JPH11502317A

JPH11502317A - 時間ドメイン空間スペクトラルフィルタリングを介して光ビームの経路を定める装置及び方法

Info

Publication number: JPH11502317A
Application number: JP8527751A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムランダールバビット; トーマスダブリューモスバーグ
Original assignee: オレゴン州
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1999-02-23
Also published as: WO1996028754A1; KR19980703042A; US5812318A; CA2215021A1; EP0815484A1; EP0815484A4

Abstract

(57)【要約】特定のアドレス時間波形及び付加的なデータを含む電磁放射の光パルス（データパルス）の空間的経路を定める装置及び方法を開示する。ルーティングは単体の能動物質（ＡＭ）を含み、この能動物質は、この物質に対してアドレス情報（すなわち、波形弁別）及び方向情報（すなわち、パルスルーティング）を与える電磁放射の１個又はそれ以上の入力ビーム又はパルスを用いてプログラミンムされる。プログラミング中、空間スペクトラル回折格子はデータパルスに属するアドレス情報及び方向情報を符号化する入力パルスの干渉入力形成される。アドレスパルスの時間波形とほぼ同様な時間波形を符号化するデータパルスが能動物質の回折格子と相互作用すると、能動物質が、プログラミング中に入射した方向情報に対応した方向に伝搬する出力パルス（ＫＳ）を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】時間ドメイン空間スペクトラルフィルタリングを介して光ビームの経路を定める装置及び方法謝辞本発明は、空軍省科学研究所の許可Ｆ４９６２０−９２−Ｊ−０３８４及びＦ４９６２０−９３−Ｉ−０５１３によって与えられた物資を利用して開発された。従って、合衆国政府はこの発明についてある権利を有している。発明の分野本発明は、一時的に構成されたデータを含む光ビームの空間的な経路を定める装置及び方法に関するものである。発明の背景例えば、ネットワークコンプュータと別のデータ処理装置との間で大量のデータを交換するレートの改良の必要性が生じている。データの相互交換能力を必要とするノードの数の増大及び各ノードにより要求されるデータの複雑性により、データ伝送及び処理は技術的限界に達している。従って、データ伝送の容量及び効率の増大を実現できるネットワーク装置についての新たな技術アプローチが極めて重要である。光学的手段によるデータの伝送及び処理は、データの処理の速度及び効率を技術的に突破する可能性を示している。光ファイバによるデータ伝送は一般的である。空間スペクトラルホログラム装置を用いることは、通常の技術を用いて達成される性能よりも大幅に高い性能レベルで動作する光ネットワークの扉を開くことができる。光データ処理装置を用いる可能性のある特定の分野は、大きなデータブロック（１０ｋバイト以上）を極めて高速で（１秒当たり１０ギガビット又はそれ以上）連続的に伝送及び処理する分野である。上述したことに加えて、本質的な発達は光メモリで達成された。例えば、時間ドメイン、周波数選択、光メモリの領域において、固有の周波数選択性を呈する材料を用いて入射光ビームの時間的及び空間的特性の両方を記録できることを見出した。モスベルグ著「タイム−ドメインフリーケンシーセレクティブオプティカルデータストレージ」，Ｏptics Ｌett ７：７７−７９（１９８２）。本発明者のその後の研究は、同一の基本的相互作用を用いて、たたみ込み及びクロス相関により個別に時間的に形成された光ビームを処理できることを示している。バイ等著「リアル−タイムオプティカルウェイブフォームコンボルーバ／クロスコレレータ」，Appl ．Phys．Lett．４５：７１４〜７１６（１９８４）、及びバビット等著「ミックスドバイナリマルチプリケーションオブオプティカルシグナルズバイコンポルーションインアンインホモジーニアスリブローデンドアブソーバ」，Appl ．Optics ２５：９６２〜９６５（１９８６）。この研究において、基本となる機構は、きわめて高い帯域幅で動作することに基づくと共に同時に比較的大きな時間−帯域幅の積を与えることを見出した。（前述の文献は本発明の理解に最も関連しているので、これらの文献は本明細書において参考として記載する。）関連する実験及び理論的作業の内容は、これらの概念を種々の方向に拡張することのように思われる。例えば、固有の周波数選択性を用いるデータの記憶及び処理を開示する文献として、カーソリング等著「テンポラリプログラムドフリーインダクションデケイ」，Phys ．Eev.Ａ３０：１５７２〜１５７４（う９８４）、バビット等「コンポルーション，コレレーション，アンドストレージオブオプティカルデータインインホモジーニアスリブローデンドアブソージングアテリアル」，Proceodings of SPIE-Pptical Engineering, Vol ６３９ Advances in Optical Information Procecsing II，PP.２４０〜２４７（１９８６）、スザボーの米国特許第３８９６４２０号（１９７５年７月２２日）、カストロ等の米国特許第４１０１９７６（１９７８年７月１８日）、モスベルグの米国特許第４４５９６８２号（１９８４年７月１０日）、モスベルグ等の米国特許第４６７０８５４号（１９８７年６月２日）、バビッド等の米国特許第５２３９５４８号（１９９３年８月２４日）、及びモスベルグの米国特許第５２７６６３７号（１９９４年１月４日）が含まれる。（これらの文献は本発明の理解に最も関連しているため、本明細書において参考として記載する。）同様な光学的機能は、固有の周波数選択性を有しない分質中に周波数選択性空間回折格子を用いることにより実現されている。マズレンコ著「インタフェアレンスオブスペクトリディスパーズドライト」，Ppt ．Sepetrosc．（ＵＳＳＲ）５６：３５７（１９８９）、マズレンコ著「リコンストラクションオブアノンステーショナリウェイブフィールドバイア３−Ｄミディアム」，Opt ．Spectrosc．（ＵＳＳＲ）５７：３４３〜３４４（１９８４）、マズレンコ著「リコンストラクションオブアタイム−バリイングウエィブフロントバイマルチビームインタフェアレンス」，Sov ．Tech．Phy．Lett er １０：２２８〜２２９（１９８４）、マズレンコ著「ホログラフィオブウエィブパケット」、Appl ．Phys．Ｂ５０１０１〜１１４（１９９０）、及びブラディ等著「ポリウムホログラフィックパルスシェーピング」Optics L ett. １７：６１０〜６１２（１９９２）。（これらの文献は本発明の理解に最も関連しているため、本明細書において参考として記載する。時間波形データの記憶及び／又は処理に対応する光学的プロセスはしばしば空間時間情報の記憶に到達する。例えば、一連の画像を記憶し再生することができる。モスベルグの米国特許第５２７６６３７号。上述した米国技術の開発にも係わらず、光データをルーティングできるデバイス及び方法の必要性がある。特にデータを高速で受動的にルーティングできるデバイスの必要性がある。図面の簡単な説明図１は、順次投射した２個のプログラミングパルスｋ₁及びｋ₂（ｋ₁は「アドレスパルス」、ｋ₂は「方向パルス」）を用いて周波数選択性能動物質をプログラムし、プログラミングの後能動物質が「データパルス」ｋ₃を受光した際、アドレスパルスの時間波形にほぼ同様な時間波形を有する「信号パルス」ｋ_sを発生する一例を線図的に示す。図２Ａは、種々の空間方向に出力パルスを発生することができる本発明による光ルータに用いる周波数選択性能動物質をプログラミングする代表的スキムを線図的に示す。図２Ｂは、プログラミング中に用いた対応するアドレスコードにほぼ整合する時間波形の入力に応答し、図２Ａに示すようにしてプログラムされた光ルータによる出力パルスの選択的な発生を線図的に示す。図３は、３個の代表的な異なるアドレスコード、これら３個のアドレスコードの各々に対応する波形を含むアドレスされたビット列を有する入力時間プロファイル、及び本発明による光ルータにより発生した対応する出力パルス（時間の関数として）を示す。図４は、本発明による光ルータの別のプログラミングスキムを線図的に示す。図５は、本明細書で開示した変形例で用いた第１及び第２のプログラミングビーム（ｋ₁及びｋ₂）、データビーム（ｋ₃）及び出力ビームすなわち信号ビーム（ｋ_s）の相対的な向きを線図的に示す。図６Ａは本発明による光ルータの代表的変形例の光学的形態を線図的に示し、この光ルータはアドレスパルス、方向パルス及びデータ入力パルスの自由空間伝播及び能動物質からの出力パルスの光ファイバ伝達に適した素子に光学的に結合されている。図６Ｂは光ファイバを用いて能動物質へ入力パルスを伝達する図６Ａの変形例を線図的に示す。詳細な説明１．用語本明細書において以下の用語及び表現を用いる。「光」とは、適当な電磁放射であり、電磁スペクトラムの可視域に限定されない。「光学的ビーム」又は「光ビーム」とは、太陽からの太陽光のように放射源から多くの又はあらゆる方向に進行する放射とは異なり、レーザビームのように放射源から規定された単一の方向（ｋ）に伝搬する電磁放射である。光ビームは波動を示す電界を含む。「光パルス」とは、光ビームの時間波形であり、この波形は開始部と終了部を有する。光パルスは開始部と終了部との間で変調してデータを符号化することができる。「光流」又は「光データ流」とは、開始部及び終了部が規定されていない波形を有する光ビームの時間波形である。光ビーム又はパルスの「伝搬方向」とは、ビームの波動ベクトル，すなわちビーム又はパルスの空間的な向きである。光ビーム又はパルスの「時間波形」又は「時間構造」とは、本発明によるデータ伝送及び処理で用いビーム又はパルスの電界成分の時間の関数としての波形である。「能動物質」とは、この物質と相互作用する特定の時間構造を有する光ビーム又はパルスを本発明に基づいて受動的に偏向できる物質であり、この偏向はプログラミングにより能動物質に形成された空間スペクトラル回折格子との光ビーム又はパルスの相互作用の結果として生ずる。「回折格子」とは、能動物質中の空間的に依存する吸収パターン又は空間的に依存する屈折率変化である。回折格子は、当該技術分野で既知のように、ブラッグ散乱に適合する条件が存在する場合入射光ビームを反射する。光ビームの「カラー」とは、ビームを構成する電磁放射の波長（λ）又は周波数（ν）を示す。電磁放射の「周期」（τ）とは、周波数の逆数（すなわち、τ＝１／ν）である。「周波数選択性物質」とは、電磁放射の個別の波長つまり周波数に応答する構造を固有のものとして有する本発明による能動物質である。一般的に、このような物質は電磁放射に対して透過性であり、その厚さ内において放射とその構造体とを相互作用させることができる。「周波数非選択性物質」（空間的選択性物質とも称する）とは、周波数選択性を固有のものとして有していないが、空間的に形成された回折格子を十分な解像力で維持でき用いる電磁放射のビームにより発生した光干渉縞を記録でき、又は光の入射又は時間積分された全光強度に比例する別の刺激に対して吸収率又は屈折率が局部的に変化する本発明の能動物質である。「等方性吸収帯域」又は「等方性吸収ライン幅」（Δν_k）とは、周波数選択性能動物質の個々の原子又は分子が電磁放射を吸収する周波数期間である。回折格子の用語と関連して、等方性吸収帯域は回折格子が応答できる最小の周波数域、すなわち回折格子の周波数解像力である。「非等方性吸収帯域」又は「非等方性吸収ライン幅」（Δν_i）とは、周波数選択性能動物質が全体として電磁放射を吸収する周波数期間である。回折格子の用語と関連して、非等方性吸収帯域は回折格子が相互作用できる全周波数域である。「非等方性広域吸収器」（「ＩＢＡ」と省略する）とは、より広域の典型的にはこの物質の等方性吸収帯域よりも一層広い非等方性吸収ライン幅を呈する周波数選択性能動物質である。時間的に符号化された光パルスがＩＢＡに入射し、光パルスとし符号化されたデータがΔν_iの範囲内にあると、ＩＢＡのある原子又は分子がそのエネルギーレベルの周波数依存性の変化を呈し、ＩＢＡのの吸収プロファイルに変化が生ずる。従って、このＩＢＡは光パルスの電力スペクトラムをＩＢＡの種々のスペクトラルチャネルに「記録」することができ、各チャネルは特定のΔν_hに対応する。パルスのフーリェ変換は２個の時間的に分離されたパルスのよりスペクトラル干渉を記録することによりＩＢＡに記録することができる。ＩＢＡ物質は、プロシーディングスオブＳＰＩＥ−ザソサイアティフォーオプティカルエンジニアリンク第６３９巻，アドバンシィズインオプティカルインフォメーションプロセシングＩＩ（１９８６年４月）第２４９〜２４７頁の文献「コンボリューションコレレーションアンドストレージオブオプティカルデータインインホモジーニアスリブローデンドアブソーブィングマティリアル」バビィト等著において検討されており、本明細書において参考とし記載する。ＩＢＡに関する別の関連する情報は米国特許第５２７６６３７号から得られ、この特許明細書も参考として記載する。「等方性位相解除時間」又は「等方性のライフタイム」（τ_h1＝Δν_h ^-1）とは、個々の原子又は分子がコヒーレントに応答できる時間（例えば、その位相メモリのライフタイム）である。この時間は、ＩＢＡ内の原子又は分子への特定の周波数の電磁放射の入射により生じた励起状態からのこれら原子又は分子の減衰時間の約２倍の時間よりも長くはない。「プログラミング」とは、本発明の光ビーム又はパルスの波形制御された偏向に必要な空間スペクトラル回折格子が生成されるように能動物質の吸収性又は屈折性を制御しながら変更することである。本発明による「光ルータ」とは、回折格子が対応するアドレスコードにほぼ整合した時間波形を含む入射パルスを受光するときはいつでも、少なくとも１個の所望の方向に出射パルスを発生する少なくとも空間スペクトラル回折格子である。本明細書で用いる他の用語は必要に応じて以下において規定する。２．基本的概念従来から知られているように、光は電界及び磁界により構成される。これらの電界及び磁界は検出可能であり、帯電粒子、原子又は分子或いは一般的な物質に対する効果により規定することができる。光及び物質を含む多くの相互作用は光の電界成分が介在している。最も簡単な構成を有する光ビームは平面波で構成されるビームである。平面波の光ビームにおいて、電界成分は、ビームの伝搬方向と直交する幾何学的平面に沿って一定の値を有している。光ビームが単色光すなわち単一のカラーの光の場合、平面間の距離は一定である。単色の光ビームの場合、平面間の距離は波長λ である。単色の平面波は時間的に一定であり時間的な構造を有していない。複雑な時間構造を有する光ビームは種々のカラーの単色平面波の合成である。例えば、時間的に構成された平面波光ビームは、種々の波長を有する単色平面波の集合とみなすことができる。異なる時間構造を有する各光ビーム又はパルスは、単色構成物質の対応する特有の集合、すなわち特有のフーリェ変換を有している。フーリェ変換は、分解された個々の全ての単色平面波の振幅及び位相を与える周波数の関数である。位相は、ある基準時間及び位置における平面波の一定の電界面の変位を示す。単色平面波光ビームについてその伝搬方向は種々ょ方法により変化させることができる。当業者に知られているある方法は、回折格子を用いることである。回折格子を想到することは、互いに重ね合わせた薄い平行な僅かに反射性のシートの集合を考えることである。各シートは固定距離「ａ」だけ隣接するシートから離れている。この回折格子に光ビームを入射させ、入射角θが以下の条件を満足すると、反射ビームが発生する。（２ａ）ｃｏｓθ＝ｍλ ここで、λは入射したビームの波長であり、ｍは整数とする。上記の式はブラッグの法則と称されている。その結果として、ビームがある入射角θで回折格子に入射した場合だけ回折格子は光ビームを反射する。このθの値の場合だけ、回折格子の個々の反射層で散乱した光が干渉し合ってビームの強い全反射を発生する。ブラッグの法則から理解されるように、反射が生ずる角度は入射する単色平面波の波長λ及び層間隔ａに依存する。回折格子が特定のカラーの光についてだけ反射性の場合、この回折格子はその特定の波長の光だけを偏向することができる。他方において、それぞれ異なるカラーの光に応答する多数の回折格子が、反射率、面間隔、及び層の変位が個別に制御できるように重ね合わされている場合、この複合回折格子に特定の角度θで入射した多重カラーの光ビームは、個別のカラーについて特定されている回折格子の種々の間隔及び他の特性が調整される場合反射してビームの全てのカラー光が反射することができる。３．能動物質のプログラミング上述したように、特定の時間波形（すなわち、光の電気成分の時間の関数としての変化）を有する平面波の光ビーム又はパルスは、単色平面波についての特有のスペクトラル分解を有している。本発明によれば、能動物質のプログラミングは、能動物質に特定の時間波形を構成する入射パルス又はデータビームが能動物質に入射した後特定の時間構造の光パルスを集合的に能動物質により偏向させる空間スペクトラル回折格子のアレイを能動物質中に形成することを含む。周波数選択性能動物質は多数の空間スペクトラル座標（軌跡又はチャネルとみなすことができる）の合成として想到することができ、各軌跡は特定のカラーに応答する（すなわち、各軌跡は特定のν）を有する。従って、各軌跡は特定のｘ、ｙ及びｚの次元及び明瞭な周波数の次元を有しているので、プログラミングは能動物質の４個の次元を有効に利用する。理論的には軌跡又はチャネルは能動物質の１個程度のの原子又は分子により表すことができるが、各軌跡すなわちチャネルは典型的には多数の原子で構成される。必要なことは、周波数選択性能動物質が、用いる能動物質の全てのスペクトラル特性及び空間特性を表すのに十分な数の空間スペクトラル軌跡を有することである。平面波の光ビームの経路を順次定めるため、周波数選択性能動物質は、本発明に基づき２個のプログラミングパルスを用いてプログラムすることができる。一方のパルスは「アドレスパルス」と称され、能動物質が応答すべき特定の時間波形を符号化する。すなわち、アトレスパルスは、能動物質が順次入射する全ての情報からアドレスパルスにほぼ整合する時間波形を弁別できるようにする。他方のパルスは「方向パルス」と称する。この方向パルスは、プログラミングの後に能動物質への対応するアドレスコードの入射に応じて能動物質により発生したパルスのこの能動物質からの伝搬方向を決定する入射方向に基づき能動物質と相互作用する。本明細書に開示されているように、光ビーム又はパルスを用いる別のプログラミング方法も可能である。いかなる場合においても、アドレスパルスは典型てきに変調され、適切な時間アドレス波形を形成する。方向パルスは「ブリーフ」パルスと称され、その名称よりパルス期間が最短の時間特性となるパルスを意味する。好ましくは、本発明による特定の光ルータをプログラムするために用いる方向パルスは、ルータに入射し又は入射する予定のいかなるデータ又はアドレスの最短の時間特性よりも短い期間を有する。方向パルスは、典型的には論理「０− １−０」のプロファイルを有し他のいかなる変調をも有しない。この方向パルスの帯域幅は、通常パルス期間の逆数である。或いは、方向パルスは周波数チャプされた２個のパルスで構成される。アドレスパルスも有限の全期間を有する（この期間は、好ましくは能動物質の等方性ライフタイム以下とする。）。さらに、アドレスパルス及び方向パルスはそれぞれ特有の時間構造を有し、各時間構造は１個又はそれ以上の単色平面波の特有の組み合わせに分解することができる。これら２個のパルスの干渉は電力プロファイル（各プログラミングビームのフーリェ変換の２乗である）を有し、この電力プロファイルは山と谷の特有のプロファイルを呈し、そのプロファイルは能動物質に空間的に分布した種々の個別の軌跡が勾配を形成するように応答する。すなわち、能動物質中に空間的に分布する種々の軌跡が各ビームからの種々の同一カラー単色平面波成分と選択的に相互作用する。等しくないカラーの単色平面波間の干渉は回折格子に記録されない。時間的に構成された光パルスの平面波分解はこのパルスの時間構造に関係する。従って、２個のプログラミングパルスの干渉も特有のものであり、この干渉に応答して能動物質に形成された複合回折格子の構成はこの特別な干渉に空間的及びスペクトラル的に対応し、２個のプログラミングパルスの特定の時間構造に対する鍵となる。プログラミングの後、能動物質に形成された回折格子は、続くデータビーム中に符号化された時間構造とほぼ同様な時間構造と選択的に相互作用し別の適当に選択された時間構造とは相互作用しない。（別の時間構造とほとんど相互作用しないことは、回折格子が他の時間構造と相互作用しても相対的に低いノイズレベルを発生するに過ぎないことを意味する。）アドレスパルス及び方向パルスは、同時を含むいかなる順序で周波数選択性能動物質に入射することができる。このような物質を含む多くの用途において、アドレスパルスは方向パルスに先行する。通常、アドレスパルスが方向パルスの後に入射する場合、アドレスパルスは、アドレスパルスが方向パルスに先行する場合に比べて時間的に反転している。１個以上のプログラミングパルスの組（各組は１個のアドレスパルスと１個の方向パルスで構成される）を用い、特定の時間波形を所定の方向にデータルーティングするためのプログラミング効率を増強することができる。１個又はそれ以上の付加的な組を用いて必要に応じて再プログラミング又はプログラム復帰することができる。従って、一般的には、２個のプログラミングパルス及びデータビームが集合して少なくとも２個のアドレス及び１組のデータを与える。どのビームがこれらの要素のいずれの要素を含むかは、以下の位相整合条件が成立する限り一般に任意である。ｋ_s＝ｋ₃＋ｋ₂−ｋ₁ 好ましくは、一方のアドレスを第１のプログラミングパルスにたたみ込むが、これは必要ではない。第１のプログラミングパルスにアドレスがたたみ込まれていない場合、既に知られているように、一方のアドレスを時間反転した形態で入力する必要がある。データ組はいかなるビーム（ｋ_s以外）にも乗せることができるが、好ましくは第２のプログラミングビーム又はデータビームのいずれかに含ませる。データ組が第１のプログラミングパルスに存在する場合、データは時間反転した態様で物質中（ｋ_sパルス中に）に存在することになる。周波数選択性の能動物質にプログラミングする際２個のプログラミングパルスを順次入射させることが可能である。この理由は、この能動物質は第１のプログラミングパルスに符号化された情報を光メモリに記憶するのと同様な方法により記録するからである。（例えば、米国特許第５２７６６３７号、４１５８８９０号、４６７０８５４号及び４４５９６８２号を参考にする）この記憶期間は特定の物質及び物質の物理的環境に依存する。とにかく、必要な干渉を発生させるため、記憶された第１のプログラミングパルスからの情報が喪失する前に第２のプログラミングパルスが能動物質と干渉しなければならない。一般的に、第１のプログラミングパルスと第２のプログラミングパルスとの間の最長情報は、Ｔ２＝ (Δν_h)^-1よりも長くしてはならない。第２のプログラミングパルスの第１のプログラミングパルスに対する遅延が長くなればなる程出力パルスの発生効率が低下する。周波数非選択性物質をプログラミングする場合、典型的には両方のパルスが能動物質と同時に干渉しなければならない。光ビームを能動物質と干渉させることにより空間スペクトラル方法で変成されうる種々の周波数選択性能動物質が存在する。周波数選択性能動物質は特有な等方性帯域幅により特徴付けられる。上述したように規定される等方性帯域幅は能動物質が検出できる最小の周波数増分を特定する。等方性帯域幅以上に周波数で分離された光ビーム（すなわち、カラー）は能動物質中で独立して作用する。非等方性帯域幅は、光ビーム又はパルスが能動物質に影響を与えることができる全周波数域を表したものである。非等方性の非同相時間(Δν_i)^-1は、能動物質により分解される時間波形の最短の時間波形の期間を表す。前述したように、プログラミングビームが介在する吸収の変化を含む種々の機構により周波数選択性能動物質に回折格子を形成することができる。別のプログラミング機構は、能動物質の屈折率の局在化した周波数依存性の変化を含む。回折格子を生成する他の代表的な手段は、本明細書に開示され本明細書で参考として記載した種々の文献に開示されている。プログラミングパルスの入射により形成された回折格子を周波数選択性能動物質が維持できる特有の方法は、「パーシステンススペクトラルホールバーニング」、簡略化して「ＰＳＨＢ」と称されている。例えば、パーシステンススペクトラルホールバーニング：サイエンスアンドアプリケーションズ，スプリンジャ−ベルラッグ，ニューヨーク（１９８８）を参照することができ、本明細書において参考として記載する。ＰＳＨＢは、能動物質中に回折格子が形成されるように能動物質の特性の選択的な変更を含んでいる。数個の条件が必要である。第１に、この物質の吸収帯域を非等方性で広くする必要がある。これは、この物質の内部吸収が、それぞれ明確な等方性の吸収帯域を呈する狭いライン幅の吸収ラインの広い周波数域についての全体としての調和に起因することを意味する。この狭いライン幅の吸収ラインは「吸収器」と称される物質中の軌跡又はチャネルから生まれる。各吸収器により発生する等方性吸収帯域幅は典型的には極めて狭くなければならない。この能動物質の一層広い非等方性帯域幅は、局在化した結晶場、物質中の応力及び他の巨視的環境因子による個々の吸収器の共鳴のランダムな周波数シフトの結果である。単一波長の光を用いて吸収器を光学的に励起する際、吸収器の等方性吸収帯域幅が励起周波数と共鳴している場合吸収器は励起した電子状態に遷移する。その後、吸収器はその基底状態に減衰する。或いは、及び好ましいことに、吸収器が励起状態から減衰できる別の状態が存在する場合、励起した吸収器の一部は元の励起状態に緩和するのではなく別の状態で終息する。（別の状態への緩和は励起波長の放射ではなく異なる波長の放射の照射により行うことができる。当業者は、このような緩和を「ゲートされた」と称する。より少ない数の吸収器が光を共鳴的に吸収するので、別の状態へ緩和させる吸収器は、この物質による光の吸収の低下に寄与する。このような回折格子は、例えば米国特許第５２３９５４８号で検討されており、その内容は参考として記載する。前述した吸収器が変化する波長における吸収の減少は、既に知られているように、スペクトラル「ホール」と称され、このようにして吸収器が変化するプロセスは「スペクトラルホールバーニング」と称される。能動物質中の吸収器軌跡で消滅するホールの数は等方性帯域幅に対する非等方性帯域幅の比率によりおおまかに表されるものと一般的に信じられている。ＰＳＨＢに好適な能動物質において、非等方性帯域幅は典型的には１ＧＨｚから数テラＨｚの範囲にあり、等方性帯域幅は１ｋＨｚから数ＧＨｚの範囲にある。これら２個の量の比は、液体ヘリウム温度のある物質では１０⁷まで大きくなる。プログラミングに用いる光パルスの強度は、実際には十分に大きくして能動物質のルーチィング能力を顕著に達成できるようにする必要がある。すなわち、この強度は、偏向された信号（すなわち、出力）パルスに満足できるＳ／Ｎ比が得られるように十分なものとする必要がある。最適なものとして、一方向にだけ信号パルスを発生するようにプログラムされたデバイスを用いる場合、プログラミングパルスは十分な強度を有し、能動物質中の励起できる原子全体の約半分の原子を励起させることができるだけの最高の強度を有するフーリェ成分を発生する。前述したものは物質中で励起できる原子の数に上限があるので、能動物質を多重方向に信号パルスを発生できるようにすることはより強度の低いプログラミングパルスを用いる必要がある。これにより、後段の装置の検出感度に応じて、出力パルスが１個の能動物質から出射する３次元空間の異なる方向の最大数に限界がある。一旦周波数選択性能動物質がプログラムされると、前述したように、この物質は、このプログラムが消失する前に光データの方向を定めるように用いる必要がある。喪失した場合、この物質が同様なルーチィングを行う前にこの物質のプログラムを復帰させる必要がある。この物質のプログラムの期間は全回折格子ライフタイムの関数であり、通常は励起状態のライフタイムとは異なる。前述したように、能動物質中に周波数選択性回折格子を形成するのとは異なり、体積ホログラムを用いてプログラムされた周波数非選択性能動物質を用いることができる。このホログラムの原理は、例えばマズレンコ著「インタフェアンスオブスペクトロラリディスパージドライト」、Ｏpt.Spectrosc．５６：３５７（１９８４）、マズレンコ著「リコンストラクションオブアタイム−ばリングウェイブフロントバイマルチビームインタフェアレンス」，Ｓｏｕ，Ｔｅｃｈ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｆｔ．１０：２２８−２２９、マズレンコ著「リコンストラクションオブアノンステーシナリウェイブフィールドバイホログラフィーイン３−Ｄメディア」，Ｏpt.Spectrosc．（ＵＳＳＲ）５７：３４３−３４４（１９８４）、及びブラディ等著「ボリュームホログラフィックパルスシェーピング」、Ｏpt．Ｌｅｔｔ．１７：６１０−６１２（１９９２）に見い出すことができる。体積ホログラムを用いることは光屈折性材料の内部での２個の光の電界の干渉を含む（すなわち、能動物質はこの材料に入射した電磁放射の強度に比例する電荷を発生し、この物質中に周波数に依存する周期構造を形成する）。周波数選択性空間構造と古典的なホログラフィ技術とを結合して多くの周波数選択昨日を実現することができる。マズレンコ著「ホログラフィーオブウェイブパケッツ」Ａppl.Ｐhys.Ｂ５０：１０１−１１４（１９９０）。光ビームの空間ルーテングを含まない領域におけるこの性能の実証が報告されている。シェーナ等著「フェムトセコンドスペクトラルホログラフィ」J.Quant El ectronics ２８．２２５１〜２２６１（１９９２）。（前述した文献は本発明の理解に最も関連しているから、これらの文献は本明細書において参考として記載しておく）。周波数選択性能動物質中に形成された複合勾配と同一の昨日をおこなう驟雨は数非選択性能動物質に種々の空間勾配のアレイを形成することもできる。能動物質に画像を書き込んで順次のデータビーム中に符号化された画像をルーチングすることもできる。最も簡単な画像は２個の平面波により限定される。一般的に、画像は多数の平面波により構成される。平面ビームに適合される本発明の原理は平面波ビームの組み合わせに直接適用することができる。（また、従来技術において、画像を記録し、その物質から再生するが既知である。例えば、米国特許第５２５６６３７号参照。）基本的に、このプログラミングは能動物質と入射ビームの画像符号組（簡単な平面波入射ビームではなく）との相互作用を含む。能動物質に適当な回折格子を形成する別の取りえる方法は、電子ビームを用いるような物理的手段によることであるが電子ビームは、例えば周波数非選択性能動物質に表面勾配を形成するのに特に好適である。表面勾配を形成するためには、光ビームに比べて電子ビームを用いることにより一層高い空間解像力が得られるので、光ビームよりも電子ビームを用いることが好ましい。勾配が電子ビームを用いて形成される場合、通常能動物質を周波数選択性材料とする必要はない。さらに電子ビームを用いる勾配の形成は室温で行なうことができ、これにより能動物質を低温に維持する必要性が除去される。これにもかかわらず、電子ビームを用いて形成された勾配は周波数選択性とする必要がある。表面勾配からの光の散乱は、上述したブラッグ散乱と同様な関係に基づく。一般的に、表面勾配の周波数選択性は、３次元（３−Ｄ）空間スペクトラル勾配の周波数選択性ほど効率的ではないことが判明している。これにもかかわらず、表面勾配の周波数選択性は体積ホログラムの周波数選択性と同様のように思われる。能動物質を層毎に構成することにより電子ビームを用いて能動物質中に特に周波数選択性能動物質中に３−Ｄ回折格子を形成することができ、この場合順次の層が形成される前に各層が電子ビームにより形成したほぼ２次元の（２−Ｄ）の回折格子う有する。各２−Ｄ回折格子の形成を適切に行い、全ての能動物質層の形成が完了した後、上述したように全ての２−Ｄ回折格子は光学的に形成した空間スペクトラム回折格子と同様な方法で入射データビームと協働的に相互に作用する。周波数選択性又は周波数非選択性の能動物質にプログラミングする別の候補とする試みにおょては、制御可能な振幅および位相を有する２個の単色光ビームを用いる。プログラミング中、ビームは注目する周波数域に亘って掃引するように連続的に同調する。周波数選択性能動物質を用いる場合、この試みは、それぞれ２個のビームと干渉する能動物質の各周波数チャネルに到達する。いかなるパルスも必要ではない。この試みの掃引期間は、好ましくは能動物質の全体として回折格子ライフタイム以下とする。いかなる場合においても、周波数選択性又は周波数非選択性かを問わず能動物質に形成された回折格子は周波数選択性素子及び方向選択性素子を含む。すなわち、本発明による回折格子は周波数選択性及び空間選択性の両方である。勾配は、時間的に形成された光パルス（プログラミングのために用いるアドレスパルスに対応する）を光パルスの時間プロファイルに依存する特定の目標方向に偏向できる必要がある。すなわち、プログラミングにより、データビーム中の各アドレス波形のフーリエ（すなわち、スペクトラル）成分の組と別々に相互作用する複合回折格子を各所望の出力方向に能動物質に形成し、データビーム中の対応するアドレス時間プロファイルが能動物質に対して存在する場合にはいつでも所望の方向の複合回折格子の全ての出力の全体が所望の出力時間プロファイルを発生する。能動物質が異なる方向のそれぞれに多重信号パルスを発生することを望む場合、少なくとも異なる方向パルスをそれぞれ含む個別のプログラミングを行なうことが好ましい。４．基本的イネーブリング関係以下の関係は光メモリに見い出される時間的及び空間的な処理能力を大幅に拡大し、はじめに共通の方向に伝播する時間的に構成された光信号を各信号に符号化された正確な時間刷波形に基づいて異なる個別の出射方向に伝播させる。Ａ．周波数選択性能動物質はじめに、周波数選択性能動物質を用いるための各イネーブリング関係について考える。能動物質のスペクトラル分解能は、Δν_k（等方性吸収帯域幅）及びその全帯幅（すなわち、非等方性吸収帯域幅）Δν_iにより表される。すなわち、周波数選択性能動物質は非等方性吸収ラインを拡大するように作用する。回折格子の吸収度は、この能動物質に入射するエネルギーの単位体積及び単位周波数当たりの全エネルギー変量に比例して変化する。能動物質の吸収の変化は、上述したように、例えば永続的なスペクトラルホールの消滅に関連する種々の機構により発生する。モーナ著「パーシステントスペクトラルホール−バーニング：」Science and Application,スプリンシャーベルグ，ニューヨーク（１９８８）、デカロ等によるＡppl.Ｏptics ３０：２８９０（１９９０）も参照されたい。プログラミングする場合、好ましくは能動物質に有限の期間を有する２個の光プログラミングパルスを入射させる。一方のプログラミングパルスは「アドレスパルス」Ｅ_Ia（ｒ，ｔ）と称され、どのデータ（その後続くビームに符号化されている）を能動物質から特定の方向に出射させるかに関する情報を与える。他方らの経路が定められるデータ（その後続くビームに符号化されアドレスパルスにより与えられる情報に対応する）の方向に関する情報を与える。簡単化するため、プログラミングパルスは各方向ｋ₁及びｋ₂に伝搬する平面波とみなす。（添字はパルスの時間順序を示す。現在の一般的な原理の便宜上、アドレスパルスは方向パルスに先行するものとして表示する。一方、プログラミングに関する前述した検討に基づき、プログラミングパルスは同時を含む互いにいかなる順序とすることができるものと理解されるべきである。）一般的に、代表的なプログラミングパルスは以下のように表示することができる。ーリェ変換である。。能動物質により空間及びスペクトラルの位置の関数として見られ全光エネルギー変量は以下の式に比例する。（２）式の右側の干２個のプログラミングビームの電界のスペクトラル及び空間挙動に関する詳細な情報を含んでいる。この平面波プログラミングビームを含む状態において、干渉項は周波数空間に電位的に複雑な態様で分布する比較的簡単な空間回折格子で構成される。この干渉情報は、｜Ｅ_tot（ｒ，ν）｜²に比例する吸収器（又は屈折率）の変化を介して能動物質に伝達される。プログラミング後の能動物質へのビーム照射について考える。ビーム照射は単データを用いて時間的に符号化されて能動物質により経路が定められる。データビーム中の符号化されたデータの一部は先のアドレスパルスに符号化された情報に対応する。プログラミング中に能動物質に形成された空間スペクトラル回折格子により、能動物質は空間スペクトラルフィルタとして作用し「信号パルス」すルスは能動物質から方向パルスと平行な方向に伝搬する。信号パルスの情報内容はアドレスパルスにより決定する。２個のプログラミングパルスが占める全時間期間は好ましくはΔν_h ^-1よりも大幅に短くする。また、プログラミングパルスのスペクトラル帯域幅は好ましくはΔν_i以下とする。従って、信号パルスの時間及びスペクトラル構造は以下の式により規定される。ここで、Ｅε（ν）はデータビームのヘーリピンェ変換である（（１）式参照）。（３）式において、プログラミングパルス及び信号パルスの強度は、能動物質が放射に対して線形に応答する強度よりも十分に低い。信号パルスの時間的エンベロープは、アドレスパルスとデータビームとのクロス相関を有する方向パルスのたたみこみとして表すことができる。方向パルスが先に規定した「ブリーフ」の場合、アドレスパルス及び入力パルスが時間的に一致しているときは信号パルスは大きくなる。このような場合、信号場は共通のアドレスパルス及び入力パルスの時間波形の中央にピークが形成された自動相関関数により与えられる。周波数選択性能動物質からの光データの空間ルーティングは以下のようにして行うことができる。始めに、能動物質を前述したようにプログラムする。前述したプログラミング方法において、アドレスパルス及び方向パルスの個別の対の数は所望の種々のデータルーティング方向の数に対応する。（多重時間波形を同一の方向にルーティングするように能動物質をプログラムすることもできる。）各アドレスパルスは能動物質に対して同一の方向に伝搬し、能動物質により識別される他の全てのアドレスパルスとは異なる時間波形を有する。ｉ番目の方向パルスは他の方向パルスの伝搬方向とは異なる方向に伝搬し、対応するｉ番目の方向パルスに符号化された時間特性よりも時間的に短い。このようなプログラミングの効果は能動物質に多重空間スペクトラルホログラム形成することであり、各ホログラムは特定のプログラミングパルス対により能動物質に符号化される。能動物質のｉ番目のホログラムは、ｋ₃に沿って入射しｉ番目のアドレスパルスとほぼ同一の時間波形を有する全ての入射信号を対応する方向に偏向するように作用する。信号（すなわち、「出力」）パルスは式（３）に基づいて時間的に再成形され、単一の強度自動相関スパイクで構成される形状とすることができる。図１に示すあるスキムによれば、データビームｋ₃のデータ流は方向ｋ₃＝ｋ₁ に沿って能動物質ＡＭに入射する。データビームの時間セグメント（すなわち、ｉ番目のセグメント）が対応するｉ番目のアドレスパルスの対応する時間プロファイルを再生する場合はいつでも、信号すなわち出力パルスｋ_sはｋ₂ ⁽ⁱ⁾に平行な方向に偏向される。周波数選択性能動物質を用いる代表的なプログラミング及びルーティング処理を図２Ａ〜２Ｂに線図的に示す。図２Ａにおいて、時間的に重なり合っていないプログラミングパルスｋ₁及びｋ₂の一連のｎ個の対は周波数選択性能動物質ＡＭに順次入射し能動物質に光データルーティングに必要な空間スペクトラル回折格子を形成する。各方向パルス（ｋ₂ ^(a)，ｋ₂ ^(b)，ｋ₂ ⁽ⁿ⁾---能動物質ＡＭに対して異なる方向を有する。各アドレスパルスは同一の方向を有するが、特定のアドレス（Ａ（ａ），Ａ（ｂ），Ａ（ｃ））を有する。図２Ｂにおいて、一連の異なる時間アドレス（Ａ（ａ），Ａ（ｂ）及びＡ（ｃ））を有するデータビームのデータ流を図面の中央に時間ドメインプロファイルとして示す。光ビームに変調されたデータ流（「データビーム」）は、アドレス（Ａ（ａ），Ａ（ｂ）及びＡ（ｃ））を有するアドレスパルス及び対応する方向パルスを用いて以前ちプログラミングされた能動物質ＡＭを通過する（共通のアータ流中のアドレスされたビットが時間的に重なっていない状態を示す。）ここで、ｉ＝(ａ)，（ｂ）又は（ｃ）とした場合に、データ流がアドレスＡ（ｉ）を含む場合、光の出力パルス（すなわち、信号パルス）は対応する方向パルスによて異なる方向を有する。生ずるおそれのある低レベルクロストーク信号を示していない。クロストークノイズの強度は用いたアドレスコードのクロス相関のもとでの直交性に依存する。すなわち、アドレスＡ（ａ）とアドレスＡ（ｂ）又はＡ（ｃ）とのクロス相関により「ノイズ」が生ずる。逆に、プログラムされた能動物質によるアドレスＡ（ａ）自身のクロス相関はノイズから識別され対応する方向に偏向された出力を発生する。（類似のバックグランドノイズの分析は、サレイ等による文献，Ｊ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴＥｃｈ．８．４７８（１９９０）のパルス分割通信方式との関連で既に説明されているが、光データの空間再方向付けにおいては説明されていない。以前に説明した分析は特定の時間プロファイルを有する光パルスをインラインでだけ通過させるスペクトラルフィルタ、すなわちマルチプレクサとしてだけ機能するフィルタを用いている。）適合できるノイズに対する信号の最小量は、どの程度のノイズが適合するか（すなわち、ノイズに対する信号のコントラストの最小量）に依存する。これは、検出器感度、出力チャネルの数、検出の同期等のような本発明の光「ルータ」の後段に位置する光データ処理装置の感度及び能力の関数である（前述したように）。例えば、出力チャネルの数に関して、本発明の光ルータの各出力チャネルは典型的にはある量のノイズを発生する。ルータの全ノイズ量は全ての出力について累積する傾向がある。従って、下流側の素子は蓄積したノイズに対して各出力部の信号を解像できる必要がある。図３に示す軌跡は、３個の異なるアドレスコードを用いて決定した光ルータにより図２Ｂに示す方向と同様な３個の異なる出力方向に偏向した光強度プロファイルを時間の関数として発生させるために式（３）を用いて発生したものである。アドレスコードは図面の上側に個別に表示され、それぞれアドレス（ａ）、アドレス（ｂ）及びアドレス（ｃ）として表示した。明らかなように、各アドレスは異なる時間の関数である（すなわち、異なる時間構造を有する）。データビームのデータ流は図面の中間の部分に表示され、「アドレスされたビット列」とし表示されている。対応する出力パルスの信号強度は時間の関数として図面の下側に示し、それぞれ「出力（ａ）」、「出力（ｂ）」及び「出力（ｃ）」として示す。用いたアドレスは、任意に発生した１６ビット長の二進位相コードである。図面から明らかなように、種々の出力（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）中のクロストークは微小である。図３は対応するアドレスについてたたみこみ解除した各出力も示す。この場合、各出力は、対応するアドレスの複雑な時間構造に対してスパイクパルスとなる。図３は時間的に相対的なアドレスも示す。しかしながら、アドレスは時間的に順序を定める必要はない。「アドレスされたビット列」により表示したデータビームにおいて、例えばアドレス（ａ）に対応する全ての情報は出力（ａ）が発生する前に能動物質と相互作用する必要がある。（同様に、アドレス（ｂ）及び（ｃ）についてもそれぞれ出力（ｂ）及び（ｃ）の前に。）通常、出力パルスの発生は、データビーム中の対応するアドレス全体が能動物質と相互作用した後直ちに生ずる。一方、ほぼ能動物質の等方性ライフタイムまでに遅延を挿入することもできる。種々のアドレススキムの変形例も可能である。これらの変形は、光ビームの振幅変調、位相変調、及び／又は周波数変調の形態とすることができる。さらに、図２Ａ〜２Ｂ及び図３に示すアドレス符号化されたビットは順次しているが（すなわち、時間的に互いに分離されている）、コードが十分に直交して種々の出力間で所望の最小クロストークが維持できる限りビッドを時間的にオーバラップさせることもできる。すなわち、アドレスはその時間変調に基づいて互いに識別できる必要がある。例えば、各アドレスと別のアドレスとのクロス相関は、各アドレスがそれ自身とクロス相関する場合よりも小さくする必要がある。Ｂ．周波数非選択性能動物質周波数選択性能動物質を用いる光データルーティングに戻ることにする。以下の解析において、能動物質は以下の特性を有する。（ａ）能動物質は光の入射により吸収率又は屈折率の変化を受ける。この能動物質中の特定の位置に誘起された変化は、この特定の位置における全光強度の時間積分（又は光の勾配）に比例する。能動物質は光学的又は化学的に変化することができ、これらの変化の前に誘起された変化は維持され、一方この物質は同時にさらに光学的に誘起された変化に対して不感知となる。（ある既知のホログラム材料はこの特性を有している。）（ｂ）この能動物質は十分な空間解像度を有し、後述するように光照射により発生する光学的な干渉縞を記録することができる。能動物質のプログラミングは以下のように一般的に図面４に示すように行うことができる。能動物質ＡＭに同時に入射するように時間が規定された２個の光ビ入射する。アドレスビームが能動物質を通過する際、方向ビームはアドレスビームの各一部分と物理的にオーバラップする。すなわち、能動物質は以下の関係を満足する寸法Ｌを有する。ここで、ｎは能動物質の屈折率であり、ｃは真空中での光速であり、τ_aはアドレスビームの期間である。方向ビームは、好ましくはアドレスビームの最短のアドレス構成よりも短い期間を有する。付加的な方向及び関連する時間アドレスは周波数選択生能動物質の場合に説明したと同様な方法で符号化する、すなわちアドレスビーム及び方向ビームの付加的な対を用い、アドレスビームは同一の方向を有するが、別の時間アドレス及び方向ビームは異なる方向であるが上記簡潔な条件を満足する時間波形を有する。ルーティングは、データが符号化されたデータビームをアドレスビームと同一の方向に能動物質に入射させることにより行う。データビームの波形が以前にプログラムされたアドレス波形と整合する場合、信号パルスは対応する出力方向に発生する。前述した説明において、アドレス波形の最長期間は好ましくは極めて短くする。例えば、Ｌ＝１ｃｍで、ｎ＝１．５の場合、τ_a＝約１００ｐ秒（１×１０^-10 秒）となる。本発明の光ルータを周波数選択性能動物質又は周波数非選択性能動物質と共に用いるか否かを問わず、プログラミングの結果としてこの物質に周波数選択性が与えられる（時間的にアドレスされたデータに必要なプログラミング期間中にこの物質をイネーブルして周波数−ドメイン情報を記録するため、プログラミング後に周波数選択性が存在する必要がある）。例えば表面回折格子及び体積ホログラムを用いて周波数弁別する場合のような周波数非選択性物質の場合、ｃｍスケール系の分解能帯域幅は大きい。この結果として、マルチビット時間アドレスを含む用途（その前期間は利用できる反転分解能帯域幅以下とする必要がある）は、光ビームにサブｐ秒の時間分解能が得られる場合に実現できる。周波数選択性物質の場合、特に低温においてｋＨｚのスケールの分解能帯域幅が得られる。温度が上昇するにしたがって、分解能帯域幅は低下する。これにもかかわらず、室温の周波数選択性物質により得られる分解能帯域幅は周波数非選択性能動物質を用いるｃｍスケール系で得られる分解能帯域幅に匹敵している。５．電磁放射源本発明による光データルーティングはレーザのような適切な電磁放射源を必要とする。可視の周波数域の電磁放射を発生するレーザを用いることができるが、用いる能動物質の形式及びサイズに応じて別の帯域の電磁スペクトラムを用いることもできる。適切なレーザの例として、半導体レーザ、他の固体レーザ、ガスレーザ及びダイレーザが含まれるが、これらのレーザに限定されるものではない。特に周波数選択性能動物質の場合、電磁放射の周波数は能動物質の吸収特性と相関し能動物質の種々のスペクトラルチャネルと共鳴する波長を含む必要がある。電磁放射はプログラミングにより能動物質に形成された空間スペクトラル回折格子と相互作用できなければならない。本発明で利用できる電磁スペクトラルの周波数域は実際には広いものである。能動物質のユニットのような物理的デバイスの場合に光を入射させるためには、このデバイスは光の波長よりも大きくなければならない。従って、光ルータとして用いられる能動物質のユニットの大きさは周波数域の設定により決められる。例えば、能動物質のサイズＤを約１ｃｍに維持することを希望する場合、波長は一般的に約０．１ｃｍ又はそれ以下の波長を有する必要がある。最も好ましい場合、λは約Ｄ×１０^-4である。（出射光は約λ／Ｄの角度で回折する。例えば、Ｄがλに等しい場合、この光はＤを満たし角度選択性を有しない。従って、λ／Ｄは１以下、実際的には０．１又はそれ以下とする。）光ビームの変調は、情報を含む電磁放射ビームの振幅変調、周波数変調又は位相変調のような当該分野で既知の種々の方法で行うことができる。最も簡単な変調スキムは単にオン又はオフすることであり、オンは二進１を表しオフは二進０を表す。この変調形式は種々のレーザシャッタを用いて行うことができる。変調は音響光学手段、電気光学手段又はこれらに類似した手段とすることができる。音響光学変調器（ＡＯＭ）は透明材料に高周波数の音波を導入することにより構成される。音波が存在している間に音波の密度変化によりレーザビームの進行方向が変化する。このデバイスは、実際にはビームをオンとオフとの間で切り換えるのではなく、ビームを偏向する。電気光学変調器（ＥＯＭ）は電気的に介在するある結晶の偏光特性の片変化を利用する。ＥＯＭは、例えば２個の交叉した直線偏光子間に配置した電気的に駆動される結晶体を用いる。結晶体に電圧を印加しない場合、電磁放射は通過しない。電圧パルスを印加すると、放射は通過することができる。他の種々の変調器デバイスが既知であり、レーザ光を直接変調することができる。６．能動物質一般的に上述したように規定した能動物質は、空間的に依存する吸収率の変化又は屈折率の変化を形成し又は与えることができる必要がある。能動物質は、この物質に光学的に情報がプログラム（書き込む）されるか否かに応じて光学的にプログラミムすることができる。しかし、必ずしもプログラミム可能である必要はない。さらに、適切な物質は周波数選択性又は周波数非選択性とすることができる。通常、適切な能動物質は剛固である。従って、この物質は典型的には液体又は気体ではない。さらに、液体及び気体は典型的に多くの用途に対して狭すぎる帯域幅を有する。それにもかかわらず、液体又は気体の物質は、使用可能な時間長にわたって勾配を維持できこの物質の光学的帯域幅が適切に狭い場合、使用することができる。光学的にプログラミム可能な周波数選択性物質に関して、非等方的に拡大された物質にする方法は、後述するように、適切な結晶性母材材料又はガラス質の母材材料に低い濃度の吸収器原子又は分子を添加することである。一方、適切な材料ガラス質（すなわち、アモルファス）材料に限定されず、結晶性材料を用いることができる。好ましくは、周波数選択性能動物質は、用いる電磁放射る少なくとも１個の吸収長において吸収力を有している。この物質の等方的な位相解除時間(Δν_h)^-1 は、好ましくはアドレスビームの時間波形よりも長くする。さらに、非等方的な位相解除時間(Δν_i)^-1）は、好ましくはアドレスビームの波形の最短時間構成よりも短くする。適切なΔν_i及びΔν_k特性を有する能動物質は、４°Ｋにおいて１０ＨｚのΔ ν_i値及び１ｋＨｚのΔν_k値を有するＥ³⁺添加Ｙ₂Ｏ₃を含む。ただし、これらの物質に限定されるものではない。他の有用な能動物質には、種々の希土類添加ＬａＦ₃（Ｅｕ³⁺添加Ｌ₃Ｆ₃及びＰｒ³⁺添加ＬａＦ₃等）、希土類添加ＹＡＧ（Ｐｒ³⁺ 添加ＹＡＧ及びＴｍ³⁺添加ＹＡＧ等）、及び希土類添加ＹＡｌＯ₃（Ｅｕ³⁺添加ＹＡＬＯ₃等）が含まれる。希土類の添加に好適な母材ガラス質材料の例は文献「レーザスペクトロスコピーオブソリッズ」、Topics in Applied Phys ics, 第４９巻き、スプリンジャーベルラッグ，ニューヨークに記載されており、ＳｉＯ₂，ＧｅＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃及びＰ₂Ｏ₅が含まれる。ただし、これらの材料に限定されるものではない。適当な希土類添加ガラス質材料の例として、Ｅｕ添加シリケートガラス、リンガラス、ボーレイトガラス及びフロロフォスフェートガラスが含まれ、及びＰｒ³⁺添加フロロベリレートガラスも含まれる。有機ガラスはこの分野において既知である。他の適切な材料は、例えば米国特許第４６７０８５４及び４４５９６８号、並びに文献「フォトン−エコーメジャメンツオンザトリバレントトリウムイオン」，Ｏptics Ｌetter.１８：１９５８〜１９６０（１９９３）、ウィンナッカ等著「フォトン−ゲイテッドホールバーニング：アニューメカニズムユージングツゥステップフォトイオナイゼーション」，Ｏptics Ｌ etter. １８：８２９〜８３１（１９９３）に開示されている。（これらの文献の各々は本発明の理解に強く関連しているので、各文献は本明細書において参考として記載する。）３−Ｄ光回折格子は、例えば吸収性回折格子又は能動物質による屈折率の変化に基づく回折格子とすることができる。屈折率回折格子は勾配による実際の光の吸収に依存しない。能動物質に適切な吸収性回折格子を形成するためには、能動物質が用いる電磁放射に対して約５０％（特には１／ｅ）の吸収率を呈することが好ましい。表面回折格子を形成するのに適当な材料は、表面に形成される周波数選択性勾配を支持できる種々の材料とすることができる。この材料は本質的に周波数選択性である必要はないので、広い範囲の材料を用いることができる。一般的に、これらの材料は剛固であり、用いる波長光に対して反射性の表面を有している。固有の反射性を利用でき、又は銀を付着することにより反射性とすることもできる。）或いは、表面回折格子は表面において屈折率が変化する形態のものとすることができる。特に、この分野において表面ホログラムを作成するのに既知の種々の材料を用いることができる。７．代表的な用途本発明によれば、時間的に符号化された光信号をプログラムされた能動物質により時間的に処理し空間的に経路を定める装置及び方法が開示されている。固有の周波数選択性能動物質屁のプログラミングの応答により又は周波数非選択性能動物質を含む空間干渉により必要なスペクトラル記憶能力を形成することができる。使用できる位相符号化アドレス、振幅符号化アドレス、及び周波数符号化アドレスに対する光ルータの応用性により、種々の手段を選択することができる。光ルータの高い帯域幅能力により（すなわち、数１０〜数１０００ＧＨｚ）、光ファイバの全帯幅にわたって使用することができる。以下の特有の用途を開示する。ただし、これらの用途に限定されるものではない。（ａ）例えば、時間アドレスコードを用いてそれぞれ符号化された入力ビードが目的方向に受動的に伝播し同時に伝播し同時にその時間符号パターンが取り除かれる光データルータ。（ｂ）光ファイバ技術により伝播する情報の種々のスイッチング用途が直ちに明らかになる。例えば、光ルータは単一光源の光ファイバからの情報を受入れ、例えば電話伝送情報のスイッチングにおいて、この情報の選択された部分を必要に応じて予め選択された種々の方向に経路を定めることができる。（ｃ）光ルータは光ファイバデータ伝送と共に用いる場合に限定されない。この光ルータは自由空間で情報を受入れ伝播方向を定めることができる。（ｄ）光ルータはデータビームを介して入力する情報を受入れ、この情報を下流側の装置で認識できる形態に変換することができる。（ｅ）光ルータは、通常下流側の装置では処理できない極めて高い帯域幅を有する情報を含む入力信号を受信し、下流側の電子装置により処理することができる変更された時間プロファイルを有する出力信号を発生する。例えば、光ルータにより管理不能な量のデータを含む入力流をより狭い帯域幅の部分に変換し、各部分が（単なる単一ビットではない）を供給する。８．代表的な変形例上述した他の例の変形例に加えて以下の変形例を提示する。尚、これらの変形例だけに限定されるものではない。レーザの直接変調により又はレーザから発生した光ビームを外部変調することにより時間変調されたビームを形成することができるが、後述する実施例においては外部変調を用いる。以下の実施例に適用できる単位ベクトルを図５に示し、ｋ₁−ｋ₃は能動物質ＡＭに入力（プログラミング及び／又はデータ）を与え、ｋ_sは出力パルスを表す。図５から明らかなように、ｋ₂及びｋ₃は反対プログラミングであり、これにより第１のプログラミングパルスｋ₁とは反対方向の出力パルスｋ₂が生ずる。（或いは、ｋ₁及びｋ₃を共働プログラミングとすることができ、この場合ｋ_sはｋ₂と平行になる。）第１の代表的な変形例を図６Ａ及び６Ｂに示し、本例は能動物質ＩＢＡ（非等方的に広げられた吸収器）を含み、このＩＢＡに第１のパルスＯＢ１、第２のパルスＯＢ２及び第３のパルスＯＢ３が入射する。（ＯＢ１，ＯＢ２及びＯＢ３は図５のｋ₃−ｋ₁に対応する。）能動物質は、低温保持装置のような冷却手段Ｃを用いて低温に維持する。図６Ａ〜６Ｂの実施例において、所望のデータハーティングの目的地は、ＩＢＡＵにデータが到達する前に予め決定する。ＯＢ１パルスは必要な方向パルスを構成する。パルスＯＢ１を含む光は光源Ｓ１から発生し光度変調器ＯＭ１を用いて変調する。次に、パルスＯＢ１はレンズＬ１、−ｙ変向器Ｄ及びレンズＬ４を通過する。パルスＯＢ１はミラーＭ２で反射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射し、レンズＬ３を経てＩＢＡに入射するｘ−ｙ変向器Ｄは音響光学デバイス、電気光学デバイス、又は時間波形を光ビームに伝達するこの分野で既知の同様なデバイスとすることができる。アドレスデコーダＡＤは所望のルーティングアドレスを発生し、必要な対応するｘ及びｙ方向の角度偏向を決定する。ｘ及びｙ座標は、ｘ−ｙ偏向器Ｄに作動的に結合されている偏向器ドライバＤＤに供給する。ｘ−ｙ偏向器からの無用な出力光はビーム阻止器ＢＢに入射する。ビームＯＢ２は、アドレス波形と共にＩＢＡにデータ入力を供給する。ＩＢＡに入射する際、ビームＯＢ２に符号化された情報は、ＩＢＡが「センド」パルスを受光するまで記憶される。ビームＯＢ２を構成する光は光源Ｓ２から発生し、図６Ａに示すように自由空間を伝播する。ビームＯＢ２は、光変調器ＯＭ２を用いて変調する。図６Ａについてさらに説明するに、ビームＯＢ２はミラーＭ１により反射し、次にビームスプリンタＢＳ１で反射し、レンズＬ３を経てＩＢＡに入射する。データを含むビームＯＢ２は遠隔的に発生させることができ、図６Ａに示すように自由空間光学系を用いるのではなく、光ファイバ（図示せず）を介してＩＢＡに伝播させることができる。第３の「入力」パルスＯＢ３は、「センド」パルス（アドレス波形を構成する）を供給する。パルスＯＢ３は光源Ｓ３から発生し、光変調器ＯＭ３を用いて変調する。入力パルスＯＢ３はレンズＬ２を経てアドレスパルスＯＢ２の入射方向とは反対の方向からの能動物質ＩＢＡに入射する。「センド」パルスの受信に際し、ＩＢＡは対応する信号パルスＯＢＳを開放する。信号パルスＯＢＳはレンスＬ３及びビームスプリッタＢＳ２を通過する。信号パルスＯＢＳがＩＢＡから出射すると、その伝播方向は、ＩＢＡにルーティング情報供給したパルスＯＢ１の方向とは反対となる。信号パルスＯＢＳは、入力パルスＯＢ１とビームＯＢ２のデータのスタートとの間の遅延にほぼ等しい時間遅延の後、センドパルスＯＢ３に続く。図６Ａに示すように、信号パルスＯＢＳは、下流側の装置（図示せず）に伝播させるためのファイバアレイの光ファイバＯＦ１〜ＯＦｎに入射することができる。対応するレンズレートアレイＬＡを設けてファイバへの光路を形成する。入力パルスＯＢ１のＩＢＡにおける最小スポットサイズの強度は、好ましくはＩＢＡの周波数期間内での共鳴光遷移を飽和させないようにする。入力パルスＯＢ１が極めて微弱な場合は例外とし、この場合入力パルスＯＢ１がπ／２パルスを発生する強度の場合最も効率のよい信号パルスが得られる。パルスＯＢ１及びＯＢ２の期間は、好ましくは能動物質の等方的なライフタイム以外とする。パルスＯＢ１〜ＯＢ３の帯域幅は、好ましくはＩＢＡの非等方性帯域幅以下としてパルスＯＢ２がＩＢＡに記憶されると共にパルスＯＢ１及びＯＢ１のために用いた直交時間コーディングを直角に維持する。パルスＯＢ２ＪＯＢ３との間の許容できる遅延はＩＢＡに生ずるスペクトラル回折格子のライフタイムに依存する。信号パルスＯＢＳの信号強度はＩＢＡの回折格子の振幅の２乗に比例する。この遅延が回折格子のライフタイムに等しいか又はそれ以上の場合、信号パルスＯＢＳは減衰してしまう。本例において、パルスＯＢ１及びＯＢ３の時間構成は、好ましくはパルスＯＢ２に符号化されているデータの最短の時間構成よりも短い幅の鮮明な自動相関ピークをそれぞれ有する。パルスＯＢ１及びＯＢ３については微弱なパルスも有効である。より複雑なパルスを用いることもできる。ぱるすＯＢ１Ｋ時間形状が時間的に符号化されたパルスの直交する組の一方のパルスの場合、パルスＯＢ１及びＯＢ３が同一であればＩＢＡは所望のルーティング方向に信号パルスを発生するだけである。これを利用して、多重データパルスをＩＢＡに順次記憶することができると共に、このＩＢＡから要求に応じて読み出すことができる。データが他のデータの電送により妨げられる場合又は別の妨げにより遅延させる必要がある場合、このような特性を多用してＩＢＡからのデータの伝送を遅延させることができる。第２の代表的実施例を図６Ａに示す。この実施例において、アドレスコードはデータの時間刷毛一方にたたみ込まれている。データが入力する前にプログラムされた能動物質ＩＢＡは、受動光ルータとして作用する。能動物質ＩＢＡのプログラミングは以下のようにして行なう。はじめに、時間的に符号化されたアドレスコードを含む入力パルスＯＢ１をＩＢＡに入射させる。パルスＯＢ１は光変調器ＯＭ１を用いてレーザ光源Ｓ１の出力を変調することにより発生させる。パルスＯＢ１は、アドレスコードと関連する予め定めたｘ及びｙ座標に基づくｘ−ｙ偏向器により角度的に偏向される。方向パルスＯＢ１はミラーＭ２及びビームスプリッタＢＳ２で反射し、所望の信号出射方向と反対の方向からＩＢＡに入射する。すなわち、入力パルス及び信号パルスＯＢＳは互いに反対方向に伝播する。パルスＯＢ１の期間はＩＢＡの等方性緩和時間以下とする。パルスＯＢ１の単縁の後、ＩＢＡには、光変調器ＯＭ２を用いて光源Ｓ２の出力を変調することにより発生した微弱な基準パルスＯＢ２が入射する。これにより、１個のアドレスコードについて能動物質のプログラミングが終了する。上述したプログラミングプロセスを繰り返すことにより異なるルーティング方向に対応する別のアドレスコードをＩＢＡにプログラムすることができる。例えば、第２のアドレスコードをプログラムするため、光変調器ＯＭ１は第２のアドレスコードをパルスＯＢ１に時間的に符号化する。アドレスデコーダＡＤは第２のアドレスコードの適当なｘ−ｙ角度を決定して第２のルーティング方向にデータのルーティングを行なう。偏向器Ｄは、新たにコード化させたパルスＯＢ１を第２のアドレスパルスと対応する方向（第１のアドレスコードに符号化された方向とは異なる）でＩＢＡに対応して入射させる。前述したように、各取り得るルーティング方向は関連するアドレスコードを有する。多重アドレスコードは同一の又は異なるルーティング方向を含むことができる。例えば、ある用途においては、多重データの目的地が共通の中間経路を有する必要がある場合がある。或いは、多重ルーティング方向が同一のアドレスコードを有し、これによりデータの多重放出を行なうことができる。図６Ａに示すように、所望のアドレスコードが書き込まれているデータを含む入力ビームＯＢ３は遠隔的に発生させることができ（光源Ｓ３と変調器ＯＭ３を有する光デーダビーム源ＯＤＢＳにより）、自由空間光学系によりＩＢＡまで伝播させることができる。ビームＯＢ３はミラーＭ１及びビームスプリッタＢＳ１で反射し、ＩＢＡに入射する。図６Ｂは、入力パルスＯＢ３が自由空間光学系ではなく光ファイバＩＦを用いてＩＢＡに入射する構成を示す。光ファイバＩＦは、信号パルスＯＢＳを伝播させるファイバＯＦ１〜ＯＦｎを含む光ファイバアレイＦＡの一部とすることができる。データがコード化された入力ビームＯＢ３の期間は、ＩＢＡの等方性帯域幅により制限されない。信号（出力）パルスＯＢＳは、データビームＯＢ３にたたみ込まれているアドレスコードがパルスＯＢ１に含まれているアドレスコードと整合している限り、ＩＢＡから出射する。ルートが定められた信号ビームＯＢＳは、入力ビームＯＢ３に対してコード化されたパルスＯＢ１の中心と基準パルスＯＢ２の中心との間の時間にほぼ等しい時間期間だけ遅延する。図６Ａ及び６Ｂの実施例は、例えばブリーフパルス中に含まれる単一のアドレスコードを用いて動作するように構成することができる。この構成において、一度に１個のルーティング方向だけがプログラムされる（データの多重出射の場合を除き）。この構成は、再プログラムされない限り、当データの無差別ルータとして動作する。図６Ａ及びＢの実施例は種々の機能的な組み合せとして用いることができる。例えば、光データの方向性ルータとして単に動作するだけでなく、光アドレスコードを入力として受信し本発明による第２の（すなわち、下流側の）光ルータに向けて伝播する光パルスを出力として発生し、データについて適切に経路を定める「ルッタアップテーブル」として用いることもできる。この構成は、経路が定められる対応するデータに対して方向性アドレスが先行する光データネットワークに適用することができ、第１の光ルータはアドレスを解読して第２のルータに入射させてデータを適切な方向に伝播させる必要がある。光ルータを用い入力アドレスコードに応答して単一の出力（信号）パルスを発生する代りに、本発明による光ルータを用いて光フィックとして用いられる下流側の１個又はそれ以上の光ルータを「セット」するために用いられる選択した出力ビームの組を発生することもできる。或は、上流側の光ルータの出力を用いて、多数の制御入力部を有する光ルータを制御可能に設定することができる（例えば、二進入力により制御するように）。上流側の光ルータは基本的にシリアルヘッダを受け、適切な並列制御設定信号を含む出力パルスを発生する。別の変形例において、光ルータの出力パルスは方向コードに加えて時間コードを有することができる。例えば、図６に示す光ルータの実施例において、上記の態様は、方向情報を与える特定のパルスＯＢ１と関連する所望の時間出力波形で変調されたコード化した基準パルスを用いて基準パルスＯＢ２を置き換えることにより達成される。パルスＯＢ１に整合するデータビームＯＢ３のアドレスヘッダが光ルータに入射すると、基準パルスＯＢ２と同一の時間形状を有する出力パルスＯＢＳが能動物質ＩＢＡから発生する。出力パルスＯＢＳの時間情報を用いて光スイッチとして用いられる下流側の光ルータを「設定」することができる。これにより、ルータの各出力が多重アドレスコードを処理することができる。本発明を多数の実施例との関連において説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないものと理解すべきである。一方、請求の範囲により現定される本発明の精神及び範囲内において種々の変形や変更が可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．周波数選択性回折格子であって、この回折格子に符号化されるアドレス時間波形にほぼ整合する時間波形を含む電磁放射の入力光パルスに応答して電磁放射の出力パルスを特定の目標方向に発生するように動作できる周波数選択性回折格子。２．電磁放射の入力光パルスに応答して電磁放射の出力パルスを特定の目標方向に発生するように動作できる周波数選択性光回折格子を具え、前記入力光パルスが前記回折格子に符号化されるアドレス時間波形にほぼ整合する時間波形を含む光データルータ。３．請求項２に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を空間回折格子とした光データルータ。４．請求項２に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を空間スペクトラル回折格子とした光データルータ。５．電磁放射の入力光パルスに応答して電磁放射の出力パルスを特定の目標方向に発生するように動作できる複合周波数選択性光回折格子を構成する能動物質を具え、前記入力光パルスが前記回折格子に符号化されるアドレス時間波形にほぼ整合する時間波形を含む光データルータ。６．請求項５に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を電磁放射に対して透過性とした光データルータ。７．請求項６に記載の光データルータにおいて、前記能動物質が厚さ寸法を有し、前記回折格子が前記厚さ寸法の能動物質により規定されている光データルータ。８．請求項７に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を周波数選択性物質とした光データルータ。９．請求項８に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を非等方的に広げられた吸収器物質とした光データルータ。１０．請求項５に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を周波数非選択性物質とした光データルータ。１１．請求項１０に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を能動物質上の表面回折格子とした光データルータ。１２．請求項５に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を屈折率回折格子とした光データルータ。１３．請求項５に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を体積ホログラムとした光データルータ。１４．（ａ）能動物質と、（ｂ）前記能動物質に形成された周波数選択性複合光回折格子とを具え、前記回折格子が、電磁放射の入力光パルスに応答して電磁放射の出力パルスを特定の目標方向に発生するように動作でき、前記入力光パルスが前記回折格子に符号化されるアドレス時間波形にほぼ整合する時間波形を含む光データルータ。１５．請求項１４に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を非等方的に広げられた吸収器物質とした光データルータ。１６．請求項１５に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を希土類添加化合物とし、この化合物を、Ｙ₂Ｏ₂.，ＹＡＧ，ＬａＦ₃，ＹＡｌＯ₃，ＳｉＯ₂，ＧｅＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃，及びＰ₂Ｏ₅から成るグループから選択した化合物とした光データルータ。１７．（ａ）能動物質と、（ｂ）前記能動物質に形成された周波数選択性複合光回折格子と、（ｃ）電磁放射の光データビームの発生源であって、前記能動物質が前記発生源に対して光データビームが能動物質に入射して前記回折格子と相互作用するように配置され、前記光データビームが時間波形を含む電磁放射の光データビームの発生源とを具え、（ｄ）前記回折格子を、方向パルス及び電磁放射のアドレス時間波形と光干渉を形成する空間スペクトラル構造を有し、前記アドレス時間波形が光データビームの時間波形とほぼ同様なものとし、前記回折格子が、前記光データビームの時間波形と前記回折格子との相互作用に応答して電磁放射の出力パルスを特定の目標方向に発生するように動作できる光データルータ。１８．請求項１７に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を、厚さ寸法を有する非等方的に広げられた吸収器物質とし、前記回折格子を能動物質の厚さ寸法にわたって形成した光データルータ。１９．請求項１７に記載の光データルータにおいて、前記能動物質を周波数非選択性とした光データルータ。２０．請求項１９に記載の光データルータにおいて、前記回折格子を能動物質の表面に形成した光データルータ。２１．電磁放射に応答する複合周波数性光回折格子としてプログラムされる能動物質を具え、前記回折格子が電磁放射の方向パルスとアドレスパルスの光干渉を符号化するように構成され、前記アドレスパルスが特定の時間波形を符号化し、前記回折格子が入射する電磁放射の入力光パルスに応答して前記方向パルスにより決定される目標方向に電磁放射の出力パルスを発生するように動作でき、前記入力パルスが前記アドレスパルスの時間波形とほぼ整合する時間波形を有する光データルータ。２２．周波数選択性の空間スペクトラル回折格子の使用であって、特定の時間波形を有し、第１の方向から回折格子に入射する光ビームを前記第１の方向とは異なる予め定めた第２の方向に出射させる周波数選択性の空間スペクトラル回折格子の使用。２３．電磁放射の光データパルスの経路を定めるに際し、（ａ）アドレス時間波形と電磁放射の方向パルスとの光干渉を符号化する空間スペクトラル構造を有する周波数選択性回折格子を用意する工程と、（ｂ）前記回折格子に、前記アドレス時間波形とほぼ同様な時間波形を有する電磁放射の光データビームを入射させ、前記回折格子が、データビームの時間波形との相互作用に応じて、前記方向パルスにより規定される方向に伝搬する光出力パルスを発生する工程とを具える電磁放射の光データパルスの経路を定める方法。２４．電磁放射の光データパルスの経路を定めるに際し、（ａ）電磁放射の光干渉回折格子を形成できる能動物質を用意する工程と、（ｂ）前記能動物質の回折格子にプログラミングし、前記回折格子が、電磁放射の第１及び第２のパルスの干渉に対応する空間スペクトラル構造を形成し、第１の光パルスが時間アドレス波形を有し、第２の光パルスが第１の光パルス対して特定された空間方向を有する工程と、（ｃ）前記回折格子に、前記アドレス時間波形とほぼ同様な時間波形を含む符号化されたデータを有する光ビームを入射させ、前記回折格子が、前記光ビームの時間波形との相互作用に応じて、前記第２の光パルスにより規定される方向に伝搬する光出力パルスを発生する工程とを具える電磁放射の光データパルスの経路を定める方法。２５．請求項２４に記載の方法において、前記光ビームが、前記アドレス時間波形がたたみこまれているコード化された光データ流を含む方法。２６．非等方的に広げられた吸収器物質をプログラミングし、この物質が、この物質に対して透過性の電磁放射のデータを含む光ビームの経路を定めるに当たり、（ａ）所望のアドレスコードに対応した電磁放射の第１の時間波形を前記物質に入射させる工程と、（ｂ）目的方向を規定する電磁放射の第２の時間波形を前記物質に入射させる工程とを具え、前記第１及び第２の時間波形が前記物質と相互作用して、入射する電磁放射る入力光パルスに応じて、目的方向に電磁放射の出力パルスう発生するように動作する複合空間スペクトラル干渉回折格子を形成し、前記入力光パルスが前記アドレス時間波形とほぼ同一の時間波形を有する光ビームの経路を定める方法。