｍのコア径、約０．０２
９のコア・クラッドずれ、及び２μｍ以上の零分散波長
を示した。
【００３３】この実施例の分散偏移光ファイバー４９へ
の入力パルスの自己相関が、図５中に曲線５１として図
示されている。この自己相関パルスは、約７１０ｆｓの
ＦＷＨＭを示すが、出力パルスについてのＦＷＨＭは約
５００ｆｓであった。この例の分散偏移光ファイバー４
９から現れる出力パルスの自己相関が、図５中に曲線５
２として図示されている。この自己相関パルスは、約２
．２５ｐｓのＦＷＨＭを示すが、出力パルスについての
ＦＷＨＭは約１．８ｐｓであった。分散偏移光ファイバ
ー４９内の通常分散及び自己位相変調により、データ信
号は約３．６のファクターだけ拡張される。この拡張に
よって、データ信号Ｓ及び制御信号が相当な数のパルス
幅分だけ離れているにも関わらず、光論理素中子での特
性変更されたデータ信号と制御信号との相互作用が可能
である。
の入力パルスの自己相関が、図５中に曲線５１として図
示されている。この自己相関パルスは、約７１０ｆｓの
ＦＷＨＭを示すが、出力パルスについてのＦＷＨＭは約
５００ｆｓであった。この例の分散偏移光ファイバー４
９から現れる出力パルスの自己相関が、図５中に曲線５
２として図示されている。この自己相関パルスは、約２
．２５ｐｓのＦＷＨＭを示すが、出力パルスについての
ＦＷＨＭは約１．８ｐｓであった。分散偏移光ファイバ
ー４９内の通常分散及び自己位相変調により、データ信
号は約３．６のファクターだけ拡張される。この拡張に
よって、データ信号Ｓ及び制御信号が相当な数のパルス
幅分だけ離れているにも関わらず、光論理素中子での特
性変更されたデータ信号と制御信号との相互作用が可能
である。
【００３４】図６は二つの相違する曲線を示し、図４に
示し、且つ、上に記した特性変更エレメントを使用して
いる、図１に図示されている構成について、制御パルス
の規格化された一時的偏移量（ΔＴ／τ）が、制御信号
パルスとデータ信号パルスとの間の規格化された一時的
離隔量（δｔ／τ）と対比して測定されている。上記規
格化された一時的偏移量及び規格化された一時的離隔量
は、両方ともパルス幅τで規格化されている。図１の構
成について、これらの測定を図６にプロットするために
、実際の一時的離隔量δｔが制御信号パス中のステップ
・モーター制御遅延段（図示せず）によって変化された
。さらに、相互相関器（図示せず）が、その結果得られ
た制御信号の実際の一時的偏移ΔＴを測定するために使
用された。
示し、且つ、上に記した特性変更エレメントを使用して
いる、図１に図示されている構成について、制御パルス
の規格化された一時的偏移量（ΔＴ／τ）が、制御信号
パルスとデータ信号パルスとの間の規格化された一時的
離隔量（δｔ／τ）と対比して測定されている。上記規
格化された一時的偏移量及び規格化された一時的離隔量
は、両方ともパルス幅τで規格化されている。図１の構
成について、これらの測定を図６にプロットするために
、実際の一時的離隔量δｔが制御信号パス中のステップ
・モーター制御遅延段（図示せず）によって変化された
。さらに、相互相関器（図示せず）が、その結果得られ
た制御信号の実際の一時的偏移ΔＴを測定するために使
用された。
【００３５】図６にプロットされている試験的実施例か
らの例では、図１の装置は次のように構成されている。 制御信号パルス及びデータ信号パルスは、１．６８５μ
ｍの公称中心波長で５００ｆｓのパルスを発生する受動
モード同期色中心レーザによって発生された。複屈折光
ファイバー７は、約３５０ｍの長さ、Δβ′≒ ８０ｐ
ｓ／ｋｍの偏光分散、Δｎ ＝ ｃ×Δβ′≒ ２．３
７×１０−５の複屈折、８．３２ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）
の群速度分散、及びλ０ ＝ １．５３５μｍの零分散
波長を持っていた。制御信号パルスＣは、複屈折光ファ
イバー７中で５０ｐｊのエネルギーを持つ、Ｎ＝１の基
本ソリトンに相当していた。データ信号パルスＳ、Ｓ′
は、複屈折光ファイバー７中で約２２．７ｐｊの信号エ
ネルギーを持っていた。
らの例では、図１の装置は次のように構成されている。 制御信号パルス及びデータ信号パルスは、１．６８５μ
ｍの公称中心波長で５００ｆｓのパルスを発生する受動
モード同期色中心レーザによって発生された。複屈折光
ファイバー７は、約３５０ｍの長さ、Δβ′≒ ８０ｐ
ｓ／ｋｍの偏光分散、Δｎ ＝ ｃ×Δβ′≒ ２．３
７×１０−５の複屈折、８．３２ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）
の群速度分散、及びλ０ ＝ １．５３５μｍの零分散
波長を持っていた。制御信号パルスＣは、複屈折光ファ
イバー７中で５０ｐｊのエネルギーを持つ、Ｎ＝１の基
本ソリトンに相当していた。データ信号パルスＳ、Ｓ′
は、複屈折光ファイバー７中で約２２．７ｐｊの信号エ
ネルギーを持っていた。
【００３６】ここで、複屈折光ファイバー７が、ソリト
ンの相互作用、特に、その中を伝播する制御パルスに対
してソリトン・ドラッギングを起こすために適当な環境
を与えることが思い起こされるべきである。この例では
、信号Ｃ及びＳ′は、複屈折光ファイバー７中でソリト
ンを発生するのに適当な特性を持っている。しかし、信
号Ｃがこの複屈折光ファイバー７中でソリトン・パルス
を発生することだけが必要である。制御信号Ｃは複屈折
光ファイバー７の高速軸上に注入された。現在分かって
いるように、分散偏移光ファイバー４９から現れている
信号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７中の非直線インデッ
クスの変化をつうじて制御信号Ｃに影響を及ぼすことが
できる充分な強度を持つ必要がある。
ンの相互作用、特に、その中を伝播する制御パルスに対
してソリトン・ドラッギングを起こすために適当な環境
を与えることが思い起こされるべきである。この例では
、信号Ｃ及びＳ′は、複屈折光ファイバー７中でソリト
ンを発生するのに適当な特性を持っている。しかし、信
号Ｃがこの複屈折光ファイバー７中でソリトン・パルス
を発生することだけが必要である。制御信号Ｃは複屈折
光ファイバー７の高速軸上に注入された。現在分かって
いるように、分散偏移光ファイバー４９から現れている
信号Ｓ′は、複屈折光ファイバー７中の非直線インデッ
クスの変化をつうじて制御信号Ｃに影響を及ぼすことが
できる充分な強度を持つ必要がある。
【００３７】制御信号Ｃの充分な時間偏移は、１０ｐｊ
未満のエネレギーのデータ信号を使用して達成すること
ができるが、しかし試験的実施例では、分離範囲（δｔ
）に亘って容易に測定できる時間偏移（ΔＴ）を得るた
めに、より大きなエネルギーが使用された。
未満のエネレギーのデータ信号を使用して達成すること
ができるが、しかし試験的実施例では、分離範囲（δｔ
）に亘って容易に測定できる時間偏移（ΔＴ）を得るた
めに、より大きなエネルギーが使用された。
【００３８】図１及び図４に示す装置が、「特性変更を
伴う特性」の表示を持つ曲線６２のデータを得るために
使用された。拡張作用を行わないように、即ち、図１の
構成から特性変更エレメント４を取り除くことによって
、この特性変更された構成が、「基準特性」の表示を持
つ曲線６１のデータを得るために使用された。これらの
曲線では、制御信号とデータ信号との間の正の一時的離
隔量は、データ信号が制御信号より後で到達した状態に
対応しており、一方、制御信号とデータ信号との間の負
の一時的離隔量は、データ信号が制御信号より先に到達
した状態に対応している。予想されるように、曲線６１
は実質的に対称であり、制御信号パルスに少なくとも２
τの偏移が−τ ＜ δｔ ＜ ＋τの分離範囲に亘っ
て可能であることを示している。
伴う特性」の表示を持つ曲線６２のデータを得るために
使用された。拡張作用を行わないように、即ち、図１の
構成から特性変更エレメント４を取り除くことによって
、この特性変更された構成が、「基準特性」の表示を持
つ曲線６１のデータを得るために使用された。これらの
曲線では、制御信号とデータ信号との間の正の一時的離
隔量は、データ信号が制御信号より後で到達した状態に
対応しており、一方、制御信号とデータ信号との間の負
の一時的離隔量は、データ信号が制御信号より先に到達
した状態に対応している。予想されるように、曲線６１
は実質的に対称であり、制御信号パルスに少なくとも２
τの偏移が−τ ＜ δｔ ＜ ＋τの分離範囲に亘っ
て可能であることを示している。
【００３９】特性変更エレメント４中の通常分散光ファ
イバーについては、その最高偏移は２のファクターだけ
減少されるが、少なくとも２τの偏移が得られる分離範
囲は−２．６７τ ＜ δｔ ＜ τに大きく拡張され
る。 複屈折光ファイバー７中の特性変更されたデータ信号Ｓ
′の変化する波形は、制御パルスと信号パルスとがほぼ
完全にお互いの中を通る伝播、即ち、ほぼ完全なウォー
ク・スルーを受けるにも拘らず、有効チャープ、即ち、
周波数偏移に帰着するので、負の離隔量について広いタ
イミング・ウインドー、即ちタイミング・スロットが在
る。１．５τより大きい離隔量については、それらのパ
ルスは、光論理素子の複屈折光ファイバー中で相互に作
用することはなく、事実、お互いからますます離れて行
く。
イバーについては、その最高偏移は２のファクターだけ
減少されるが、少なくとも２τの偏移が得られる分離範
囲は−２．６７τ ＜ δｔ ＜ τに大きく拡張され
る。 複屈折光ファイバー７中の特性変更されたデータ信号Ｓ
′の変化する波形は、制御パルスと信号パルスとがほぼ
完全にお互いの中を通る伝播、即ち、ほぼ完全なウォー
ク・スルーを受けるにも拘らず、有効チャープ、即ち、
周波数偏移に帰着するので、負の離隔量について広いタ
イミング・ウインドー、即ちタイミング・スロットが在
る。１．５τより大きい離隔量については、それらのパ
ルスは、光論理素子の複屈折光ファイバー中で相互に作
用することはなく、事実、お互いからますます離れて行
く。
【００４０】それらの結果の比較から、特性変更エレメ
ントを使用することにより、タイミング・ウインドーが
約２τから約３．６７τへ広がることが明らかである。 即ち、光論理素子中で有害なソリトンの相互作用の影響
を受けること無く、制御信号Ｃとデータ信号Ｓとの間に
、相互遅延、即ち、一時的離隔を持たせることが可能で
ある。この離隔及びタイミング・ウインドーは、例えば
、データ信号を更に拡張するために、特性変更エレメン
ト中でより長い通常分散光ファイバーを使用することに
よって、更に拡大できることが予想される。もちろん、
到達するデータ・パルス及び制御パルスについてタイミ
ング・ウインドー即ちタイミング・スロットが大きくな
るにつれ、相応して制御パルスに対して期待される偏移
が増大することが分かる。
ントを使用することにより、タイミング・ウインドーが
約２τから約３．６７τへ広がることが明らかである。 即ち、光論理素子中で有害なソリトンの相互作用の影響
を受けること無く、制御信号Ｃとデータ信号Ｓとの間に
、相互遅延、即ち、一時的離隔を持たせることが可能で
ある。この離隔及びタイミング・ウインドーは、例えば
、データ信号を更に拡張するために、特性変更エレメン
ト中でより長い通常分散光ファイバーを使用することに
よって、更に拡大できることが予想される。もちろん、
到達するデータ・パルス及び制御パルスについてタイミ
ング・ウインドー即ちタイミング・スロットが大きくな
るにつれ、相応して制御パルスに対して期待される偏移
が増大することが分かる。
【００４１】図１の装置の別の実施例が図７に示されて
いる。この装置は複数のデータ信号入力Ａ及びＢを受容
する。特性変更エレメント７２が信号Ａに作用するため
に設けられれて、特性変更されたデータ信号Ａ′を出力
し、一方、特性変更エレメント７４が信号Ｂに作用する
ために設けられて、特性変更されたデータ信号Ｂ′を出
力する。図７に示されている特性変更エレメントの一方
または他方を除去可能であることは可能である。
いる。この装置は複数のデータ信号入力Ａ及びＢを受容
する。特性変更エレメント７２が信号Ａに作用するため
に設けられれて、特性変更されたデータ信号Ａ′を出力
し、一方、特性変更エレメント７４が信号Ｂに作用する
ために設けられて、特性変更されたデータ信号Ｂ′を出
力する。図７に示されている特性変更エレメントの一方
または他方を除去可能であることは可能である。
【００４２】本装置に対するタイミングの制約を緩和す
ることには、不利な条件が在る。この不利な条件とは、
タイミング・ウインドーが広くなるにつれて、最大の利
用可能な時間偏移ΔＴが比例して減少するので、最小の
スイッチング・エネルギーが増大することである。一般
的には、データ信号は、最大のタイミング・ウインドー
、即ち、離隔量δｔより大きい偏移ΔＴを生じるのに充
分なエネルギーを持つことが必要である。この制約は、
光論理素子の入力側に標準的なエルビューム・ドーピン
グ光ファイバー増幅器のような増幅器（エレメント８２
）を挿入し、入力ポートから、複屈折光ファイバー（エ
レメント８１）の約１から２のウォーク・オフ長だけ離
隔することによって、克服し得ることが見い出された。 なお、このウォーク・オフ長は、ｌｗｏ ＝ ｃτ／Δ
ｎ（例えば、上記の複屈折光ファイバーについては、２
ｌｗｏ ＝ １１．４ｍ）として定義される。
ることには、不利な条件が在る。この不利な条件とは、
タイミング・ウインドーが広くなるにつれて、最大の利
用可能な時間偏移ΔＴが比例して減少するので、最小の
スイッチング・エネルギーが増大することである。一般
的には、データ信号は、最大のタイミング・ウインドー
、即ち、離隔量δｔより大きい偏移ΔＴを生じるのに充
分なエネルギーを持つことが必要である。この制約は、
光論理素子の入力側に標準的なエルビューム・ドーピン
グ光ファイバー増幅器のような増幅器（エレメント８２
）を挿入し、入力ポートから、複屈折光ファイバー（エ
レメント８１）の約１から２のウォーク・オフ長だけ離
隔することによって、克服し得ることが見い出された。 なお、このウォーク・オフ長は、ｌｗｏ ＝ ｃτ／Δ
ｎ（例えば、上記の複屈折光ファイバーについては、２
ｌｗｏ ＝ １１．４ｍ）として定義される。
【００４３】この構成は図８に示されている。この構成
においては、複屈折光ファイバーと光論理素子が上記の
如く機能する。増幅器８２は信号パルスに振幅変化を生
じ、次いでこの振幅変化によって、この増幅器の一方側
のチャープが他方側のチャープより大きくされる。この
ことは、信号パルスがお互いに実質的に完全に通過する
ときでさえ、有効なチャープが得られることに帰着する
。光ファイバー及び増幅器を付加することによって、タ
イミング・ウインドーを更に拡大することができるが、
これらの付加によってこの装置の複雑さが増し、この増
幅器の利得幅に対する動作波長が制限されることが理解
される。
においては、複屈折光ファイバーと光論理素子が上記の
如く機能する。増幅器８２は信号パルスに振幅変化を生
じ、次いでこの振幅変化によって、この増幅器の一方側
のチャープが他方側のチャープより大きくされる。この
ことは、信号パルスがお互いに実質的に完全に通過する
ときでさえ、有効なチャープが得られることに帰着する
。光ファイバー及び増幅器を付加することによって、タ
イミング・ウインドーを更に拡大することができるが、
これらの付加によってこの装置の複雑さが増し、この増
幅器の利得幅に対する動作波長が制限されることが理解
される。
【００４４】
【発明の効果】以上に述べた如く、本発明によれば、論
理素子の動作を劣化すること無く、データ信号パルスと
制御パルスとのタイミングの制約を充分緩和する光装置
を提供することができる。
理素子の動作を劣化すること無く、データ信号パルスと
制御パルスとのタイミングの制約を充分緩和する光装置
を提供することができる。
【００４５】
【図１】本発明の原理による、光論理素子と組み合わさ
れた特性変更エレメントを示す図である。
れた特性変更エレメントを示す図である。
【図２】図１に示した特性変更エレメントの特定実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図１に示した特性変更エレメントの別の特定実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図４】図１に示した特性変更エレメントの更に別の特
定実施例を示す図である。
定実施例を示す図である。
【図５】パルス幅の拡幅を説明するために、図４の例の
特性変更エレメントについて入力パルスの自己相関と出
力パルスの自己相関とを示す図である。
特性変更エレメントについて入力パルスの自己相関と出
力パルスの自己相関とを示す図である。
【図６】制御パルスよって受ける偏移対制御パルスとデ
ータ信号パルスと間の分離を示す図である。
ータ信号パルスと間の分離を示す図である。
【図７】多数のデータ信号パルスに適用された論理素子
と組み合わせて使用されている特性変更エレメントを示
す図である。
と組み合わせて使用されている特性変更エレメントを示
す図である。
【図８】タイミングの制約を更に緩和するために、特性
変更エレメントと共に使用される光増幅器を示す図であ
る。
変更エレメントと共に使用される光増幅器を示す図であ
る。
Ａ データ信号入力
Ａ′特性変更されたデータ信号
Ｂ データ信号入力
Ｂ′特性変更されたデータ信号
Ｃ 制御信号
Ｃ′出力信号
Ｓ データ信号
Ｓ′特性変更されたデータ信号
１ 光論理素子
２ 光ファイバー
３ 光ファイバー
４ 特性変更エレメント
５ 光ファイバー
６ 偏光ビーム・スピリッター
７ 複屈折光ファイバー
８ 出力偏光ビーム・スピリッター
９ 光ファイバー
４１ 入力ミラー
４２ 回析格子
４３ レンズ
４４ レンズ
４５ 回析格子
４６ 出力ミラー
４７ 反射器
４８ 反射器
４９ 分散偏移光ファイバー
５１ 入力パルス自己相関曲線
５２ 出力パルス自己相関曲線
６１ 基準特性曲線
６２ 特性変更を伴う特性曲線
７０ 光ファイバー
７１ 光ファイバー
７２ 特性変更エレメント
７３ 光ファイバー
７４ 特性変更エレメント
７５ 光論理素子
７６ 光ファイバー
８１ 複屈折光ファイバー
８２ 増幅器
Claims (12)
- 【請求項１】 第一及び第二の信号を受け入れるため
の第一及び第二の入力ポートと、演算結果を表す出力信
号を発生する出力ポートとを有し、ソリトン伝播を維持
して、前記第一及び第二の信号に対して光論理演算を実
行するソリトンベースの光論理手段と、前記第二の入力
ポートに接続され、前記ソリトンベースの光論理手段中
で通常分散によって前記第二信号と第一信号間の有効な
相互作用を確実に起こさせる前記第二信号を生成するた
めに、データ信号の波形特性を一時的に拡大することに
よって、前記データ信号の特性を変更する手段とを有す
ることを特徴とする光論理素子。 - 【請求項２】 前記第二信号と第一信号間の一時的離
隔の大きさが、前記第一信号と前記データ信号とから成
るグループ中のパルスについて測定されるパルス幅の、
ほぼ３パルス幅未満であることを特徴とする請求項１記
載の光素子。 - 【請求項３】 前記特性変更手段が、前記データ信号
の波長で通常の分散特性を有する所定長さの光ファイバ
ーを含むことを特徴とする請求項２記載の光素子。 - 【請求項４】 第一及び第二の信号を受け入れるため
の第一及び第二の入力ポートと、演算結果を表す出力信
号を発生する出力ポートと、ソリトン伝播を維持して、
前記第一及び第二の信号に対して光論理演算を実行する
ソリトンベースの光論理手段と、前記第二の入力ポート
に接続され、前記ソリトンベースの光論理手段中で通常
分散によって前記第二信号と第一信号間の有効な相互作
用を確実に起こさせる前記第二信号を生成するために、
データ信号の波形特性を一時的に拡大することによって
、前記データ信号の特性を変更する手段とを有し、前記
第二信号と第一信号間の一時的離隔の大きさが、前記第
一信号と前記データ信号とから成るグループ中のパルス
について測定されるパルス幅の、ほぼ３パルス幅未満で
あり、前記特性変更手段が、前記データ信号の波長で通
常の分散特性を有するギレス・ターニヤ（Ｇｉｒｅｓ−
Ｔｏｕｒｎｉｏｒ）干渉計を含むことを特徴とする光論
理素子。 - 【請求項５】 前記特性変更手段が、前記データ信号
の波長で通常の分散特性を有する、少なくとも二個の一
連となった分散性エレメントを有し、前記分散性エレメ
ントが回折格子と光学プリズムとから成るグループから
選択されることを特徴とする請求項２記載の光素子。 - 【請求項６】 第一、第二及び第三の信号を受け入れ
るための第一、第二及び第三の入力ポートと、演算結果
を表す出力信号を発生する出力ポートとを有し、ソリト
ン伝播を維持して、前記第一、第二及び第三の信号に対
して光論理演算を実行するソリトンベースの光論理手段
と、前記第二の入力ポートに接続され、前記ソリトンベ
ースの光論理手段中で通常分散によって前記第二信号と
第一信号間の有効な相互作用を確実に起こさせる前記第
二信号を生成するために、第一データ信号の波形特性を
一時的に拡大することによって、前記第一データ信号の
特性を変更する手段と、前記第三の入力ポートに接続さ
れ、前記ソリトンベースの光論理手段中で通常分散によ
って前記第三信号と第一信号間の有効な相互作用を確実
に起こさせる前記第三信号を生成するために、第二デー
タ信号の波形特性を一時的に拡大することによって、前
記第二データ信号の特性を変更する手段とを有すること
を特徴とする光素子。 - 【請求項７】 前記第一及び第二データ信号と前記第
一信号との間の一時的離隔の大きさが、前記第一信号と
前記第一及び第二データ信号とから成るグループ中のパ
ルスについて測定されるパルス幅の、ほぼ３パルス幅未
満であることを特徴とする、請求項６記載の光素子。 - 【請求項８】 前記特性変更手段のうちの少なくとも
一つが、前記第一及び第二データ信号の波長で通常の分
散特性を有する所定の長さの光ファイバーを含むことを
特徴とする、請求項７記載の光素子。 - 【請求項９】 前記特性変更手段のうちの少なくとも
一つが、前記第一及び第二データ信号の波長で通常の分
散特性を有するギレス・ターニヤ干渉計を含むことを特
徴とする、請求項７記載の光素子。 - 【請求項１０】 前記特性変更手段のうちの少なくと
も一つが、前記第一及び第二データ信号の波長で通常の
分散特性を有する少なくとも二個の一連となった分散性
エレメントを有し、前記分散性エレメントが回折格子と
光学プリズムとから成るグループから選択されているこ
とを特徴とする請求項７記載の光素子。 - 【請求項１１】 第一及び第二の信号を受け入れるた
めの第一及び第二の入力ポートと、演算結果を表す出力
信号を発生する出力ポートとを有し、ソリトン伝播を維
持して、前記第一及び第二の信号に対して光論理演算を
実行するソリトンベースの光論理手段と、前記第二の入
力ポートに接続され、前記ソリトンベースの光論理手段
中で通常分散によって前記第二信号と第一信号間の有効
な相互作用を確実に起こさせる前記第二信号を生成する
ために、データ信号の波形特性を一時的に拡大すること
によって、前記データ信号の特性を変更する手段とを有
し、前記光論理手段が、第一の長さの複屈折光ファイバ
ー、第二の長さの複屈折光ファイバー、及び前記第一長
さ及び第二長さの複屈折光ファイバー間に接続された光
増幅器を有し、前記第一長さが２ウォーク・オフ長さ以
下であり、前記第二長さが前記第一長さ以上であること
を特徴とする光素子。 - 【請求項１２】 前記光論理手段が、第一の長さの複
屈折光ファイバー、第二の長さの複屈折光ファイバー、
及び前記第一長さ及び第二長さの複屈折光ファイバー間
に接続された光増幅器を有し、前記第一長さが２ウォー
ク・オフ長以下であり、前記第二長さが前記第一長さ以
上であることを特徴とする請求項６記載の光素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/609,959 US5101456A (en) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Predistortion apparatus for optical logic device |
| US609959 | 1990-11-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265956A true JPH04265956A (ja) | 1992-09-22 |
| JPH0769558B2 JPH0769558B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=24443038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3297752A Expired - Fee Related JPH0769558B2 (ja) | 1990-11-07 | 1991-10-18 | 光論理素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5101456A (ja) |
| JP (1) | JPH0769558B2 (ja) |
| GB (1) | GB2249647B (ja) |
Families Citing this family (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5436749A (en) * | 1991-12-09 | 1995-07-25 | Scientific-Atlanta, Inc. | Method and apparatus for predistortion |
| AU660080B2 (en) * | 1992-04-07 | 1995-06-08 | Australian National University, The | Photonic devices using optical waveguides induced by dark spatial solitons |
| WO1993020476A1 (en) * | 1992-04-07 | 1993-10-14 | The Australian National University | Photonic devices using optical waveguides induced by dark spatial solitons |
| US5430569A (en) * | 1992-05-22 | 1995-07-04 | Ortel Corporation | Suppression of noise and distortion in fiber-optic systems |
| DE19622359B4 (de) * | 1996-06-04 | 2007-11-22 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang |
| DE19744302B4 (de) * | 1996-06-04 | 2008-04-17 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang |
| US6914717B1 (en) | 1996-12-23 | 2005-07-05 | Xtera Communications, Inc. | Multiple wavelength pumping of raman amplifier stages |
| US6052393A (en) | 1996-12-23 | 2000-04-18 | The Regents Of The University Of Michigan | Broadband Sagnac Raman amplifiers and cascade lasers |
| US5995281A (en) * | 1997-04-09 | 1999-11-30 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Device for coupling the radiation of short-pulse lasers in an optical beam path of a microscope |
| US6611336B1 (en) | 1997-08-01 | 2003-08-26 | The University Of Rochester | Pulse measurement using frequency shifting techniques |
| DE19810288A1 (de) * | 1998-03-10 | 1999-09-16 | Bayerische Motoren Werke Ag | Datenbus für mehrere Teilnehmer |
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| US6631028B1 (en) | 1998-03-24 | 2003-10-07 | Xtera Communications, Inc. | Broadband amplifier and communication system |
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