JPH0675263A - 全光線形フィードバックシフトレジスタ - Google Patents

全光線形フィードバックシフトレジスタ

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JPH0675263A
JPH0675263A JP4319272A JP31927292A JPH0675263A JP H0675263 A JPH0675263 A JP H0675263A JP 4319272 A JP4319272 A JP 4319272A JP 31927292 A JP31927292 A JP 31927292A JP H0675263 A JPH0675263 A JP H0675263A
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 全て光素子により構成した光巡回シフトレジ
スタを提供する。 【構成】 本発明の全光線形フィードバックシフトレジ
スタは、全光相互作用を利用した符号化手段３０１と、
第１の所定時間間隔後、前記符号化手段の出力手段から
の符号化クロック信号を前記符号化手段の第１制御手段
に接続する第１遅延手段３０２と、第２の所定時間間隔
後、前記符号化クロック信号を前記符号化手段の第２制
御手段に接続する第２遅延手段３０３とからなり、前記
符号化手段は、光クロック信号を受信する手段ＰＷＲ
と、符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信
する制御手段Ｉ１と、符号化光クロック信号の第２遅延
バージョンを受信する制御手段Ｉ２と、符号化光クロッ
ク信号を出力する手段０ＵＴ２からなり、前記符号化手
段は、受信クロック信号を前記第１と第２の遅延符号化
クロック信号の排他的０Ｒ回路から抽出された値でもっ
て符号化し、前記制御手段から前記出力手段への第３遅
延が所定の時間間隔であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光デジタル回路に関し、
特に、光巡回シフトレジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】全光情報処理は、電子情報処理よりもは
るかに速いスピードを有している。光回路は比較的非直
線性が悪いにも関わらず、石英ガラス光ファイバは、全
光処理システムを実現する最も有望な媒体である。この
光ファイバの損失は極めて低く、その非直線性を補償す
るために、長い距離が用いられている。そして、そのよ
うな光システムを構築するのに、極めてたくさんの既存
の技術が用いられる。全光ファイバサニャック干渉計ス
イッチは様々な形において、そして、極めて高速で動作
できる。そのサニャックスイッチは極めて単純な構造
で、そして周囲の変化に極めて敏感で、沢山の経験を蓄
積して、サニャックループをベースにしたファイバのジ
ャイロスコープが開発された。
【０００３】光の三端子サニャックスイッチを形成する
ために、個別の信号ビームとは別の制御ビームを用いる
必要がある。二つの異なる光波長を用いて、制御ビーム
と信号ビームの無損失の結合および分離は、波長依存性
カプラ、あるいはフィルタを用いて行われる。異なる波
長を使用することは、単純なシステム形成には便利であ
るが、システムが複雑になるにつれて問題が発生してく
る。すなわち、同一の素子でもって、システムをカスケ
ード構成することができない。近年、偏光ベースのサニ
ャックスイッチは波長ではなく、偏光を用いて制御ビー
ムと信号ビームとを識別するものが実証されている。安
定した偏光ベースの干渉計は、偏光カプラを用いて、サ
ニャックスイッチ内で簡単に達成できる。光スイッチを
実現するのに進歩はしているが、全光情報処理装置が実
現する前に、たくさんの他の電子回路機能が光環境で実
現される必要がある。尚、本出願の関連出願として整理
番号９２０２１３と９２０２１４とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光巡
回シフトレジスタの構成部品をすべて光素子により構成
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の光線形フィード
バックシフトレジスタは、光符号化手段を用いて実現さ
れる。この符号化手段は、それぞれ第１と第２の制御ポ
ートで受信した符号化信号の第１遅延信号と第２遅延信
号との排他的ＯＲ回路から抽出した値でもって符号化す
る。この結果得られた符号化クロック信号は、出力ポー
トに現れ、その後、第１の遅延手段を介して、前記第１
の制御ポートに接続され、第２の遅延手段を介して、前
記第２の制御ポートに接続される。他の実施例では、光
通信システムは、上記の線形フィードバックシフトレジ
スターを用いて、伝送位置でデータ信号を符号化し、こ
の符号化されたデータ信号を復合するために、受信位置
で同一の線形フィードバックシフトレジスタを用いる。
【０００６】
【実施例】図１に本発明を利用した光排他的ＯＲ論理ゲ
ートの動作について説明する。光排他的ＯＲ論理ゲート
１００は二つの制御入力を有するよう変更されたサニャ
ック干渉計スイッチ装置１１０を用いて実現される。こ
のサニャック干渉計スイッチ装置１１０の詳細は、米国
特許出願第５２１７７４号に記載されている。この光排
他的ＯＲ論理ゲート１００は、伝送媒体、すなわち、光
ファイバループ１０を有し、光ファイバループ１０は、
その両端でカプラ２０に接続されている。入力信号は、
入力ＩＮに入力され、そして、カプラ４０に接続され
て、さらに、カプラ２０のポート１に接続される。カプ
ラ４０はカプラ２０のポート１に現れる反射出力ＯＵＴ
１に接続させる。カプラ２０のポート２と４は光ファイ
バループ１０の二つの端部に接続される。カプラ２０の
ポート３はサニャック干渉計スイッチ装置１１０の第２
出力ＯＵＴ２を形成する。光ファイバループ１０はルー
プを形成しているので、信号が伝播するバスとも称さ
れ、バスが閉じるような構成となる。
【０００７】このサニャック干渉計スイッチ装置１１０
は、以下のように動作する。ポート１に入力された入力
信号ＩＮは二つの部分に分離されて、カプラ２０をポー
ト２と４から出て、時計方向に回るマーク（ｍａｒｋ）
信号を反時計方向に回るレフ（ｒｅｆ）信号と称する。
このマーク信号とレフ信号は、ループ内を反対方向に伝
播し、カプラ２０に再入力して再結合する。通常の環境
下では、マーク信号とレフ信号はループ内を通過すると
きに、同一の条件に曝される。伝播スピードは制御不可
能な、あるいは時間とともに変わるような多くのパラメ
ーターの関数であるが、レフ信号とマーク信号の伝播時
間は非常に短く、そのため、すべてのパラメータは一定
であるとする。従って、二つの方向に伝播した信号への
光ファイバの影響の差は、このループ内には存在しな
い。その結果、レフ信号とマーク信号はカプラ２０内で
結合し、ポート１では生成的で、ポート３では非生成的
である。従って、カプラ２０のポート１に入る光は、ポ
ート１に全反射され（そして、カプラ４０のＯＵＴ１と
して現れ）、出力はポート３（ＯＵＴ２）には現れな
い。
【０００８】さらに、図１は、第１制御信号ＣＴＬ１を
光ファイバループ１０のセグメント１１に注入するカプ
ラ３０を有する。このカプラ３０は、ループ内に存在す
るので、第１制御信号ＣＴＬ１は、ループ内を一方向に
のみ伝播し、そして、カプラ３０は、マーク信号と同様
な時計方向にループ内に伝播する制御信号を注入する。
同様に、カプラ５０は、第２制御信号ＣＴＬ２を光ファ
イバループ１０のセグメント１１内にレフ信号と同様な
反時計方向に伝播するよう注入する。
【０００９】これらの制御パルスが、光ファイバループ
１０内に入ると、入力生成パルス（基準、あるいは相互
作用パルス）に関し、タイミングが取られ、遅く伝播す
るパルスが速く伝播するパルスに先行する。ループ内を
伝播している間、速いパルスは遅いパルスに追いつき、
そして、完全に追い越して、このため、二つのパルスは
互いに交差（トラバース）する。ここで、用語「交差す
る」とは、両方の意味で用いられ、パルスＡがパルスＢ
を交差するときは、パルスＢも、またパルスＡを交差す
るともいう。このようにして、制御パルスは、サニャッ
クグループ内を同一方向に伝播するパルスの伝播スピー
ドに影響を及ぼし、それがカプラ２０に再入力するとき
に、影響されたパルスの位相を変化させる。この制御パ
ルスの強度が適切に制御されると、制御パルスによって
生成される位相シフト（制御パルスの方向に伝播するパ
ルス）は、そして、カプラ２０の入力ポート１には、反
射信号は現れない。
【００１０】光ファイバループ１０のセグメント１１
は、可変屈折率材料で形成され、この材料内を通過する
光ビームの伝播スピードは、そのビームのエネルギーの
関数であるような特徴をもっている。さらに、伝播スピ
ードは、伝播スピードの変化に影響を及ぼすような光ビ
ームに対し変化するだけでなく、同時期にこの材料を通
過する他のビームの伝播スピードをも変化させる。もち
ろん、光ファイバループ１０の全長をそのような可変反
射率材料で形成してもよいが、図１では、この材料で製
造されるのは、限られたセグメントのみである。また図
１の光ファイバループ１０は、必ずしも光ファイバであ
る必要はなく、光を伝播できるような他の導波路でも構
わない。
【００１１】図１の装置は、光ファイバループ１０を有
し、光ファイバループ１０のセグメント１１は、伝播ス
ピードが制御可能な材料で形成されている。マーク（Ｍ
ＡＲＫ）信号とレフ（ＲＥＦ）信号はループ内を反対方
向に伝播し、カプラ２０で結合する。第１制御信号ＣＴ
Ｌ１は、カプラ３０で注入されて、マーク信号と同一方
向に伝播する。そして、第２制御信号ＣＴＬ２は、カプ
ラ５０で注入されて、レフ信号と同一方向に伝播する。
制御信号ＣＴＬ１とＣＴＬ２の何れか、または両方が存
在し、互いにおよび入力信号ＩＮに対して、適切にタイ
ミングが取られていると、図１の回路は、制御信号ＣＴ
Ｌ１とＣＴＬ２に排他的ＯＲ機能を提供する。
【００１２】図２に図１の標準の排他的ＯＲゲートを示
す。この排他的ＯＲ機能は、入力信号Ｉ１とＩ２の両方
が存在しない場合（論理０）、または両方が存在する場
合（論理１）の場合、出力ＯＵＴは０（不存在）であ
る。しかし、入力信号Ｉ１、またはＩ２の何れかが存在
する場合（論理１）、出力ＯＵＴが存在する（論理
１）。従って、図１の回路は、制御信号ＣＴＬ１が入力
Ｉ１で、制御信号ＣＴＬ２が入力Ｉ２で、出力すると、
ＯＵＴ２は、非反転出力で、ＯＵＴ１は、反転出力とな
るような図２の排他的ＯＲ機能を提供する。図１の入力
ＩＮは、図２のパワーリードとして示される。電圧が電
子排他的論理ＯＲゲートにパワーを入力すると、本発明
の光の排他的ＯＲゲートは、パルス流（例えば、クロッ
ク）がそれをパワー入力するよう要求する。図１の光論
理ゲートの遅延は、図２の遅延要素Ｄでもって表され
る。ここで、簡単のために、遅延要素Ｄは、クロック期
間の一つに等しいとする。出力ＯＵＴ２とＯＵＴ１は、
入力Ｉ１とＩ２から１クロック期間だけ遅延する。この
遅延要素Ｄは、光ファイバループ１０の長さで決まるの
で、どのような時間間隔にも調整できる。
【００１３】図１の排他的ＯＲ回路の動作を以下に詳述
する。以下において、制御パルスＣＴＬ１とＣＴＬ２は
ほぼ同一波形（以下に説明するが、制御信号ＣＴＬ１と
ＣＴＬ２の全エネルギーは、同一の伝播スピード変化の
影響を有するために、等しい必要がある）と仮定する。
制御信号ＣＴＬ１とＣＴＬ２の両方が存在しない場合、
マーク信号とレフ信号はカプラ２０で結合する。ポート
１でスイッチに入る信号は、光ファイバループ１０から
反射し、カプラ２０のポート１から、そして、カプラ４
０のＯＵＴ１から出て行く。かくして、制御信号ＣＴＬ
１とＣＴＬ２の両方が存在しない場合には、ポート３即
ち出力ＯＵＴ２には信号は現れない。
【００１４】しかし、制御信号ＣＴＬ１のみが存在し
（すなわち、制御信号ＣＴＬ２が存在しない）、そし
て、セグメント１１内のマーク信号と交差する場合、マ
ーク信号の伝播スピードが変化する。かくして、制御信
号は、カプラ２０に到着するマーク信号の位相を変化さ
せる。制御信号のエネルギーとセグメント１１内の相互
作用間隔（マーク信号と制御信号との間の）が適切に制
御されると、このマーク信号は約πラジアン（１８０
度）の位相シフトが付加され、、反対方向に進行するー
レフ信号は位相シフトを行わない。このようにして、マ
ーク信号とレフ信号との間の１８０度の位相差により、
カプラ２０内でマーク信号とレフ信号との再結合がポー
ト１では完全で非生成的で、ポート３では完全に生成的
であるようになる。その結果、ポート３（非反射出力ポ
ート）に全エネルギーが存在し、ポート１（反射信号出
力ポート）には存在しない。通過する際に、レフ信号は
セグメント１１を通過する際に、そのスピードは制御信
号により幾分影響される。しかし、制御信号ＣＴＬ１と
レフ信号は反対方向に進行するため、その相互作用時間
は、マーク信号と制御信号ＣＴＬ１との相互作用時間よ
りもはるかに短い。
【００１５】サニャックスイッチの適切な動作（ポート
３に出力するパルスのひずみを最小化する）を保証する
ために、制御信号ＣＴＬ１は、それが光ファイバループ
１０のセグメント１１を通過する間、マーク信号と完全
に交差する（すなわち、制御信号ＣＴＬ１の各部分はマ
ーク信号の各部分と相互作用する）ことが必要である。
この交差は、セグメント１１の材料は複屈折特性を有す
ることにより達成される。すなわち、制御信号ＣＴＬ１
は、マーク信号とは異なる速度で伝播することである。
かくして、制御信号ＣＴＬＩがマーク信号よりも速い場
合には、制御信号ＣＴＬ１はループ内にマーク信号より
遅れて入り、セグメント１１の端部到達の前に、マーク
信号を通過する。もし、制御信号ＣＴＬ１がマーク信号
より遅い場合には、制御信号ＣＴＬ１はマーク信号の直
前にループ内に入り、そして、マーク信号はセグメント
１１の端部の前に制御信号ＣＴＬ１を通過する。
【００１６】制御信号ＣＴＬＩとマーク信号との間の伝
播速度の差は、制御信号ＣＴＬ１の制御可能なパラメー
タ（例えば、波長、強度、偏光）に関連する。制御信号
ＣＴＬ１がマーク信号と相互作用しないようにするため
に、異なる波長、あるいは同一波長の場合は異なる偏光
を利用しなければならない。制御信号ＣＴＬ１が、セグ
メント１１内でマーク信号と完全に交差する限り、サニ
ャックスイッチの動作は、制御信号ＣＴＬ１の形状、あ
るいは、その正確なタイミングには全く影響されず、制
御信号ＣＴＬ１の全エネルギー（制御パルスの積分値）
にのみ影響される。
【００１７】上記の方法と同様に、制御信号ＣＴＬ２の
みが存在する（制御信号ＣＴＬ１は存在しない）場合、
制御信号ＣＴＬ２はレフ信号とともにセグメント１１内
を伝播する。これはマーク信号に対し、レフ信号の伝播
スピードを変化させるので、レフ信号とマーク信号との
間の得られた位相差は約πラジアン（１８０度）で、そ
れにより、カプラ２０での結合がポート１では完全に非
生成的、ポート３では完全的生成的であるようになる。
かくして、制御信号ＣＴＬ１、あるいはＣＴＬ２の何れ
かが存在する場合、信号は出力ＯＵＴ２に現れ、出力Ｏ
ＵＴ１には現れない。
【００１８】制御信号ＣＴＬ１とＣＴＬ２の両方が存在
する（ほぼ等しいエネルギー積分値を有する）場合、レ
フ信号とマーク信号の両方の伝播スピードは、同一の位
相シフトを受ける。その結果、レフ信号とマーク信号
は、光ファイバループ１０内を同一の変化したスピード
で、若干の位相差でもって通過する。従って、これによ
りカプラ２０内の結合はポート１に関しては、完全に生
成的で、３に関しては完全に非生成的である。かくし
て、制御信号ＣＴＬ１とＣＴＬ２の両方が存在する場
合、信号は出力ＯＵＴ１に現れ、ＯＵＴ２には現れな
い。
【００１９】かくして、図１の回路の出力リードＯＵＴ
２は、制御信号ＣＴＬ１とＣＴＬ２の排他的ＯＲ機能を
表す。これは図２に示されている。排他的ＮＯＲ機能が
必要な場合には、出力ＯＵＴ１を用いて、出力ＯＵＴ２
を用いない。図３に図１の光排他的ＯＲ論理ゲートを用
いて実現した本発明の全光線形フィードバックシフトレ
ジスタ装置を図示する。図３の線形フィードバックシフ
トレジスタには、光排他的ＯＲ論理ゲート３０１を有
し、この光排他的ＯＲ論理ゲート３０１は、出力ＯＵＴ
２と入力Ｉ１との間に接続された第１長さの第１光ファ
イバ３０２と、入力Ｉ１とＩ２との間に接続された第２
長さの第２光ファイバ３０３とを有する。
【００２０】光排他的ＯＲ論理ゲート３０１の出力ＯＵ
Ｔ２（ＯＵＴ１は図示せず）は、クロック信号から生成
されるので、それはクロック信号と同一波長、同一偏光
を有する。第１光ファイバ３０２の出力と第２光ファイ
バ３０３の出力は、それぞれＩ１とＩ２への入力信号と
なり、クロック信号と同一波長、同一偏光を有する。し
かし、入力Ｉ１とＩ２は、サニャックスイッチの制御ポ
ートであるので、独自のサニャック動作は、それらが直
交偏光を有し（それらは同一波長であるので）、そし
て、クロック信号と干渉しないようにする必要がある。
かくして、出力ＯＵＴ２、あるいは入力Ｉ１とＩ２との
何れかの場所で、光ファイバケーブルの接続は９０度回
転して、入力Ｉ１とＩ２への信号はクロック信号とは異
なる偏光を有するようにする。
【００２１】第１光ファイバ３０２と第２光ファイバ３
０３の長さは、タップ付き遅延線を表す。第１光ファイ
バ３０２と第２光ファイバ３０３は、クロック周波数レ
ートＣＬＫでクロックするそれぞれＮ１ビットとＮ２ビ
ットの光シフトレジスタと見なすこともできる。このＮ
１ビットとＮ２ビットの数は、第１光ファイバ３０２と
第２光ファイバ３０３のそれぞれの長さによって決定さ
れ、１クロック時間の間のクロックパレスが、光ファイ
バ内を移動する長さによって分けられる。第１光ファイ
バ３０２と第２光ファイバ３０３は、均一の伝播スピー
ドを有するので、図１の光ファイバループ１０と同一材
料で形成できる。
【００２２】シフトレジスタ（第１光ファイバ３０２、
第２光ファイバ３０３）は、所定のデータパターンを有
し（データのロードは以下に記述する）と仮定すると、
線形シフトフィードバックレジスタの動作は以下の通り
である。シフトレジスタ３０４と３０５の出力ビット
が、それぞれ入力Ｉ２とＩ１に入力され、光排他的ＯＲ
論理ゲート３０１からの出力が生成され、それが遅延要
素３０６に記憶される。光排他的ＯＲ論理ゲート３０１
の遅延要素３０６は、１クロック期間（１ビットタイム
に等しいと仮定した）。すなわち、第１光ファイバ３０
２の一部として考えられた１ビットレジスタを表す。次
の１クロック期間後、次のビットは、シフトレジスタ３
０４から出力されて、シフトレジスタ３０５は、光排他
的ＯＲ論理ゲート３０１により排他的ＯＲ論理化され、
遅延要素３０６に記憶される。遅延要素３０６からの前
のビットは、第１光ファイバ３０２の部分３０７内にシ
フトされる。シフトレジスタ３０５の出力は、第２光フ
ァイバ３０３の部分３１０と光排他的ＯＲ論理ゲート３
０１のＩ１に入力される。このプロセスは光排他的ＯＲ
論理ゲート３０１の出力ＯＵＴ２が２進シーケンスを表
すよう続けられる。
【００２３】データが、図３の線形フィードバックシフ
トレジスタに入力され、その方法には、１）クロックリ
ードと直列に配置された変調機３２０、２）出力リード
ＯＵＴ２に直列配置された変調機３３０、３）入力リー
ドＩ１、Ｉ２にそれぞれ直列に配置された変調機３４
０、３５０により入力される。
【００２４】この線形フィードバックシフトレジスタ
は、非常にたくさんの面白い応用をもっており、その内
の一つは、０と１の最大長疑似ランダム２進シーケンス
を表すこともできる。例えば、Ｐ．Ｈ．Ｒ．Ｓｃｈｏｌ
ｅｆｉｅｌｄ、「シフトレジスタ最大長シーケンスを発
生する」、電子技術、１９６０年１０月号、第３７巻、
３８９−３９４ページ。この疑似ランダムシーケンスは
２P−１の長さで、ここで、Ｐは使用されるシフトレジ
スタのサイズに対応し（Ｐ＝Ｎ＋Ｍ）、このシーケンス
はすべて対応可能な０と１の組合せを有し、それらはゼ
ロ状態（全ゼロ）を除いて２PオーダのＧａｌｏｉｓ
Ｆｉｅｌｄ（ＧＦ）で定義される。これらの最大長シー
ケンスはＧＦ［２P］以上の原始多項式によって生成さ
れる。様々なテーブルがＧＦ［２P］以上の公知の原始
多項式、および既約３項式のリストとともに存在する。
例えば、Ｗ．Ｓｔａｈｎｋｅ「原始２進多項式」、Ｍａ
ｔｈｅｒｍａｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ、１
９７３年１０月、第２７卷１２４号、９７７−９８０ペ
ージ。ここに開示した線形フィードバックシフトレジス
タは多項式ではなく、ＧＦ［２P］の３項式を用いて、
１個の排他的ＯＲゲートのみを用いた構成例を示す。
【００２５】図３の疑似乱数生成装置の最大長シーケン
スを得るために、遅延要素３０６と第１光ファイバ３０
２の結合長は、Ｎ個のクロックパルスを記憶するために
選択され、第２光ファイバ３０３の長さは、Ｍ個のクロ
ックパルスを記憶するために選択される。ここで、Ｍは
Ｎ未満で、適当なＰ次の原始３項式（Ｐ＝Ｍ＋Ｎ）によ
って、Ｍは決定される。ＭとＮのこれらの値は公知の方
法により決定される。具体的には上記の文献を参照のこ
と。
【００２６】図４に、排他的ＮＯＲゲート４００（負の
フィードバックを用いて）、そして、内部リセット（ク
リア回路）を用いた図３の線形フィードバックシフトレ
ジスタの変形例が示されている。この排他的ＮＯＲゲー
ト４００は、ゲート３００と同様に動作するが、出力は
反転している。変調機４２０は、クリアリードが論理１
の時に、シフトレジスタ４０２と４０３の中身をクリア
するために使用される。変調機４２０はクリアリードが
論理０の場合に、ディスエーブルされる。
【００２７】クリアモードの間、クリアリードは論理１
で、出力４０７は論理０である。このクリアモードの
間、シフトレジスタ４０６、４０２、４０３の内容は、
全部シーケンシャルに論理０にクリアされる。しかし、
シフトレジスタ４０６は、クリアモードの間、論理１の
ままである。シフトレジスタ４０２、４０３、４０６の
すべてが完全にクリアされる後、データは図４の線形フ
ィードバックシフトレジスタに入力される。これは、ク
ロックパルスが線形フィードバックシフトレジスタに入
ることが可能となるように、クリアリードを０に選択的
に切り替えることにより、行われる。第１光ファイバ３
０２と第２光ファイバ３０３がクリアされると、出力４
０７は論理１で、シフトレジスタ４０２に入力され、そ
の後シフトレジスタ４０３に入力される。データがすべ
て入力された後、クリアリードは論理０にセットされ
る。
【００２８】図５に示されるように、線形フィードバッ
クシフトレジスタ５００は、正と負の両方のフィードバ
ック、および内部リセットを有する。クリアリードが論
理１の場合に、線形フィードバックシフトレジスタ５０
０に入るクロックパルスはなく、レジスタ５０１と５０
２はクリアされる。レジスタ５０１と５０２の長さは異
なり、前述したように、適当な原始３項式を用いること
によって決定される。データは変調機５０３と５０４を
用いて、それぞれレジスタ５０１と５０２に入力され
る。
【００２９】図６に図１と同一の線形フィードバックシ
フトレジスタを用いて実現した通信システムが示されて
いる。この線形フィードバックシフトレジスタは伝送
用、あるいは受信用に、同一の疑似乱数生成機を実行す
るのに必要なレジスタサイズを６０１、６０２を有す
る。シフトレジスタ（疑似乱数発生機）６０１の伝播デ
ータと出力は符号化機の入力として提供され、この符号
化機は光排他的ＯＲ論理ゲート６０３を用いて実現され
る。光排他的ＯＲ論理ゲート６０３の出力は通信設備６
０５を介して送られ、シフトレジスタ（疑似乱数発生
機）６０１から出力された疑似乱数シーケンスによって
符号化された伝送データである。受信場所において、符
号化データ信号は、通信設備６０５を介して受信され、
復号化機によって複合され、この復号化機は、光排他的
ＯＲ論理ゲート６０４を用いて実現し、シフトレジスタ
（疑似乱数発生機）６０２出力を用いる（シフトレジス
タ６０１出力と同一である）。光排他的ＯＲ論理ゲート
６０４の受信データ出力はもとの伝送データである。明
かに、シフトレジスタ（疑似乱数発生機）６０１は伝送
場所において用いられ、それは受信場所で用いられた疑
似乱数発生機６０２とは異なって機能するものである。
ただし、それらは同期して生成された乱数シーケンスは
同一である。
【００３０】図１のサニャックスイッチの機能はＭａｃ
ｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒスイッチ、あるいは他の干渉スイッ
チ、例えば、カー効果を用いても実現できる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、光巡
回シフトレジスタの構成部品をすべて光素子により構成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サニャックスイッチを用いて実現した光排他的
ＯＲゲートを表す図である。
【図２】図１と等価の排他的ＯＲゲートのブロック図で
ある。
【図３】本発明による光線形フィードバックシフトレジ
スタのブロック図である。
【図４】負のフィードバックを有する光線形フィードバ
ックシフトレジスタを表す図である。
【図５】負と正のフィードバック回路を有する光線形フ
ィードバックシフトレジスタを表す図である。
【図６】図３の線形フィードバックシフトレジスタとと
もに、図１の排他的ＯＲゲートを用いて実現した通信リ
ンクを表す図である。
【符号の説明】
１、２、４ ポート １０ 光ファイバループ １１ セグメント ２０、３０、４０、５０ カプラ １００ 光排他的０Ｒ論理ゲート １１０ サニャック干渉計スイッチ装置 １２０ フィードバックパス １４０、１９０ レーザ １５０、１８０ 光変調機 １６０ 増幅機 ２００ 光排他的０Ｒ論理ゲート ３００ ゲート ３０１ 光排他的０Ｒ論理ゲート ３０２ 第１光ファイバ ３０３ 第２光ファイバ ３０４ ３０５ シフトレジスタ ３０６ 遅延要素 ３２０、３３０、３４０、３５０ 変調機 ＣＴＬ１ 第１制御信号 ＣＴＬ２ 第２制御信号 ４００ 排他的ＮＯＲゲート ４０２、４０３、４０６ シフトレジスタ ４０７ 出力 ４２０ 変調機 ５００ 線形フィードバックシフトレジスタ ５０１、５０２ レジスタ ５０３、５０４ 変調機 ６０１ 線形フィードバックシフトレジスタ（疑似乱数
発生機） ６０２ 線形フィードバックシフトレジスタ（疑似乱数
発生機） ６０３ 光排他的０Ｒ論理ゲート ６０４ 光排他的０Ｒ論理ゲート ６０５ 通信設備
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘラクレス アヴラモポウルス アメリカ合衆国 07701 ニュージャージ ー マンマウス カウンティー、レッドバ ンク、マジソン アヴェニュー モーリー ピッチャー ヴィレッジ 30 (72)発明者 アラン フーアン アメリカ合衆国 07748 ニュージャージ ー マンマウス カウンティー、ミドルタ ウン、ハウランド ロード 57 (72)発明者 ノーマン アシュトン ウィティカー ジ ュニア アメリカ合衆国 07716 ニュージャージ ー マンマウス カウンティー、アトラン ティック ハイランズ、４ アヴェニュー 20

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 全光相互作用を利用した符号化手段（３
    ０１）と、 第１の所定時間間隔後、 前記符号化手段の出力手段か
    らの符号化クロック信号を前記符号化手段の第１制御手
    段に接続する第１遅延手段（３０２）と、 第２の所定時間間隔後、 前記符号化クロック信号を前
    記符号化手段の第２制御手段に接続する第２遅延手段
    （３０３）と、からなり、 前記符号化手段は、 光クロック信号を受信する手段（ＰＷＲ）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の第２遅延バージョンを受信する
    制御手段（Ｉ２）と、 符号化光クロック信号を出力する手段（０ＵＴ２）から
    なり、 前記符号化手段は、受信クロック信号を前記第１と第２
    の遅延符号化クロック信号の排他的０Ｒ回路から抽出さ
    れた値でもって符号化し、 前記符号化手段による前記制御手段から前記出力手段へ
    の第３遅延が、所定の時間間隔であることを特徴とする
    全光線形フィードバックシフトレジスタ。
  2. 【請求項２】 全光相互作用は、非線形光プロセスを有
    することを特徴とする請求項１のレジスタ。
  3. 【請求項３】 データを線形フィードバックシフトレジ
    スタに入力する手段（３４０）を更に有することを特徴
    とする請求項１のレジスタ。
  4. 【請求項４】 受信データ信号に応答して、変調光クロ
    ック信号を生成する手段（３２０）を更に有することを
    特徴とする請求項１のレジスタ。
  5. 【請求項５】 受信データ信号に応答して、符号化クロ
    ック信号を変調する手段（３３０）を更に有することを
    特徴とする請求項１のレジスタ。
  6. 【請求項６】 受信データ信号を第１制御手段と第２制
    御手段の一方に入力する手段を更に有することを特徴と
    する請求項１のレジスタ。 【請求項６】 前記符号化手段は、前記符号化クロック
    信号を調整するために、受信データ信号を入力する第２
    制御手段（ＳＯ）を有することを特徴とする請求項１の
    レジスタ。
  7. 【請求項７】 前記符号化手段は、サニャックスイッチ
    （図１）を含み、 前記受信手段は、前記サニャックスイッチの入力ポート
    （ＩＮ）であり、 前記第１制御手段は、前記サニャックスイッチの第１制
    御ポート（ＣＴＬ１）であり、 前記第２制御手段は、前記サニャックスイッチの第２制
    御ポート（ＣＴＬ２）であり、 前記遅延手段は、前記サニャックスイッチの出力ポート
    （０ＵＴ２）を前記第１制御ポートに接続することを特
    徴とする請求項１のレジスタ。
  8. 【請求項８】 合成した第１所定時間間隔と第２所定時
    間間隔とは、Ｎ個のパルスをストアし、 第２所定時間間隔は、Ｍ個のパルスをストアし、 ここで、Ｍは、Ｎ未満で、 Ｍは、Ｐ次の原始３項式（primitive trinominal）によ
    り決定され、 ここで、Ｐ＝Ｍ＋Ｎで、 前記符号化クロック信号は、最大長シーケンスであるこ
    とを特徴とする請求項１のレジスタ。
  9. 【請求項９】 全光相互作用を利用した符号化手段（５
    ００）と、 第１の所定時間間隔後、 前記符号化手段第１出力手段
    からの符号化クロック信号を前記符号化手段の第１制御
    手段に接続する第１遅延手段（５０１）と、 前記第１所定時間遅延より長い第２の所定時間間隔後、
    前記反転符号化クロック信号を前記符号化手段の第２
    制御手段に接続する第２遅延手段（５０２）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段
    （ＯＵＴＰＵＴ）とからなり、 前記符号化手段は、 光クロック信号を受信する手段（ＰＷＲ）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の反転コピーの第２遅延バージョ
    ンを受信する制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する第１手段（０ＵＴ
    １と） 前記符号化光クロック信号の反転コピーを出力する第２
    手段（０ＵＴ２）とからなり、 前記符号化手段は、受信クロック信号を前記第１遅延符
    号化クロック信号と第２遅延反転符号化クロック信号の
    排他的０Ｒ回路から抽出された値でもって符号化し、 前記符号化手段による前記第１と第２制御手段から前記
    出力手段への第３遅延が、所定の時間間隔であることを
    特徴とする全光線形フィードバックシフトレジスタ。
  10. 【請求項１０】 前記符号化手段は、サニャックスイッ
    チ（図１）を含み、 前記受信手段は、前記サニャックスイッチの入力ポート
    （ＩＮ）であり、 前記第１制御手段は、前記サニャックスイッチの第１制
    御ポート（ＣＴＬ１）であり、 前記第２制御手段は、前記サニャックスイッチの第２制
    御ポート（ＣＴＬ２）であり、 前記第１出力手段は、前記サニャックスイッチの第１出
    力ポート（０ＵＴ１）であり、 前記第２出力手段は、前記サニャックスイッチの第２出
    力ポート（０ＵＴ２）であり、前記第２出力ポートは、
    前記第１出力ポートの出力の反転である出力を有し、 前記第１遅延手段は、前記サニャックスイッチの第１出
    力ポートを前記第１制御ポートに接続し、 前記第２遅延手段は、前記サニャックスイッチの第２出
    力ポートを前記第２制御ポートに接続することを特徴と
    する請求項９のレジスタ。
  11. 【請求項１１】 前記遅延手段の１つの遅延手段は、Ｎ
    個のパルスをストアし、 前記遅延手段の他の遅延手段は、Ｍ個のパルスをストア
    し、 ここで、Ｍは、Ｎ未満で、 Ｍは、Ｐ次の原始３項式により決定され、ここで、Ｐ＝
    Ｍ＋Ｎで、 前記符号化クロック信号は、最大長シーケンスであるこ
    とを特徴とする請求項９のレジスタ。
  12. 【請求項１２】 伝搬速度が制御可能な材料製の光伝送
    媒体（１１）と、 前記媒体内を一方向に伝搬する相互作用信号と、反対方
    向に伝搬する基準信号とを生成する為に、入力ポートを
    有し、入力パルスを受信し、それを前記媒体中に注入す
    る結合手段（４０）と、 前記相互作用パルスが前記媒体内を伝搬している間、第
    １制御パルスと相互作用パルスとが横断するように、相
    互作用パルスとの関係において、制御され、前記媒体内
    を相互作用信号と同方向に伝搬する前記第１制御パルス
    を、前記第１制御パルスのタイミングで、前記媒体中に
    注入する第１注入手段（ＣＴＬ１）と、 前記基準パルスが前記媒体内を伝搬している間、第２制
    御パルスと基準パルスとが横断するように、基準パルス
    との関係において、制御され、前記媒体内を基準信号と
    同方向に伝搬する前記第２制御パルスを、前記第２制御
    パルスのタイミングで、前記媒体中に注入する第２注入
    手段（ＣＴＬ１）と、 前記媒体内伝搬した後の前記基準信号と、前記媒体内伝
    搬した後の前記相互作用信号とを結合する手段（２０
    １）と、 入力と第１出力との間の第１所定パルス遅延を有し、第
    １所定パルス遅延より短い第２所定パルス遅延を有する
    出力を有する第２光伝送媒体（３０２、３０３）と、を
    有し、 第２光伝送媒体の前記入力は、前記結合手段の出力ポー
    トに結合され、 第２光伝送媒体の前記第１出力は、前記第１と第２の注
    入手段の１つに結合され、 第２光伝送媒体の前記第２出力は、前記第１と第２の注
    入手段の他の１つに結合されることを特徴とする光線形
    フィードバックシフトレジスタ（図３）。
  13. 【請求項１３】 伝搬速度が制御可能な材料製の光伝送
    媒体（１１）と、 前記媒体内を一方向に伝搬する相互作用信号と、反対方
    向に伝搬する基準信号とを生成する為に、入力ポートを
    有し、入力パルスを受信し、それを前記媒体中に注入す
    る結合手段（４０）と、 前記相互作用パルスが前記媒体内を伝搬している間、第
    １制御パルスと相互作用パルスとが横断するように、相
    互作用パルスとの関係において、制御され、前記媒体内
    を相互作用信号と同方向に伝搬する前記第１制御パルス
    を、前記第１制御パルスのタイミングで、前記媒体中に
    注入する第１注入手段（ＣＴＬ１）と、 前記基準パルスが前記媒体内を伝搬している間、第２制
    御パルスと基準パルスとが横断するように、基準パルス
    との関係において、制御され、前記媒体内を基準信号と
    同方向に伝搬する前記第２制御パルスを、前記第２制御
    パルスのタイミングで、前記媒体中に注入する第２注入
    手段（ＣＴＬ１）と、 結合手段（２０）と、 からなり、 前記結合手段は、 前記媒体内伝搬した後の前記基準信号と、前記媒体内伝
    搬した後の前記相互作用信号とを干渉しながら結合する
    ことにより、得られた結合信号を出力する第１出力手段
    （ＯＵＴ１）と、 反転結合信号を出力する第２出力手段（ＯＵＴ２）と、 第１所定パルス遅延を有し、前記第１出力手段を前記第
    １と第２の注入手段の１つに結合する第２光伝送手段
    （５０１）と、 前記第１所定パルス遅延とは異なる第２所定パルス遅延
    を有し、前記第２出力手段を前記第１と第２の注入手段
    の他の１つに結合する第３光伝送手段（５０２）と か
    らなることを特徴とする光線形フィードバックシフトレ
    ジスタ（図５）。
  14. 【請求項１４】 トランスミッタと、レシーバとを有
    し、 前記トランスミッタは、 第１信号を生成する第１光線形フィードバックシフトレ
    ジスタ（８０１）と、 符号化信号を生成する為に、前記第１信号を用いて、光
    伝送データ信号を符号化する第１排他的ＯＲ手段（８０
    ３）とを有し、 前記レシーバは、 前記第１信号と同一の第２信号を生成する第２光線形フ
    ィードバックシフトレジスタ（８０２）と、 前記第２信号を用いて、受信した符号化信号を復号化す
    る第２排他的ＯＲ手段（８０４）とここで、前記第１と
    第２のシフトレジスタの少なくとも１つは、光クロック
    信号を受信する手段（ＰＷＲ１）を有する全光相互作用
    を利用した符号化手段（図４）を有し、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の第２遅延バージョンを受信する
    第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する手段（ＯＵＴ１）
    とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１と第
    ２の遅延符号化クロック信号の排他的ＯＲ出力から得ら
    れた値で、符号化し、前記符号化手段に起因する前記制
    御手段から、前記出力手段への第３遅延は、所定の時間
    間隔であり、 更に、前記出力手段からの符号化クロック信号を、第１
    所定時間後、前記第１制御手段へ結合する第１遅手段
    （４０２、４０３）と、 前記符号化クロック信号を、第２所定時間後、前記第２
    制御手段へ結合する第２遅延手段（４０２）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段と
    を有することを特徴とする光通信システム（図６）。
  15. 【請求項１５】 トランスミッタと、レシーバとを有
    し、 前記トランスミッタは、 第１信号を生成する第１光線形フィードバックシフトレ
    ジスタ（８０１）と、符号化信号を生成する為に、前記
    第１信号を用いて、光伝送データ信号を符号化する第１
    排他的ＯＲ手段（８０３）とを有し、 前記レシーバは、 前記第１信号と同一の第２信号を生成する第２光線形フ
    ィードバックシフトレジスタ（８０２）と、 前記第２信号を用いて、受信した符号化信号を復号化す
    る第２排他的ＯＲ手段（８０４）とここで、前記第１と
    第２のシフトレジスタの少なくとも１つは、光クロック
    信号を受信する手段（ＰＷＲ）を有する全光相互作用を
    利用した符号化手段（図５）を有し、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の反転コピーの第２遅延バージョ
    ンを受信する第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する第１出力手段（Ｏ
    ＵＴ１）と前記符号化光クロック信号の反転コピーを出
    力する第２出力手段（ＯＵＴ２）とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１遅延
    符号化クロック信号と第２遅延反転符号化クロック信号
    の排他的ＯＲ出力から得られた値で、符号化し、前記第
    ２符号化手段に起因する前記第１と第２の制御手段か
    ら、前記第１出力手段への第３遅延は、所定の時間間隔
    であり、 更に、前記第１出力手段からの符号化クロック信号を、
    第１所定時間間隔後、前記第１制御手段へ結合する第１
    遅手段（５０２）と、 前記反転符号化クロック信号を、第１所定時間より長い
    第２所定時間後、前記第２制御手段へ結合する第２遅延
    手段（５０４）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段
    （ＯＵＴＰＵＴ１）とを有することを特徴とする光通信
    システム。
  16. 【請求項１６】 受信した光伝送データ信号を、光線形
    フィードバックシフトレジスタ（８０１）により生成さ
    れたコード信号を用いて、符号化する排他的ＯＲ手段
    （８０３）と、 前記シフトレジスタは、光クロック信号を受信する手段
    （ＰＷＲ）を有する全光相互作用を利用した符号化手段
    （図４）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の第２遅延バージョンを受信する
    第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する出力手段（ＯＵＴ
    １）とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１と第
    ２の遅延符号化クロック信号の排他的ＯＲ出力から得ら
    れた値で、符号化し、前記符号化手段に起因する前記制
    御手段から、前記出力手段への第３遅延は、所定の時間
    間隔であり、 更に、前記出力手段からの符号化クロック信号を、第１
    所定時間後、前記第１制御手段へ結合する第１遅手段
    （４０２、４０３）と、 前記符号化クロック信号を、第２所定時間後、前記第２
    制御手段へ結合する第２遅延手段（４０２）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段と
    を有することを特徴とする光通信システムのトランスミ
    ッタ。
  17. 【請求項１７】 受信した光伝送データ信号を、光線形
    フィードバックシフトレジスタ（８０１）により生成さ
    れたコード信号を用いて、符号化する排他的ＯＲ手段
    （８０３）と、 前記シフトレジスタは、光クロック信号を受信する手段
    （ＰＷＲ）を有する全光相互作用を利用した符号化手段
    （図５）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の反転コピーの第２遅延バージョ
    ンを受信する第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する第１出力手段（Ｏ
    ＵＴ１）と前記符号化光クロック信号の反転コピーを出
    力する第２出力手段（ＯＵＴ２）とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１遅延
    符号化クロック信号と第２遅延反転符号化信号との排他
    的ＯＲ出力から得られた値で、符号化し、前記符号化手
    段に起因する前記第１と第２の制御手段から、前記第１
    出力手段への第３遅延は、所定の時間間隔であり、 更に、前記第１出力手段からの符号化クロック信号を、
    第１所定時間間隔後、前記第１制御手段へ結合する第１
    遅手段（５０２）と、 前記反転符号化クロック信号を、第１所定時間より長い
    第２所定時間後、前記第２制御手段へ結合する第２遅延
    手段（５０４）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段
    （ＯＵＴＰＵＴ１）とを有することを特徴とする光通信
    システムのトランスミッタ。
  18. 【請求項１８】 受信した光伝送データ信号を、光線形
    フィードバックシフトレジスタ（８０２）により生成さ
    れたコード信号を用いて、復号化する排他的ＯＲ手段
    （８０４）と、 前記シフトレジスタは、光クロック信号を受信する手段
    （ＰＷＲ）を有する全光相互作用を利用した符号化手段
    （図４）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の第２遅延バージョンを受信する
    第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する出力手段（ＯＵＴ
    １）とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１と第
    ２の遅延符号化クロック信号の排他的ＯＲ出力から得ら
    れた値で、符号化し、前記符号化手段に起因する前記制
    御手段から、前記出力手段への第３遅延は、所定の時間
    間隔であり、 更に、前記出力手段からの符号化クロック信号を、第１
    所定時間後、前記第１制御手段へ結合する第１遅手段
    （４０２、４０３）と、 前記符号化クロック信号を、第２所定時間後、前記第２
    制御手段へ結合する第２遅延手段（４０２）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段と
    を有することを特徴とする光通信システムのレシーバ。
  19. 【請求項１９】 受信した光伝送データ信号を、光線形
    フィードバックシフトレジスタ（８０１）により生成さ
    れたコード信号を用いて、符号化する排他的ＯＲ手段
    （８０３）と、 前記シフトレジスタは、光クロック信号を受信する手段
    （ＰＷＲ）を有する全光相互作用を利用した符号化手段
    （図５）と、 符号化光クロック信号の第１遅延バージョンを受信する
    第１制御手段（Ｉ１）と、 符号化光クロック信号の反転コピーの第２遅延バージョ
    ンを受信する第２制御手段（Ｉ２）と、 前記符号化光クロック信号を出力する第１出力手段（Ｏ
    ＵＴ１）と前記符号化光クロック信号の反転コピーを出
    力する第２出力手段（ＯＵＴ２）とを有し、 ここで、前記符号化手段は、クロック信号を、第１遅延
    符号化クロック信号と第２遅延反転符号化信号との排他
    的ＯＲ出力から得られた値で、符号化し、前記符号化手
    段に起因する前記第１と第２の制御手段から、前記第１
    出力手段への第３遅延は、所定の時間間隔であり、 更に、前記第１出力手段からの符号化クロック信号を、
    第１所定時間間隔後、前記第１制御手段へ結合する第１
    遅手段（５０２）と、 前記反転符号化クロック信号を、第１所定時間より長い
    第２所定時間後、前記第２制御手段へ結合する第２遅延
    手段（５０４）と、 前記符号化クロック信号を出力するレジスタ出力手段
    （ＯＵＴＰＵＴ１）とを有することを特徴とする光通信
    システムのトランスミッタ。
  20. 【請求項２０】 ２つの入力信号の異なる遅延に対応す
    る２つの出力を生成する遅延媒体（３０２、３０３）
    と、 クロック信号と前記遅延媒体の２つの出力に接続された
    ２つの制御入力とを有するサニャックループ（３０１）
    とからなり、 前記制御信号の極性は、前記入力信号の極性とは異な
    り、 前記入力信号の極性は、前記クロック信号の極性と同じ
    であることを特徴とする光線形フィードバックシフトレ
    ジスタ。
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