(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するステップであって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有する、分割するステップと、
第１の相対偏光角で前記第１のビームを偏光するステップと、
第２の相対偏光角で前記第２のビームを偏光するステップと
を含む方法であって、
前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、
前記第１の相対偏光角と前記第２の相対偏光角の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、
前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対偏光角または前記第２の相対偏光角のいずれかと同等またはほぼ同等であり、
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表すことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のビームの前記第１の相対偏光角での偏光または前記第２のビームの前記第２の相対偏光角での偏光は、ビームをほぼもしくは全く生成しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
制御入力に基づき、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロまたは１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表し、
前記制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のビームを偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
制御入力に基づき、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロまたは１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表し、
前記制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のビームを偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表し、
前記制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のビームを偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の制御入力に基づき、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロまたは１８０度で偏移するステップと、
第２の制御入力に基づき、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロまたは１８０度で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の制御入力および前記第２の制御入力は、同一であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表し、
前記第１の制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと、
前記第２の制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のビームを偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表し、
前記第１の制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記第１のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと、
前記第２の制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記第２のビームを偏光することによって生成される、いずれかの得られるビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のビームを偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、前記第２のビームを同一点に偏光し、偏移することによって生成される、いずれかの得られるビームと、を導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
入力偏光ビームを受信するステップであって、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、第１の相対角度は、第１の論理状態を表し、第２の相対角度は、第２の論理状態を表し、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等であるステップと、
制御入力に基づき、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロまたは１８０度で偏移するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロ度で偏移するステップと、
前記制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記制御入力が前記第１の論理状態に対応する場合、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を１８０度で偏移するステップと、
前記制御入力が前記第２の論理状態に対応する場合、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相をゼロ度で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
入力偏光ビームを受信するステップであって、第１の座標は、第１の論理状態を表すために第１の相対角度および第１の相対的な大きさに対応し、第２の座標は、第２の論理状態を表すために第２の相対角度および第２の相対的な大きさに対応し、前記第２の相対的な大きさは、前記第１の大きさを反転したものと同等またはほぼ同等であり、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等であるステップと、
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するステップであって、前記第１のビームおよび第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有するステップと、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第１のビームを光学的に除去するステップと、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第２のビームを光学的に除去するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
第１の相対的な大きさおよび第１の相対偏光角を有する入力偏光ビームを受信するステップであって、前記入力偏光ビームは、前記第１の相対偏光角および前記第１の相対的な大きさに基づく第１の論理状態または第２の論理状態を表すステップと、
前記入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するステップであって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、同等またはほぼ同等であり、前記入力偏光ビームと同一の論理状態を表すステップと、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の論理状態を表す場合、前記第１のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するステップと、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の論理状態を表す場合、前記第２のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
第３のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第２のビームを調整するステップであって、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第１の論理状態を表すステップをさらに含み、前記調整するステップは、前記制御入力が第１の論理状態を表す場合、前記第２のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップとを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第３のビームを生成するために、前記第１のビームを調整するステップであって、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第２の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記第１のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第１のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと、
第４のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第２のビームを調整するステップであって、前記第４のビームは、前記第４のビームの相対偏光角に基づく前記第１の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第２の論理状態を表す場合、前記第２のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
第３のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第１のビームを調整するステップをさらに含み、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第２の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第２の論理状態を表す場合、前記第１のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
第３のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第１のビームを調整するステップであって、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第２の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第１の論理状態を表す場合、前記第１のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第１のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと、
第４のビームを生成するために、前記第２のビームを調整するステップであって、前記第４のビームは、前記第４のビームの相対偏光角に基づく第５の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記第２のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
第３のビームを生成するために、第１の制御入力に基づき、前記第１のビームを調整するステップであって、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第２の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第２の論理状態を表す場合、前記第１のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第１のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと、
第４のビームを生成するために、第２の制御入力に基づき、前記第２のビームを調整するステップであって、前記第４のビームは、前記第４のビームの相対偏光角に基づく前記第１の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第２の論理状態を表す場合、前記第２のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の制御入力および前記第２の制御入力は、同一であることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
第３のビームを生成するために、第１の制御入力に基づき、前記第１のビームを調整するステップであって、前記第３のビームは、前記第３のビームの相対偏光角に基づく前記第２の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第１の論理状態を表す場合、前記第１のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第１のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと、
第４のビームを生成するために、第２の制御入力に基づき、前記第２のビームを調整するステップであって、前記第４のビームは、前記第４のビームの相対偏光角に基づく前記第１の論理状態を表し、前記調整するステップは、前記制御入力が第１の論理状態を表す場合、前記第２のビームの相対偏光角を１８０度調整するステップと、前記第２のビームの前記相対振幅を前記第１の相対振幅の逆２乗に調整するステップと、を含むステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の制御入力および前記第２の制御入力は、同一であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
２つの２値論理状態を表す方法であって、
第１の相対偏光角および第１の相対的な大きさを有するビームによって第１の論理状態を表すステップと、
第２の相対偏光角および第２の相対的な大きさを有するビームによって第２の論理状態を表すステップと
を含み、
前記第１の相対偏光角と前記第２の相対偏光角との差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、
前記第２の相対的な大きさは、前記第１の相対的な大きさを反転したものと同等またはほぼ同等であることを特徴とする方法。
【請求項３５】
入力偏光ビームを、事前に選択された相対偏光角に基づく２つの２値論理状態のうちの１つを表すビームに変換するための方法であって、
第１の相対偏光角αを有する第１の偏光ビームを受信するステップであって、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であるステップと、
第２のビームを生成するために、第１の制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（β−α）＋１８０°または（β−α）で偏移するステップであって、βは、事前に選択された角度であり、（β−α）＋１８０°は、第１の論理状態を表し、（β−α）は、第２の論理状態を表すステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
第３のビームを生成するために、第２の制御入力に基づき、第２のビームおよび前記第２のビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（γ−β）＋１８０°または（γ−β）で偏移するステップであって、γは、事前に選択された角度であり、（γ−β）＋１８０°は、第１の論理状態を表し、（γ−β）は、第２の論理状態を表すステップをさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記偏移するステップは、論理演算を行うために実行され、前記第１および第２の制御入力は、前記論理演算への論理入力であり、前記第３のビームは、前記論理演算の論理出力であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記論理演算は、ＸＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記論理演算は、ＸＮＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
第４のビームを生成するために、前記第３のビームを−（γ−β）で偏移するステップと、
第５のビームを生成するために、第３の制御入力に基づき、前記第４のビームおよび前記第２の偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（γ−β）＋１８０°または（γ−β）で偏移するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の偏移するステップは、論理演算を行うために実行され、前記第３のビームおよび前記第３の制御入力は、前記論理演算への論理入力であり、前記第５のビームは、前記論理演算の論理出力であることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記論理演算は、ＸＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記論理演算は、ＸＮＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
入力偏光ビームを、相対偏光角に基づく２つの２値論理状態のうちの１つを表すビームに変換するための方法であって、
第１の相対偏光角および第１の相対振幅αを有する第１の偏光ビームを受信するステップと、
第２のビームを生成するために、前記第１の偏光ビームの前記相対振幅を１／αに縮小拡大し、第１の制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を０°または１８０°で偏移するステップであって、０°は、第１の論理状態を表し、１８０°は、第２の論理状態を表すステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
第３のビームを生成するために、第２の制御入力に基づき、前記第２のビームおよび前記第２のビームの２つの垂直偏光成分間の位相を０°または１８０°で偏移するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記偏移するステップは、論理演算を行うために実行され、前記第１および第２の制御入力は、前記論理演算への論理入力であり、前記第３のビームは、前記論理演算の論理出力であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記論理演算は、ＸＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記論理演算は、ＸＮＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
第１の偏光ビームを受信するステップであって、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、第１の相対角度は、第１の論理状態を表し、第２の相対角度は、第２の論理状態を表し、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記第１の偏光ビームの相対偏光角βは、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等であるステップと、
第２のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームおよび前記第２のビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（γ−β）＋１８０°または（γ−β）で偏移するステップであって、γは、事前に選択された角度であり、（γ−β）＋１８０°は、第１の論理状態を表し、（γ−β）は、第２の論理状態を表すステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
前記偏移するステップは、論理演算を行うために実行され、前記第１の偏光ビームおよび前記制御入力は、前記論理演算への論理入力であり、前記第２のビームは、前記論理演算の論理出力であることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記論理演算は、ＸＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記論理演算は、ＸＮＯＲ論理演算であることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
入力偏光ビームを受信するステップであって、第１の相対角度および相対的な大きさは、第１の論理状態を表し、第２の相対角度および相対的な大きさは、第２の論理状態を表すステップと、
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するステップであって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有するステップと、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第１のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するステップと、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第２のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５４】
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するための手段であって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有する手段と、
第１の相対偏光角で前記第１のビームを偏光するための手段と、
第２の相対偏光角で前記第２のビームを偏光するための手段と
を備える装置であって、
前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、
前記第１の相対偏光角と前記第２の相対偏光角の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、
前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対偏光角または前記第２の相対偏光角のいずれかと同等またはほぼ同等であり、
前記第１の相対偏光角は、第１の論理状態を表し、前記第２の相対偏光角は、第２の論理状態を表すことを特徴とする装置。
【請求項５５】
入力偏光ビームを受信するための手段であって、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、第１の相対角度は、第１の論理状態を表し、第２の相対角度は、第２の論理状態を表し、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等である手段と、
制御入力に基づき、前記入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の位相をゼロまたは１８０度で偏移するための偏移手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項５６】
入力偏光ビームを受信するための手段であって、第１の座標は、第１の論理状態を表すために第１の相対角度および第１の相対的な大きさに対応し、第２の座標は、第２の論理状態を表すために第２の相対角度および第２の相対的な大きさに対応し、前記第２の相対的な大きさは、前記第１の大きさを反転したものと同等またはほぼ同等であり、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記入力偏光ビームの相対偏光角は、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等である手段と、
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するための手段であって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有する手段と、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第１のビームを光学的に除去するための手段と、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第２のビームを光学的に除去するための手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項５７】
第１の相対的な大きさおよび第１の相対偏光角を有する入力偏光ビームを受信するための手段であって、前記入力偏光ビームは、前記第１の相対偏光角および前記第１の相対的な大きさに基づく第１の論理状態または第２の論理状態を表す手段と、
前記入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するための手段であって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、同等またはほぼ同等であり、前記入力偏光ビームと同一の論理状態を表す手段と、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の論理状態を表す場合、前記第１のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するための手段と、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の論理状態を表す場合、前記第２のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するための手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項５８】
２つの２値論理状態を表すため装置であって、
第１の相対偏光角および第１の相対的な大きさを有するビームによって第１の論理状態を表すための手段と、
第２の相対偏光角および第１の相対的な大きさを有するビームによって第２の論理状態を表すための手段と
を備え、
前記第１の相対偏光角と前記第２の相対偏光角の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、
前記第２の相対的な大きさは、前記第１の相対的な大きさを反転したものと同等またはほぼ同等であることを特徴とする装置。
【請求項５９】
入力偏光ビームを、事前に選択された相対偏光角に基づく２つの２値論理状態のうちの１つを表すビームに変換するための装置であって、
第１の相対偏光角αを有する第１の偏光ビームを受信するための手段であって、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１である手段と、
第２のビームを生成するために、第１の制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（β−α）＋１８０°または（β−α）で偏移するための手段であって、βは、事前に選択された角度であり、（β−α）＋１８０°は、第１の論理状態を表し、（β−α）は、第２の論理状態を表す手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項６０】
入力偏光ビームを、相対偏光角に基づく２つの２値論理状態のうちの１つを表すビームに変換するための装置であって、
第１の相対偏光角および第１の相対振幅αを有する第１の偏光ビームを受信するための手段と、
第２のビームを生成するために、前記第１の偏光ビームの前記相対振幅を１／αに縮小拡大し、第１の制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分間の位相を０°または１８０°で偏移するための手段であって、０°は、第１の論理状態を表し、１８０°は、第２の論理状態を表す手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項６１】
第１の入力偏光ビームを受信するための手段であって、前記第１の偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、第１の相対角度は、第１の論理状態を表し、第２の相対角度は、第２の論理状態を表し、前記第１の相対角度と前記第２の相対角度の差は、１８０度またはほぼ１８０度であり、前記第１の偏光ビームの相対偏光角βは、前記第１の相対角度または前記第２の相対角度のいずれかと同等またはほぼ同等である手段と、
第２のビームを生成するために、制御入力に基づき、前記第１の偏光ビームおよび前記第２のビームの２つの垂直偏光成分間の位相を（γ−β）＋１８０°または（γ−β）で偏移するための手段であって、γは、事前に選択された角度であり、（γ−β）＋１８０°は、第１の論理状態を表し、（γ−β）は、第２の論理状態を表す手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項６２】
入力偏光ビームを受信するための手段であって、第１の相対角度および相対的な大きさは、第１の論理状態を表し、第２の相対角度および相対的な大きさは、第２の論理状態を表す手段と、
入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割するための手段であって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは、前記入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有する手段と、
前記第１のビームの相対偏光角が前記第２の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第１のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するための手段と、
前記第２のビームの相対偏光角が前記第１の相対角度と同等またはほぼ同等である場合、前記第２のビームを光学的に除去するまたはほぼ光学的に除去するための手段と
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００６年５月１８日に出願された米国仮出願第６０／７４７，６５６号、２００６年５月２２日に出願された米国仮出願第６０／７４７，９０１号、および２００６年９月２９日に出願された米国仮出願第６０／８２７，６３０号の優先権を主張するものであり、これらすべては、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明の実施形態は、概して偏光に基づいた論理状態表現を使用する２値論理ゲートに関する。
【背景技術】
【０００３】
２値論理ゲートは、論理入力に対して論理演算を行い、論理出力を生じる。それぞれの論理入力および出力の論理レベル（または状態）は、０（すなわち、低）または１（すなわち、高）のいずれかである。電気システムにおいて、入力または出力の論理レベルは、その電圧レベルによって表現され、一般的に、低電圧は論理０を表し、高電圧は論理１を表す。同様に、従来技術による光学システムは、入力／出力電磁波の強度に基づき、論理レベルを表す。従来技術に開示される偏光に基づいた論理レベル表現のみ、光学システムにおいて２つの論理レベルを表すために、相対偏光角がゼロである平行／水平偏光電磁波および相対偏光角が９０°である平行／垂直偏光電磁波を利用する。
【０００４】
論理演算を実行するために論理レベルの強度に基づいた表現を使用する光ゲートは、これらのゲートをカスケード接続する前に、出力電磁波を再生する必要がある。さらに、既存の光ゲートは、単軸結晶、非線形光学素子、および半導体型光検出器等の高価な構成部品を含む。さらに、従来技術による光ゲートは、複雑な平行手順を行い、最適速度で動作しないという点で、効率的ではない。
【０００５】
したがって、費用効率が高く、計算的に簡易化した方法で論理演算を実行するために、電磁波のいずれかの偏光角に基づく、偏光に基づいた論理レベル表現を使用する光ゲートの必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
偏光に基づいた論理レベル表現を使用して論理演算を行う装置および方法を提供する。一実施形態において、入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割し、該第１のビームおよび該第２のビームは、該入力偏光ビームの相対偏光角と同等またはほぼ同等である同一またはほぼ同一の相対偏光角を有する、装置および方法が提供される。さらに、装置および方法は、第１の相対偏光角で第１のビームをさらに偏光し、第２の相対偏光角で第２のビームを偏光する。入力偏光ビームの２つの垂直偏光成分の振幅の比率は、１またはほぼ１であり、該第１の相対偏光角と該第２の相対偏光角の差は、１８０度またはほぼ１８０度である。さらに、該入力偏光ビームの該相対偏光角は、該第１の相対偏光角または該第２の相対偏光角のいずれかと同等またはほぼ同等である。
【０００７】
別の実施形態では、第１の相対振幅および第１の相対偏光角を有する入力偏光ビームであって、該第１の相対偏光角に基づき、第１の論理状態または第２の論理状態を表す、入力偏光ビームを受信する装置および方法が提供される。装置および方法は、入力偏光ビームを第１のビームおよび第２のビームに分割し、該第１のビームおよび該第２のビームは、同等またはほぼ同等であり、前記入力偏光ビームと同一の論理状態を表す。装置および方法は、第１のビームの相対偏光角が第２の論理状態を表す場合、第１のビームを光学的に除去し、第２のビームの相対偏光角が第１の論理状態を表す場合、第２のビームを光学的に除去する。
【０００８】
方法の文脈において上述したが、本発明のその他の実施形態が装置および／またはコンピュータプログラム製品として具体化される。その際、本発明の一実施形態による装置は、ブール関数を行うための一般的なプロセッサを設計するためのメモリ、および該メモリとともに上述の関数を実行するように構成されたプロセッサを含む。コンピュータプログラム製品に関して、該コンピュータプログラム製品は、上述の関数を実行するように構成された実行可能部分を含むコンピュータ読取可能なプログラムコード部分とともに中に格納されたコンピュータ読取可能なプログラムコード部分を有する、少なくとも１つのコンピュータ読取可能な記憶媒体を含む。
【０００９】
本発明の利点は、以下の詳細な説明内に一部分が記載され、一部分は、該詳細な説明から明らかとなるか、または本発明を実践することによって習得されるであろう。本発明の利点は、特に添付の特許請求の範囲に挙げられる要素および組み合わせを用いることによって理解され、達成されるであろう。
【００１０】
前述の概要および以下の詳細な説明の両方は、例示および説明目的のためだけのものであり、主張されるように本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】入力ビームを処理するようにカスケード接続された、一般的な２電気信号（ＴＥＳ）２値ゲートを含む、例示的な光学素子の一群を示す図である。
【図２】入力および出力ビームが平行である、一般的なＴＥＳ２値ゲートを示す図である。
【図３】共線的な入力および出力ビームを生じるために追加の光学素子とカスケード接続された、一般的なＴＥＳ２値ゲートを示す図である。
【図４】複素ｐ平面を示す図である。
【図５】ＡＮＤゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図６】ＮＡＮＤゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図７】ＯＲゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図８】ＮＯＲゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図９】ＸＯＲゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図１０】ＸＮＯＲゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図１１】ＸＯＲゲートを実現する別の実施形態を示す図である。
【図１２】ＸＮＯＲゲートを実現する別の実施形態を示す図である。
【図１３】ＡＮＤゲートを実現する別の実施形態を示す図である。
【図１４】３入力ＡＮＤゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図１５】図１４の簡易版の３入力ＡＮＤゲートを実現する実施形態を示す図である。
【図１６】順次論理式ＡＢＣ＋Ｄの例示的なデジタル回路設計を示す図である。
【図１７】本発明の原理と一致する順次論理式ＡＢＣ＋Ｄの実施形態を示す図である。
【図１８】非順次論理式ＡＢ＋ＣＤの例示的なデジタル回路設計を示す図である。
【図１９】本発明の原理と一致する非順次論理式ＡＢ＋ＣＤの実施形態を示す図である。
【図２０】ＴＥＳ  Ｒゲートの複素ｐ平面表現を示す図である。
【図２１】ＴＥＳ  Ｓゲートの複素ｐ平面表現を示す図である。
【図２２】ＴＥＳ  ＬＰＰゲートの複素ｐ平面表現を示す図である。
【図２３】単反射単一電気信号（ＳＲＳＥＳ）Ｒゲート構造の複素ｐ平面表現を示す図である。
【図２４】単反射単一電気信号（ＳＲＳＥＳ）ＬＰＰゲート構造の複素ｐ平面表現を示す図である。
【図２５】ＲおよびＬＰＰゲートの複素ｐ平面表現を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のすべての実施形態ではないが、そのいくつかが示される添付の図面を参照し、本発明が以下により完全に説明される。実際、これらの発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載される実施形態に制限されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用される法的必要条件を満たすために提供されるものである。全体を通して、類似番号は、類似要素を指す。
【００１３】
図１は、互いにカスケード接続された光学素子の一群から構成される、一般的な２電気信号（ＴＥＳ）２値ゲート構造を図示する。それぞれの素子は、薄膜偏光素子、または２つの位置を取るように設計された電気光学素子である。
【００１４】
図１は、本発明の原理による一般的な光学システム１０であって、電磁波１２等のビーム１２を生成するビームジェネレータ１１、およびビーム１２を処理し、出力ビーム１８を生じるために互いにカスケード接続された光学素子１３、１５、１７の一群を備えてもよい。電磁波１２は、可視光線、マイクロ波、高周波、Ｘ線、ガンマ線等のいずれかの周波数であってもよい。
【００１５】
光学素子１３、１５、１７の１つ以上は、例えば、一般的な偏光素子（ＧＰＤ）、または具体的には例えば、位相差板または偏光子であってもよい。ＧＰＤは、フィルム基板システム、支持体のないフィルム（外皮膜）、裸基板、または複屈折性結晶等の薄膜システム（ＴＦＳ）を備えてもよく、もしくは電気光学素子であってもよい。また、光学素子１３、１５、１７の１つ以上は、制御信号に基づき、２つの位置を取るように設計されてもよい。光学素子の２つの位置は、システムの２つの論理状態、例えば論理０（Ｌ０）および論理１（Ｌ１）を生じてもよい。１対の光学素子１３、１５は、以下に記載される２つの電気信号（ＴＥＳ）構造２値ゲート１９を実装してもよい。
【００１６】
ＧＰＤは、入射面に対して平行（ｐ）および垂直（ｓ）（ｐ成分およびｓ成分）である、入力電磁波１２、１４、１６の電気ベクトルの２つの直交成分間に相対振幅減衰ｔａｎψ、ならびに相対位相偏移Δをもたらしてもよい。位相差板および偏光子は、ＧＰＤの特別な場合である。位相差板は、入力ビームの相対位相偏移を調整し、一方、その相対振幅（大きさ）（すなわち、ｔａｎψ＝１）を維持する。偏光子は、直線偏光光線を生じ、ｐ成分およびｓ成分は、時間領域内の位相にある。
【００１７】
位相差板に関して、光学素子１３、１５、１７の１つ以上は、薄膜反射位相差板、薄膜透過位相差板、または非薄膜位相差板であってもよい。
【００１８】
薄膜反射（ＴＦＲ）位相差板は、設計入射角の素子の表面での反射を受けて、入力電磁波に所要の遅延角Δを生じる、薄膜素子である。ＴＦＲ位相差板は、負およびゼロのフィルム基板システムを使用すると理解することができる。Δ＝０では、ＴＦＲは、入力電磁波の偏光と同一である出力電磁波偏光を生じる、偏光保持素子（ＰＰＤ）である。外皮膜反射（ＰＲ）位相差板は、支持体のない（埋め込まれた）薄膜である外皮膜を使用し、反射を受けて、いかなる相対振幅の導入ももたらすことなく所要の遅延角Δを生じる。
【００１９】
薄膜透過（ＴＦＴ）は、設計入射角の素子の透過を受けて、入力電磁波に所要の遅延角Δを生じる。ＴＦＲ位相差板は、負、正、およびゼロのフィルム基板システムを使用するように設計されてもよい。ＴＦＲ位相差板と同様に、Δ＝０では、ＴＦＲは偏光保持素子（ＰＰＤ）である。また、外皮膜透過（ＰＴ）位相差板も外皮膜を使用し、Δ＝０の遅延角を有し、これにより、ＰＰＤとなる。非薄膜（ＮＴＦ）位相差板は、複屈折性結晶から作製され、結晶内の入力ビームの伝播方向に基づき、その光軸を基準に遅延角を生じる。
【００２０】
偏光子に関して、位相差板と同様に、薄膜（ＴＦ）偏光子には、反射型および透過型の主に２種類がある。それぞれの種類は、フィルム基板システムまたは外皮膜（支持体のないフィルム）のいずれかから構成される。ｐ抑圧偏光子（ＰＳＰ）は、素子との相互作用を受けて、電磁波のｐ成分を除去する。ｓ抑圧偏光子（ＳＳＰ）は、電磁波のｓ成分を除去する。直線部分偏光子（ＬＰＰ）は、０または１８０°の相対位相偏移に加え、相対振幅の減衰を入力電磁波に生じる。非薄膜（ＮＴＦ）偏光子は、複屈折性結晶から作製される。ＮＴＦ偏光子は、その偏光方向にのみ電磁波成分を通過させる。例えば、入力波は、偏光子の偏光方向に対して垂直に直線に偏光され、偏光子の出力は、ゼロ、すなわち波は出現しない。
【００２１】
図２は、入力ビーム２１および出力ビーム２５が光学素子２２、２４との相互作用を受けて平行となる、ゲートを図示する。図３に示されるように、入力３１および出力２７のビームが共線である必要がある場合、第３の光学素子３６が追加されてもよい。光学素子３６は、光学素子３４から出現するビームの偏光特性を保持するように設計されてもよく、または必要に応じて、光学素子３４の機能を実行するために、光学素子３４とともに協調設計され、協調制御されてもよい。
【００２２】
電磁波および反射型光学素子の偏光状態の両方を表すために、複素ｐ平面が使用されてもよい。複素ｐ平面は、透過素子のために複素τ平面に置換される。複素ｐ平面では、ｐベクトルは、電磁波の電気ベクトルの２つの成分、ｐおよびｓの相対位相差ならびに相対振幅の減衰を表す。薄膜システム（ＴＦＳ）からの反射またはそれを通る屈折の場合、
【００２３】
ｐ＝ｔａｎψｅｘｐ（ｊΔ）                    （１）
である。
【００２４】
図４を参照すると、複素ｐ平面内のそれぞれの点は、電磁波の偏光の異なる状態を表す。正の実軸４１は、時間領域における波、または光線のｐ成分とｓ成分との間の位相偏移がゼロである直線偏波を表す。負の実軸４５は、時間領域における波、または光線のｐ成分とｓ成分との間の位相偏移が１８０°である直線偏波を表す。
【００２５】
実軸４１、４５上のそれぞれの点は、光線のｐ成分とｓ成分との間の相対振幅が異なる光線を表す。該相対振幅は、座標系のｘ軸から左回りに測定される、光線の偏光角Ｐを定める。原点では、Ｐはゼロであり、実軸４１の正の方向に無限大で＋９０°まで増加し、実軸４５の負の方向に負の無限大で−９０°まで減少する。±９０°は、同一の直線偏光光を表すことに留意されたい。複素ｐ平面の虚軸４２上の点は、楕円偏光を表す。原点を通過するいかなる直線も、時間領域において等位相偏移の異なる偏光状態を表す。したがって、それぞれの偏光は、異なる相対振幅を有する。一方、原点に中心をおく円は、異なる偏光状態を有するが、同一の相対振幅を有し、したがって位相偏移の異なる波を表す。点ｐ＝（＋１，０）４７ａは、Ｐ＝＋４５°の直線偏光光を表し、一方、点ｐ＝（−１，０）４７ｃはＰ＝−４５°の直線偏光光を表す。単位円４８上の点は、異なる遅延角を有する位相差板を表す。点（０，＋１）４７ｂは、右回り円偏光を表し、一方、点（０，−１）４７ｄは、左回り円偏光を表す。（＋１，０）と（−１，０）および（０，＋１）と（０，−１）の２組の２つの成分のそれぞれは、互いと直交する。
【００２６】
２つの偏光状態は、
【００２７】
ｐ１＊・ｐ２＝０                                      （２）
であり、
【００２８】
ｐ１およびｐ２は、複素ｐ平面において２つの偏光状態を表す２つのｐベクトルであるという条件を満たす場合かつその場合に限り、直交すると考えられる。ｐ１＊は、ｐ１の転置複素共役であるエルミート共役である。したがって、単位円上のいかなる２つの原点対称点、原点を通過する直線で結ばれる単位円上の２つの点も、２つの直交状態を表す。例えば、（＋１，０）と（−１，０）および（０，＋１）と（０，−１）の２組の２つの成分のそれぞれは、もう一方と直交する。一般に、複素ｐ平面内の２つの点は、それらが原点を通過する直線で結ばれ、一方の大きさがもう一方の逆数である場合、直交する。
【００２９】
後に明確になるように、複素ｐ平面内の２つの点は、Ｌ０およびＬ１を表すために使用することができる。
【００３０】
複素ｐ平面内の偏光素子の受動素子表現は、素子の偏光状態を表す点である。例えば、直線部分偏光子は、その相対振幅の減衰を表す実軸上の点によって表され、位相差板は、その相対遅延角を表す単位円上の点によって表される。複素ｐ平面内の作動中の素子の表現、能動素子表現は、ビームと素子の相互作用の効果を反映する。ビームの薄膜素子との相互作用は、ビームおよび素子を表す２つのｐベクトルのベクトル乗算、点乗積の結果によって表される。例えば、＋４５°の直線偏光光がΔ＝＋９０°のＴＦＲ位相差板（右回り円形位相差板）の表面で反射する場合、出力ビームは、右回り円偏光である。一方、入力ビームが右回りに円形に偏光される場合、その結果、出力ビームは、−４５°で直線偏光される。また、左回り円偏光ビームは、＋４５°で直線に偏光されたΔ＝−９０°のＴＦＲ位相差板（左回り円形位相差板）から出る。ビームと素子の相互作用は、ジョーンズまたはストークスマトリックス表示を使用して導かれるｐベクトルによって表される。いずれかの２つの直交偏光では、表現ｐベクトルは、式（２）を満たすべきである。．
【００３１】
上記の原理を使用する論理ゲートは、論理関数を行うように設計することができる。容易化のために、＋４５°の直線偏光光（すなわち、複素平面内の点（＋１，０））は、Ｌ１を表すために使用され、偏光角が−４５°の直線偏光光（すなわち、複素平面内の点（−１，０））は、Ｌ０を表すために使用される。
【００３２】
表１は、ＡＮＤゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＡＮＤゲートへの制御入力を表してもよい。
【表１】
0005642960.tif 000002
【００３３】
図５は、本発明の原理に基づく、ＡＮＤゲート５００の実施形態を図示する。光入力５１は、Ｌ１を表す４５°またはＬ０を表す−４５°の直線偏光光を生じる偏光子によって生成されてもよく、または光入力５１は、液晶を使用する偏光回転によって生じてもよい。光入力５１は、表１の入力Ａに対応する。次いで光入力５１は、例えばビームスプリッタ（ＢＳ）を使用して２つのビーム５２ａ、５２ｂに分割される。好ましくは、ビーム５２ａ、５２ｂは、同一である。
【００３４】
ビーム５２ａは、ビーム５６を生じるために、−４５°の偏光角を有する偏光子５３によって処理されてもよい。ビーム５２ｂは、好ましくはビーム５２ｂと同一のビーム５２ｃを生じるために、鏡等の光学素子５４によって処理されてもよい。次いでビーム５２ｂは、ビーム５７を生じるために、４５°の角度の偏光子５５によって処理されてもよい。あるいは、ビーム５６、５７を生じるために、適切に設計されたマスクが使用されてもよい。
【００３５】
入力ビーム５１が論理０（すなわち、−４５°で偏光された）である場合、ビーム５６は、Ｌ０を表す−４５°の偏光を有し、ビーム５７は、存在しない、すなわち、偏光子５５は、出力ビームを生じない。入力ビーム５１が論理１（すなわち、−４５°で偏光された）である場合、ビーム５６は、存在しない、すなわち、偏光子５３は出力ビームを生じず、ビーム５７は、Ｌ１を表す４５°の偏光を有する。したがって、一度にビーム５６またはビーム５７の両方ではないがいずれかが存在する。
【００３６】
ビーム５７は、表１の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板５８によってさらに処理される。位相差板５８は、制御入力がＬ０の場合に１８０°、制御入力がＬ１の場合に０°、ビーム５７の相対偏光角を回転する。一度にビーム５６またはビーム５７の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表１の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。
【００３７】
素子５００の動作および表１の比較は、素子５００がＡＮＤ論理演算を行うことを示す。表１の第１の列を参照すると、Ａ＝０（すなわち、入力ビーム５１が−４５度の偏光角を有する）かつＢ＝０（すなわち、位相差板５８に対する制御入力が０）である場合、Ｚ＝０（ビーム５６またはビーム５９のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム５６が存在し、Ｌ０である）である。表１の第２の列を参照すると、Ａ＝０かつＢ＝１（すなわち、位相差板５８への制御入力が１）である場合、Ｚ＝０（すなわち、ビーム５６またはビーム５９のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム５６が存在し、Ｌ０である）である。表１の第３の列を参照すると、Ａ＝１（すなわち、入力ビーム５１が＋４５度の偏光角を有する）かつＢ＝０である場合、Ｚ＝０（すなわち、ビーム５６またはビーム５９のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム５９が存在し、Ｌ０である）である。最後に、表１の第４の列を参照すると、Ａ＝１かつＢ＝１である場合、Ｚ＝１（ビーム５６またはビーム５９のいずれか、どちらか存在する方がＬ１であり、この場合、ビーム５９が存在し、Ｌ１である）である。
【００３８】
ＮＡＮＤゲートは、ＡＮＤゲート５００に基づき、ＡＮＤゲート５００の出力に複素ｐ平面における１８０°の角度をもたらす非制御非作動Ｒを追加することによって設計されてもよい。図６は、本発明の原理に基づくＮＡＮＤゲート６０の別の実施形態を図示する。表２は、ＮＡＮＤゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＮＡＮＤゲートへの制御入力を表してもよい。
【表２】
0005642960.tif 000003
【００３９】
図５の処理ブロック５０の成分によって生じるビーム５６および５７は、ＮＡＮＤゲート６０にも同様に生じる。図６のビーム５６は、ビーム６４を生じるためにビーム５６の相対偏光角を１８０°回転する、非制御／非作動位相差板６１によってさらに処理される。図６のビーム５７は、表２の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板６２によってさらに処理される。
位相差板６２は、ビーム６３を生じるために、制御入力がＬ０の場合に０°、制御入力がＬ１の場合に１８０°、ビーム５７の相対偏光角を回転する。ＡＮＤゲート５００と同様に、一度にビーム６３またはビーム６４の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表２の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。
【００４０】
素子６０の動作および表２の比較は、素子６０がＮＡＮＤ論理演算を行うことを示す。表２の第１の列を参照すると、Ａ＝０かつＢ＝０（すなわち、位相差板６２への制御入力が０）である場合、Ｚ＝１（ビーム６４またはビーム６３のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム６４が存在し、Ｌ１である）である。表２の第２の列を参照すると、Ａ＝０かつＢ＝１（すなわち、位相差板６２への制御入力が１）である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム６４またはビーム６３のいずれか、どちらか存在する方がＬ１であり、この場合、ビーム６４が存在し、Ｌ１である）である。表２の第３の列を参照すると、Ａ＝１かつＢ＝０である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム６４またはビーム６３のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム６３が存在し、Ｌ１である）である。最後に、表２の第４の列を参照すると、Ａ＝１かつＢ＝１である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム６４またはビーム６３のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム６３が存在し、Ｌ０である）である。
【００４１】
ＯＲゲートは、前述のゲートおよびインバータを使用して、またはＮＡＮＤゲートのみを使用して設計されてもよい。図７は、本発明の原理に基づくＯＲゲート７０の別の実施形態を図示する。表３は、ＯＲゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＯＲゲートへの制御入力を表してもよい。
【表３】
0005642960.tif 000004
【００４２】
図５の処理ブロック５０の成分によって生じるビーム５６および５７は、ＯＲゲート７０にも同様に生じる。図７のビーム５６は、表３の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板７１によってさらに処理される。位相差板７１は、ビーム７２を生じるために、制御入力がＬ０の場合に０°、制御入力がＬ１の場合に１８０°、ビーム５６の相対偏光角を回転する。ＡＮＤゲート５００と同様に、一度にビーム７２またはビーム５７の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表３の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。
【００４３】
素子７０の動作および表３の比較は、素子７０がＯＲ論理演算を行うことを示す。表３の第１の列を参照すると、Ａ＝０かつＢ＝０（すなわち、位相差板７１への制御入力が０）である場合、Ｚ＝０（ビーム７２またはビーム５７のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム７２が存在し、Ｌ０である）である。表３の第２の列を参照すると、Ａ＝０かつＢ＝１（すなわち、位相差板７１への制御入力が１）である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム７２またはビーム５７のいずれか、どちらか存在する方がＬ１であり、この場合、ビーム７２が存在し、Ｌ１である）である。表３の第３の列を参照すると、Ａ＝１かつＢ＝０である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム７２またはビーム５７のいずれか、どちらか存在する方がＬ０であり、この場合、ビーム５７が存在し、Ｌ１である）である。最後に、表３の第４の列を参照すると、Ａ＝１かつＢ＝１である場合、Ｚ＝１（すなわち、ビーム７２またはビーム５７のいずれか、どちらか存在する方がＬ１であり、この場合、ビーム５７が存在し、Ｌ１である）である。
【００４４】
ＮＯＲゲートは、ＯＲゲート７０およびインバータに基づき設計されてもよく、またはＮＡＮＤゲート６０のみを使用して設計されてもよい。図８は、本発明の原理に基づくＮＯＲゲート８０の別の実施形態を図示する。表４は、ＮＯＲゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＮＯＲゲートへの制御入力を表してもよい。
【表４】
0005642960.tif 000005
【００４５】
図５の処理ブロック５０の成分によって生じるビーム５６および５７は、ＮＯＲゲート８０にも同様に生じる。図８のビーム５６は、ビーム８２を生じるために、表４の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板８１によってさらに処理される。位相差板８１は、制御入力がＬ０の場合に１８０°、制御入力がＬ１の場合に０°、ビーム５６の相対偏光角を回転する。図６のビーム５７は、ビーム８４を生じるために、ビーム５６の相対偏光角を１８０°回転する、非制御／非作動位相差板６１によってさらに処理される。ＡＮＤゲート５００と同様に、一度にビーム８２またはビーム８４の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表４の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。素子８０の動作および表４の比較は、素子６０がＮＯＲ論理演算を行うことを示す。
【００４６】
ＸＯＲゲートは、ＡＮＤゲート５００またはＯＲゲート７０に基づき、インバータとともに設計されてもよく、またはＮＡＮＤゲート６０のみもしくはＮＯＲゲート８０のみを使用して設計されてもよい。図９は、本発明の原理に基づくＸＯＲゲート９０の別の実施形態を図示する。表５は、ＸＯＲゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＸＯＲゲートへの制御入力を表してもよい。
【表５】
0005642960.tif 000006
【００４７】
図５の処理ブロック５０の成分によって生じるビーム５６および５７は、ＸＯＲゲート９０にも同様に生じる。図９のビーム５６は、ビーム９２を生じるために、表５の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板９１によってさらに処理される。位相差板９１は、制御入力がＬ０の場合に０°、制御入力がＬ１の場合に１８０°、ビーム５６の相対偏光角を回転する。図９のビーム５７は、ビーム９４を生じるために、位相差板９１へのものと同一の制御入力によって制御されてもよい、位相差板９３によってさらに処理される。ＡＮＤゲート５００と同様に、一度にビーム９２またはビーム９４の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表５の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。素子９０の動作および表５の比較は、素子９０がＸＯＲ論理演算を行うことを示す。
【００４８】
図９に示されるように、位相差板９１および９３は同一であり、したがってＸＯＲゲートは、図１１に示されるように簡略化されてもよい。
【００４９】
ＸＯＲゲートと同様に、インバータとともにＡＮＤゲート５００またはＯＲゲート７２を使用して、またはＮＡＮＤゲート６０のみもしくはＮＯＲゲート８０のみを使用してＸＮＯＲゲートを構成することができる。図１０は、本発明の原理に基づくＸＮＯＲゲート１００の別の実施形態を図示する。表６は、ＸＮＯＲゲートの真理値表を示す。列Ａは、光入力を表してもよく、列Ｂは、ＸＯＲゲートへの制御入力を表してもよい。
【表６】
0005642960.tif 000007
【００５０】
図５の処理ブロック５０の成分によって生じるビーム５６および５７は、ＸＮＯＲゲート１００にも同様に生じる。図１０のビーム５６は、ビーム１０２を生じるために、表６の入力Ｂに対応する制御入力によって制御される位相差板１０１によってさらに処理される。位相差板１０１は、制御入力がＬ０の場合に１８０°、制御入力がＬ１の場合に０°、ビーム５６の相対偏光角を回転する。図９のビーム５７は、ビーム１０４を生じるために、位相差板１０１へのものと同一の制御入力によって制御されてもよい位相差板１０３によってさらに処理される。ＡＮＤゲート５００と同様に、一度にビーム１０２またはビーム１０４の両方ではないがいずれかが存在するため、それらは、例えば光学素子３６（図３）によって、干渉なく同一の出力（表６の列Ｚに対応する）に導かれてもよい。素子１００の動作および表６の比較は、素子１００がＸＯＲ論理演算を行うことを示す。
【００５１】
図１０に示されるように、位相差板１０１および１０３は同一であり、したがってＸＮＯＲゲートは、図１２に示されるように簡略化されてもよい。
【００５２】
図５〜図１２では、Ｌ１を表すために偏光角が＋４５°の直線偏光光が使用され、Ｌ０を表すために偏光角が−４５°の直線偏光光が使用される。しかしながら、Ｌ１を表すために、ｐベクトル、
【数１】
0005642960.tif 000008
によって表される光線の偏光のいずれかの一般的な状態が使用されてもよく、Ｌ０を表すために、１８０°の位相偏移を有する、大きさが１／｜ｐ｜のベクトルによって表されるその直交偏光状態が使用されてもよい。図５〜図１２に示されるゲート等の論理ゲートを設計するために、これらの一般的な論理レベル表現が使用されてもよい。
【００５３】
図１３は、一般的な論理レベル表現を使用するＡＮＤゲート１３０の実施形態を図示する。ＡＮＤゲート１３０は、図５の偏光子５３、５５がそれぞれ一般的な楕円偏光子１３３、１３５で置換され、偏光子１３３および１３５が直交することを除き、ＡＮＤゲート５００と同様な方法で動作する。さらに、図５の位相差板５８は、ビーム１３７の相対振幅をｌ／｜ｐ｜２に縮小拡大し、制御入力がＬ０の場合にビーム１３７の相対偏光角を１８０°回転し、制御入力がＬ１の場合にビーム１３７の偏光を保持する、制御された楕円偏光子１３８で置換される。
【００５４】
デジタル論理の確立された設計基準とともに、前述のセクションに記載されるゲートを使用して、いかなる論理式も設計し、行うことができる。さらに、いかなる汎用コンピュータ上でも実行できるようにソフトウェア設計プログラムにプログラムされてもよい、本発明の設計方法論に基づき、単一素子の一般的なプロセッサを使用して、いかなる論理式も設計し、行うことができる。論理式を行うための単一素子を設計するための一般的なプロセスである
【００５５】
１．真理値表から開始し、真理値表の第１の列Ａである光入力列を分割する。
２．０である真理値表の上半分について進める。
３．第２の列Ｂの０および１を分割する。
４．出力列の変換を確認する。
５．変換が存在する場合、列Ｂは効果がない。
６．変換が存在しない場合、次いで光搬送偏光＠Ｂ＝１を反転し、新しい分岐を追加する。最後の入力には、新しい分岐を追加しない。
７．その他のすべての入力列に対して、順にステップ３〜６を繰り返す。
８．必要に応じてＲを使用し、最後の光搬送波列が出力列と同一であるかを確認する。
９．１である真理値表の下半分に対してステップ３〜８を繰り返す。
【００５６】
Ｂ．３入力ＡＮＤゲート
【００５７】
３入力ＡＮＤゲートは、設計アルゴリズムに適用する簡単な事例である。表８に与えられる真理値表について開始する。
【表８】
0005642960.tif 000009
【００５８】
ＰＯＰを通過して進む際にそれぞれの入力列の後ろに新しい列を追加する、入力列Ａの後ろに光搬送波列ａを追加し、入力列Ｂの後ろに光搬送波列ｂを追加する等によって、表９に、光搬送波、光学ビームの状態を含む新しい真理値表を作成する。ここで、設計アルゴリズムを適用し、常に表８および表９、ならびに図１４を参照する。
【表９】
0005642960.tif 000010
【００５９】
設計
【００６０】
１．Ａ．入力Ａを分割する、表９の水平な実線およびＢＳ１、ならびに図１４の２つの偏光子ＬＺＢおよびＬＯＢを含む２つの分岐。
１．Ｂ．光搬送波列ａを埋める、入力列Ａと同一である。
２．０である真理値表の上半分に着目する。
３．入力列Ｂを分割する、表９の上半分の水平な点線。
４．出力列の変換を確認する。存在する。
５．Ａ．その結果、入力列Ｂは、効果がない。
５．Ｂ．したがって搬送ビームは、変化せずに進む。
５．Ｃ．光搬送波列ｂの上半分を埋める、光搬送波列ａと同一である。
６．適用されない。
７．入力列Ｃ：列Ｂを分割する点線によって２つの４半分（Ｑｓ）に分割される。それぞれの４半分は、別々に扱われる。
【００６１】
Ｑ１：
３．Ｑ１を分割する、表９の上半分の水平な点線。
４．出力列の変換を確認する。存在する。
５．Ａ．その結果、入力列Ｃは、効果がない。
５．Ｂ．したがって搬送ビームは、変化せずに進む。（簡略化のために、光搬送波の代わりに搬送波を使用して続ける）
Ｃ．搬送波列ｃの上部分Ｑ、Ｑ１を埋める、搬送波列ｂと同一である。
【００６２】
８．最後の搬送波を確認する、搬送波列ｃおよび出力列は、同一である。したがって、Ｒは必要ない。
【００６３】
Ｑ２：Ｑ１のように繰り返す。結果は一致する。
【００６４】
９．１である表９の下半分に対してステップ３〜８を繰り返す。
【００６５】
今、下半分に適用されるステップ３を開始する。
【００６６】
３．入力列Ｂを分割する、表９の下半分の水平な点線。
４．出力列の変換を確認する。存在しない。
５．適用されない。
６．Ａ．次いで光搬送偏光＠Ｂ＝１を反転し、新しい分岐を追加する。
６．Ｂ．それにより、搬送波列ｂの下半分を埋める、表９のＢ＝１の場合の搬送波列ａの状態を反転する。
６．Ｃ．新しい分岐を追加する、図１０。
７．今、入力列Ｃには、２つの分岐ＬＺＢおよびＬＯＢがある。最初に、ＬＺＢ、搬送波ｂのＱ４の０（搬送波列ｂの最後の２つの状態）について進める。
７．３．列を分割する、入力列Ｃの最後の２つの状態を分離している水平な点線、Ｑ４。
７．４．出力列の変換を確認する。存在しない。
７．５．適用されない。
７．６．Ａ．次いで光搬送偏光＠Ｃ＝１を反転し、新しい分岐を追加する。
７．６．Ｂ．それにより、搬送波列ｃの最後の２つの状態を埋める、表９のＣ＝１の場合の搬送波列ａの状態を反転する。
７．６．Ｃ．これは最後の入力であるため、新しい分岐は必要ない。
８．最後の搬送波を確認する、搬送波列ｃおよび出力列は、同一である。したがって、Ｒは必要ない。次に、ＬＯＢ、搬送波ｂのＱ３の１（搬送波列ｂの最後の２つのＬ１状態）について進める。
８．３．列を分割する、入力列Ｃの最後の状態の２つ前を分離している水平な点線、Ｑ３。
８．４．出力列の変換を確認する。存在する。
８．５．Ａ．その結果、入力列Ｃは、効果がない。
８．５．Ｂ．したがって搬送ビームは、変化せずに進む。
８．５．Ｃ．搬送波列ｃの残りを埋める、搬送波列ｂと同一である。
９．最後の搬送波は確認せず、次いでＲを加える、図１０。
【００６７】
図１４から明らかであるように、下部の分岐Ｒ１４５は、追加されたＣ−ＣＰＩＢ０  １５２とともに、実際には制御されたＲである、ＢＳ２の前に＠１（ＣＰＩＢ１）１４２を反転するＢ搬送偏光反転ボックスと組み合わせることができ、両方は、Ｂ−ＣＰＩＢ０  １５１で置換することができる。これは、図１５に示されるように、Ｃ−ＣＰＩＢ１  １４１の取り外しを必要とする。
【００６８】
この設計削減は、常に搬送波列Ａの上半分、０にＣＰＩＢ１を使用し、下半分、１にＣＰＩＢ０することによって系統的に達成することができる。表１０は、この場合の拡張した真理値表の下半分を示す。
【００６９】
図１５の３入力ＡＮＤゲート設計の動作は、ゲートを通過するため、以下のレーザービームにより、容易に理解される。第１に、すべての制御入力信号が同時に加えられ、１つの信号のみを加えるのに掛かった時間である、単一の時間差のみがもたらされるという事実を理解することが重要である。Ｌ０の搬送信号がゲートに加えられる場合、ＢＳ１によって２つに分割される。ＬＯＢへの下方信号は、偏光子によって遮断され、ＬＺＢへの上方信号は、偏光子を通過し、変化していない出力、Ｌ０に入る。ＢおよびＣ信号は、この分岐に加えられないことに留意されたい。この事象は、真理値表の最初の４列を表す。一方、Ｌ１の搬送信号がゲートに加えられる場合、ＢＳ１によって２つに分割される。ＬＺＢへの上方信号は、偏光子によって遮断され、ＬＯＢへの下方信号は、Ｌ１のＢ入力へのＣＰＩＢ０に影響を受けずに偏光子を通過し、次いでＢＳ２によって２つに分割される。Ｌ１搬送信号のように、これは、上方分岐の偏光子（ＬＺＢ）によって遮断され、下方分岐であるＬＯＢ内の偏光子を通過する。Ｌ１のＣ信号では、表１０の最後の列のように搬送波が変化せずに通過し、Ｌ０のＣ信号では、表１０の最後の列の１つ前のように、搬送波状態がＬ０に変化する。
【００７０】
同様の方法により、入力信号のその他のすべての組み合わせが理解され得る。
【００７１】
制御信号による搬送波経路を変更するプロセスは、必要である場合、線路（ＲＲ）交差、したがって線路構造と類似する。この場合の搬送波は、その目的地、出力偏光状態を決定するために、制御信号の交差動作によって前提条件をつけられたＲＲシステム上を高速で移動する高速列車と類似する。
【００７２】
順次論理式は、すべてが１つの光入力および１つの電気入力を有するゲートによって表されるものとしてここで定義され、したがって順にカスケード接続することができる。一実施例として、図１６は、論理式ＡＢＣ＋Ｄのデジタル設計を示す。この設計は、上述のすべての光処理標準ゲートを使用して実装することができる。また、これは、ＲＲ構造ＰＯＰとして実装することもできる。表１０ａは、その表現を拡張した真理値表を示し、図１７は、ＲＲ構造ＰＯＰとして削減された設計を示す。
【表１０ａ】
0005642960.tif 000011
【００７３】
５つのＣＰＩＢとともに、３つのＢＳのみが使用されることに留意されたい。必要とされるＣＰＩＢの数は、２つのみであり、３つの上方ＣＰＩＢ１は、３つのＬＺＢの３つの偏光子の出力をともに１つのＣＰＩＢ１を通過するように向けることによって１つに組み合わせられる。したがって、設計は、実質的に３つのＢＳ、２つのＣＰＩＢ０、および１つのＣＰＩＢ１からなる。出力搬送波は、唯一の搬送波であり、すべての出力経路は、誘導することによって１つに集光されることに常に銘記されたい。
【００７４】
非順次論理式は、２つの光入力を有するゲートを含むものとして、ここで定義される。例えば論理式ＡＢ＋ＣＤを表す図１８を参照する。該論理式は、１つのゲート出力が電気入力に変換される場合にのみ、１つの光入力のゲートとして上述のようなすべての光処理ゲートを使用して行うことができる。一方、これは、セクション５の設計アルゴリズムを適用することによって、上述のＲＲ構造ＰＯＰを使用して行うこともできる。いずれかのゲート出力を電気入力に変換する必要性の除去、したがって電気除去を行う。結果は、表１０ｂおよび図１９に示される。
【表１０ｂ】
0005642960.tif 000012
【００７５】
常として、高速列車シミュレーションは、設計の動作を容易に理解できるようにする。本明細書の長さを制限し反復を防ぐために、読者に、自身でそれを簡単に使って理解することを委ねる。
【００７６】
図１９のＲＲ構造ＰＯＰ設計は、除去および削減を招くことが明らかである。これが３ＢＳ３ＣＰＩＢ設計に削減することは、明らかである。
【００７７】
本発明の原理をさらに説明するために、複素ｐ平面および１対の光学素子ＴＦＳ１ならびにＴＦＳ２、例えば図２のそれぞれの要素２２、２４を使用して、ＸＯＲおよびＸＮＯＲゲートの一定Δおよび一定ψの設計を説明する。
【００７８】
一定ψの設計は、位相差板（Ｒ）ゲートによって表されてもよい。図２０は、単位円２０ａ上の点Ａ（２０２）によって表される、相対偏光角αを有する入射レーザー（例えば図１の１２）を図示する。第２のステップは、図２の２つのフィルム厚さのシステムＴＦＳ１  ２２およびＴＦＳ２  ２４のそれぞれの後のレーザー２３、２５を表す２つの偏光状態を判断するためのものであって、それぞれ、Δ＝βであるＬ１１の点Ｂ２０４、およびΔ＝γであるＬ１２の点Ｃ２０６によって表される。したがって、Ｌ０１≡β＋１８０°およびＬ０２≡γ＋１８０°（Δの値）であり、それぞれ、βおよびγ偏光状態と直交する。これら２つの偏光状態は、それぞれ点Ｂ´およびＣ´によって表される。
【００７９】
第３のステップは、ＴＦＳ１およびＴＦＳ２でのそれらの２つの反射をそれぞれ表す２つの偏光状態を判断するものである。ゲートの動作を迅速に調べることによって達成される。ゲートの動作に関して、最初に、偏光Ａのレーザーの状態は、それぞれ２つの制御状態１または０のいずれかであるＴＦＳ１と相互作用することによって、それぞれＬ１１またはＬ０１を表す偏光ＢもしくはＢ´の状態に変換される。ＴＦＳ１から出現するビームの偏光の状態は、その２つの制御状態１または０のいずれかであるＴＦＳ２との相互作用を受けて変化する。この相互作用は、ＴＦＳ２の制御状態により、ＣまたはＣ´のいずれかに変換された偏光状態をもたらす。表１は、明らかにＸＯＲゲートのものである、図４のＲゲート型の真理値表を示す。表１の作成において、結果として生じる変換を判断するために、点Ａを始点として使用し、直前に記載される位相情報を使用することに留意されたい。また、位相を追加するために、ベクトル乗算が削除され、両ベクトルの大きさが一致することにも留意されたい。表８は、ＴＦＳ１およびＴＦＳ２の得られたそれぞれの設計パラメータ（変換）を示す。変換は、いかなる種類の位相差板を使用しても得られることに留意されたい。
【表１０】
0005642960.tif 000013
【表１１】
0005642960.tif 000014
【００８０】
以下は、上述の設計を実行するための分かりやすい、段階を追ったアルゴリズムである。第１に、ゲートの真理値表の０および１に対応する、図２０からの情報で列Ａ、Ｂ、およびＣを埋める。次いで、Ｂ−Ａの差を求めることによって、列ＴＦＳ１を埋める。次いで、Ｃ−Ｂの差を求めることによって、列ＴＦＳ２を埋める。次いで、変換であるＴＦＳ１およびＴＦＳ２に対応する０および１を特定する。最後に、ゲート設計表を構成する。
【００８１】
３つのうちのいずれかを行い、一般的なＸＮＯＲ  Ｒゲートを設計することができる。第１に、インバータによって上述のＸＯＲゲートの入力の１つを単純に反転することができる。第２に、インバータによってＸＯＲゲートの出力を反転することができる。これら２つの場合、インバータは、分かりやすくは、いかなる相対振幅の減衰も生じずに１８０°の相対位相偏移を生じるＴＦＳ、分かりやすくは位相差板である。上記の２つの場合、入力、出力、中間に位相差板を有する、またはさらには表１１の関連するＴＦＳ遅延に対する２つの電子制御入力のうちの１つの対応する１を０に変えることを意味する。
【００８２】
第３に、前述のサブセクションのアルゴリズムを使用して、ゲートを設計する。表１２および１３は、それぞれ、ゲート設計表およびゲートパラメータ表である。
【表１２】
0005642960.tif 000015
【表１３】
0005642960.tif 000016
【００８３】
いずれかの数のＲゲートを互いにカスケード接続するために、Ｌ１およびＬ０は、ゲートの入力および出力で同一となる。上記に設計される一般的なゲートは、この条件を満たさない。したがって、後続の（Ｓ）ゲートに異なる設計、カスケード接続設計を用いる。該Ｓゲートでは、入力レーザービームは、第１のゲートまたはいずれかの他のＳゲートの出力である。これは、ＣまたはＣ´のいずれかの偏光状態である。したがって、ゲートのＴＦＳ１は、図２および図２０の−（γ−β）の非制御遅延を生じるべきである。前述同様に、ゲートのＴＦＳ２は、γ−βの制御遅延を生じるべきである。このＳゲート設計は、無制限にカスケード接続することができる。表１１〜１４と類似する、Ｓゲートの動作および真理値表が容易に作成される。これらは、ここでは提示されない。
【００８４】
これらの場合もやはり、上述のように、２つの主なＴＥＳゲート構造の特殊型である、一定Δおよび一定ψの設計がある。前述セクションに、Ｒゲートである一定ψの設計の最も簡単なものが記載される。ここで、直線部分偏光子（ＬＰＰ）ゲートである、一定Δの設計の最も簡単なものを記載する。
【００８５】
上述のように、いかなる一般的な論理ゲートの設計も、入射レーザーを表す偏光状態の選択から始める。ＬＰＰゲートでは、これは、実軸、ｔａｎψ＝α上の概点Ａによって複素ｐ平面内に表され、ここでαは、図５の原点からの距離、０Ａである。第２のステップは、Ｌ１１≡βのＢおよびＬ１２≡γのＣの概点によって表される２つの偏光状態を選択するものである。同様に、β（γ）は距離０Ｂ（０Ｃ）である。したがって、Ｌ０１≡０Ｂ´およびＬ０２≡０Ｃ´であり、それぞれβおよびγ偏光と直交する。これら２つの偏光状態は、点Ｂ´およびＣ´によって表され、それぞれ、０Ｂ´＝１／０Ｂであり、０Ｃ´＝１／０Ｃである。
【００８６】
上記に開示されるアルゴリズムを使用し、減算の代わりに除算を使用して、表１５および表１６を得る。
【表１５】
0005642960.tif 000017
【表１６】
0005642960.tif 000018
【００８７】
表１６は、それぞれの２つの制御状態に対するＴＦＳ１およびＴＦＳ２の設計パラメータを示す。表１５の変換は、直線偏光光を異なる値のＰを有する直線偏光光に変換することに留意されたい。これは、直線部分偏光子ＴＦＳを使用する、または液晶を電気光学的に使用することによって達成される。
【００８８】
綿密に表１５を調べることによって、ＴＦＳ１設計が物理的に正確である、同一の所要の０および同一の所要の１であることが理解される。しかし、２つの異なる０および２つの異なる１を必要とすることから、ＴＦＳ２では、設計は物理的に正確ではない。０（１）の１つの状態のみを有するために、２つを同一視する、
【数２】
0005642960.tif 000019
とする。両方ともγ＝β＝±１をもたらす。したがって、点Ａの位置に関わらず、Ｂ＝Ｃ＝（＋１，０）かつＢ´＝Ｃ´＝（−１，０）、またはその逆である。第２の限定事象は、０および∞の２点の場合であり、これは、以下に記載される。
【００８９】
前述同様に、３つのうちのいずれかを行い、一般的なＸＮＯＲ  ＬＰＰゲートを設計することができる。第１に、インバータによって上述のＸＯＲゲートの入力の１つを単純に反転することができる。第２に、インバータによってＸＯＲゲートの出力を反転することができる。これら２つの場合、インバータは、前述のサブセクションに記載される限定事象の１８０°の位相偏移と実質的に同等、（＋１，０）および（−１，０）である、分かりやすくはＬＰＰである、いかなる位相偏移も生じることなくγ＋（１／γ）の相対振幅の減衰を生じる、分かりやすくはＴＦＳである。上記の２つの場合、入力、出力、中間にＬＰＰを有する、またはさらには表６の関連するＴＦＳ遅延に対する２つの電子制御入力のうちの１つの対応する１を０に変えることを意味する。上述のものと同一のアルゴリズムを使用して、表５および６と類似する表を同様に作成することができる。
【００９０】
簡潔化のため、Ｒゲートのカスケード接続に関する記載は繰り返さない。図２１の点Ａ、Ｂ、およびＣを適切に参照し、ＬＰＰゲートに対して同様に記載される。
【００９１】
ＬＰＰゲート設計を限定することにより、完全に一致する０および１がＢ＝Ｃの限定事象を導いた。０を大きさの制限のない
【数３】
0005642960.tif 000020
の位相と定義し、１を同様に大きさの制限のない
【数４】
0005642960.tif 000021
の位相として定義し、０および１に弛緩条件を用いて設計することができる。これは、設計プロセスにおけるより高い自由度を可能にし、試験、論理、または可逆論理設計に利用することができる独立情報を搬送する大きさを使用できるようにする。これは、別の公開に記載される。
【００９２】
上記の記載から、レーザービームの論理状態を表すために、図２０および図２１の点ＡならびにＢを組み合わせることで、洗練された設計構造が提供されることが明白になる。この場合、レーザービームは、ゲートの制御の１つであることに加え、光学システム内の情報をゲートの入力および出力として搬送する。第２の制御は、電子的なものであり、したがって単一電気信号（ＳＥＳ）ゲート構造である。今、図２２では、レーザービームの論理状態１および０は、偏光状態ＢおよびＢ´によって表され、ＣおよびＣ´の偏光状態で表される単一ＴＦＳを出る。前に使用されたものと同一のアルゴリズムを使用してＳＥＳゲート構造の真理値表を得ることは容易であり、これは、ＸＯＲゲートのものであることが理解される。ＸＮＯＲゲートは、前述のものと同様な方法、単純な反転または再設計によって得られる。
【００９３】
本構造において、ゲートのカスケード接続は明白である。出力偏光状態は、ＣまたはＣ´のいずれかであり、入力は常にＢまたはＢ´である。したがって、上述のように、偏光状態をＢまたはＢ´に戻すために、ゲートの出力または入力に第２の非制御ＴＦＳが導入される。
【００９４】
単反射単一電気信号（ＳＲＳＥＳ）ゲート構造は、点ＢおよびＣを作成することによって達成され、したがってＢ´およびＣ´は、互いに一致する。この方法により、入力および出力ビームは、それぞれ、ＣおよびＣ´の同一の偏光状態表現Ｌ１ならびにＬ０を有する。この場合、ゲートのカスケード接続は、ビームのいかなる追加操作も必要とせず、それぞれの種類に対して１種類のゲートのみを有し、Ｓゲート設計は必要ない。これは、両方のゲートの種類、ＲおよびＬＰＰを保持する。
【００９５】
Ｒゲートに関して、表１７および表１８は、ゲート設計および動作表を示し、ＴＦＳの遅延には、図２３を参照する。ゲートがＸＯＲであることは、表１７から明らかである。
【表１７】
0005642960.tif 000022
【表１８】
0005642960.tif 000023
【００９６】
前述したように、本設計のＸＮＯＲゲートは、容易に達成することができる。
【００９７】
ＳＲＳＥＳ構造ＬＰＰゲートに関して、図２４は、ゲート偏光状態表現を示す。表１９および表２０は、ゲート設計および動作、ならびにＴＦＳの遅延を示す。表１９から、ＴＦＳ論理１は、大きさがγ２かつ相対位相角１８０°または大きさが１／γ２かつ同一相対位相角のいずれかであることに留意されたい。一方、この論理１の動作を生じるＴＦＳは、正確性を保持するための動作、ＳＲＳＥＳ構造にγ＝１という条件を要求する。これは、ＣおよびＣ´が両方とも単位円上にあり、それぞれ、点（＋１，０）および（−１，０）であることを意味する。これの特別な場合は、以下のサブセクションに記載される。ゲートがＸＯＲであることは、表１９から明らかである。
【表１９】
0005642960.tif 000024
【表２０】
0005642960.tif 000025
【００９８】
前述したように、本設計のＸＮＯＲゲートは、容易に達成することができる。
【００９９】
γ条件が満たされる第２の事象は、γ＝０または∞である限定事象である。これは、本文献に報告され、記載される唯一の事象である、Ｌ１およびＬ０として特別な場合のｐ偏光波ならびにｓ偏光波を導く。また、本事象は、以下のサブセクションにも記載される。
【０１００】
図２５は、それぞれの点（＋１，０）および（−１，０）と一致する、特別な場合のＣおよびＣ´を図示し、Ｒ設計とＬＰＰ設計との間の交差事象である。点（＋１，０）は、＋４５°の直線偏光光の偏光状態を表す。同時に、これは、１の相対振幅の減衰およびゼロの相対位相偏移を生じるＴＦＳ、ＰＰＤ素子を表す。これは、位相差板およびＬＰＰの両方である。一方、点（−１，０）は、−４５°の直線偏光光の偏光状態を表す。また、これは、１の相対振幅の減衰および±１８０°の相対位相偏移を生じるＴＦＳを表す。これもまた、位相差板およびＬＰＰの両方である。
【０１０１】
表２１および表２２は、ゲート設計および動作、ならびにゲートのＴＦＳ機能を示す。両方の表から明らかであるように、この場合のゲートの真理値表は、ＸＯＲのものである。ＸＮＯＲは、前述したように、容易に得られる。
【表２１】
0005642960.tif 000026
【表２２】
0005642960.tif 000027
【０１０２】
０および９０°での直線偏光光は、ＬＰＰゲートの限定事象である。２つの偏光状態は、それぞれ、原点および無限大の点によって表される。Ｌ１はｓ偏光光（９０°偏光状態）であり、Ｌ０は、ｐ偏光光（０偏光状態）、またはその逆であることは、直接導出される。制御信号のＬ１は、９０°の回転であり、Ｌ０状態の制御信号は、０°の回転であり、動作またはＰＰＤはない。これは、ＸＯＲゲートを提供する。ＸＮＯＲゲートは、前述したように、簡単に導出される。
【０１０３】
また、該ゲートのカスケード接続に追加の要件事項がないことは、明らかである。前述したように、これは、本文献において以前に報告された偏光に基づいた論理表現の唯一の場合である。
【０１０４】
インバータゲートの構造は、非常に単純である。一般的な場合、これは、１８０°の相対位相偏移および偏光ｔａｎψの状態の逆数の相対振幅の減衰を生じる、単一ＴＦＳである。ＲゲートおよびＬＰＬ４５構造では、インバータＴＦＳは、１８０°の相対位相偏移のみを生じ、相対振幅の減衰は生じない。
【０１０５】
上述の光ゲート構造のいかなるカスケード接続も、時間的に連続ではないことを理解することが重要である。これは、同時カスケード接続である。したがって、すべての電気信号は、同時に入力され、レーザー出力−入力遅延は、光の速度によって決定される。今日の製造能力、およびより成長したステージに進むナノテクノロジーにより、ほぼフェムト秒の遅延が達成可能である。これは、今日可能なものとは桁違いのバンド幅をもたらす。
【０１０６】
また、多重入力構造は、記載される２入力設計から容易であることに留意することが重要である。これらは、文書サイズを制限するために、本通信には記載されていない。
【０１０７】
さらに、集積光構造（ＩＯＡ）には、ＸＯＲ、ＸＮＯＲ、およびインバータ動作のいずれかの数のブールステートメントが関与する。ＩＯＡは、別の公開の主題である集積構造を使用して、直接実装することができる。例えば、ＩＯＡは、いくつかの用途に言及するために、スイッチング、逆多重化、またはパリティチェックを行うように設計することができる。
【０１０８】
ゲートは、独立してまたは内部にカスケード接続することができる。それぞれの追加入力に対して１つの追加位相差板を追加することにより、２つ以上の入力を有するゲートを設計することができる。ブール関数Ａ  ＸＯＲ  Ｂ  ＸＯＲ  Ｃを満たすゲートは、２つの位相差板および１つの偏光子によって表すことができる。偏光子は、それぞれ入力０および１を表す＋４５および−４５での直線偏光光を生じ、一方、ｐ１およびｐ２は、ｐ平面内で、論理１は角度０であり、論理ゼロは１８０の角度である。一方、論理式Ａ  ＸＯＲ  Ｂ  ＸＮＯＲ  Ｃは、後者と非常に類似するが、第１の位相差板の出力の後にインバータを追加する必要があり、ｐ２の論理０および１が置き換えられなければいけない。図示されるように、ＸＯＲ、ＸＮＯＲ、インバータ、またはいずれかの後者の組み合わせに頼る多重入力論理式は、薄膜の追加層を追加することによって容易にカスケード接続することができる。
【０１０９】
カスケード接続されたシステム全体の末端、またはそれぞれのゲートの末端では、出力が容易に特定され、電気信号に変えられる。単純な場合、これは、＋４５度および−４５度の直線偏光出力を生じるように設計され、１つの場合の透過または反射を最大化し、一方その他を最小化するように薄膜系システムを設計することができる。後者は、単純な光検出器の使用と併せて、光検出器が、高読み取り値が論理１を表し、低読み取り値が０を表す、電気出力を生じることを可能にする。後者は、新しい光２値論理実装と現在の半導体系２値論理システムの統合を可能にする。入力および出力での統合は、新しい光学素子に優れた万能性を提供し、現在の設計を大幅に変更することなく、新しいシステムの利点を利用するハイブリッド技術の創造を可能にする。さらに、光学系素子と半導体系素子との間の通信は、いかなる問題にも直面しない。
【０１１０】
上述され、当該技術分野に精通する者によって理解されるように、本発明の実施形態は、方法または装置として構成されてもよい。したがって、本発明の実施形態は、ハードウェア全体、ソフトウェア全体、またはいかなるソフトウェアとハードウェアの組み合わせも含む、様々な手段からなってもよい。さらに、本発明の実施形態は、記憶媒体に統合されたコンピュータ読取可能なプログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有するコンピュータ読取可能な記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態であってもよい。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、または磁気記憶装置を含む、いかなる適したコンピュータ読取可能な記憶媒体を利用してもよい。
【０１１１】
方法、装置、およびコンピュータプログラム製品のブロック図およびフローチャート図解を参照して、本発明の例示的な実施形態が記載されている。ブロック図およびフローチャート図解のそれぞれのブロック、およびブロック図ならびにフローチャート図解のブロックの組み合わせは、それぞれ、コンピュータプログラム命令を含む様々な手段によって実装することができることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行される命令が、フローチャートのブロックに指定される機能を実行するための手段を生成するように機械を製造するために、汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ、またはその他のプログラム可能なデータ処理装置に読み込まれてもよい。
【０１１２】
また、これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ読取可能なメモリに格納された命令が、フローチャートのブロックに指定される機能を実行するためのコンピュータ読取可能命令を含む製品を製造するように、特定の方法でコンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置を機能させることができるコンピュータ読取可能なメモリに格納されてもよい。また、コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置上で実行される命令が、フローチャートのブロックに指定される機能を実行するためのステップを提供するように、コンピュータで実行されるプロセスを生じる、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置上で実行される一連の動作ステップをもたらすために、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置に読み込まれてもよい。
【０１１３】
したがって、ブロック図およびフローチャート図解のブロックは、指定の機能を実行するための手段の組み合わせ、指定の機能を実行するためのステップの組み合わせ、ならびに指定の機能を実行するためのプログラム命令手段を支援する。ブロック図およびフローチャート図解のそれぞれのブロック、ならびにブロック図およびフローチャート図解のブロックの組み合わせは、指定の機能またはステップを実行する特殊用途ハードウェア系コンピュータシステム、または特殊用途ハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実行することができることもまた理解されたい。
【０１１４】
前述の説明および関連図面に提示される指導の利益を有する、これらの発明に付随する、本明細書に記載される本発明の多数の修正およびその他の実施形態が当業者の頭に浮かぶであろう。例えば、本発明の原理は、まだ設計されていないゲートを含む、いかなる目的のためのいかなる真理値表も有する、いかなる種類のいかなる論理ゲートを設計するためにも使用することができる。
【０１１５】
したがって、本発明は、開示される特定の実施形態およびその修正に限定されず、その他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。さらに、光学素子の実用的な実装において、結果としてエラーをもたらすエラーが生じる場合があることが理解される。例えば、図５のビーム５２ａ、５２ｂ、および５２ｃが同一でない場合がある、または追加例として、ビーム５６および５７が、除去する必要がある場合に完全に除去されない場合がある。しかしながら、ある程度のエラーの範囲は許容可能である、または追加の素子によって、開示される素子が意図されるように動作するように修正されてもよいことが理解される。
【０１１６】
本明細書で特定の用語が採用されるが、これらは、一般的かつ記述的意味でのみ使用され、制限を目的とするものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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