(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを入力する入力端子（６）と、該入力された光パルスを遅延させて、出力する出力端子（７）とを有する光メモリにおいて、第１の光伝送路（１１）と第１の選択性光増幅器（１２）とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１をもつ第１のループメモリ（１）と、第２の光伝送路（２１）と第２の選択性光増幅器（２２）とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１の整数倍の第２の周回時間Ｔ２をもつ第２のループメモリ（２）と、前記入力端子に入力された光パルスを前記第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力し、かつ前記入力端子に入力された光パルスを前記第２の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを前記第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力する結合部（３）と、該結合部が前記第２の光ループメモリから前記第１の光ループメモリに光パルスを取り入れるときに第１の光ループメモリの光パルスを消滅させるように、前記第１の選択性光増幅器を制御するタイミング制御手段（４）とを備えたことを特徴とする光メモリ。
【請求項２】
光パルスを入力する入力端子（６）と、該入力された光パルスを遅延させて、出力する出力端子（７）とを有する光メモリにおいて、第１の光伝送路（１１）と第１の選択性光増幅器（１２）とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１をもつ第１のループメモリ（１）と、第２の光伝送路（２１）と第２の選択性光増幅器（２２）とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１の整数倍の第２の周回時間Ｔ２をもつ第２のループメモリ（２）と、前記入力端子に入力された光パルスを前記第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力し、かつ前記入力端子に入力された光パルスを前記第２の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを前記第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力する結合部（３）と、前記第２の光ループメモリから前記第１の光ループメモリに光パルスを取り入れるときに第１の光ループメモリの光パルスを消滅させるように前記結合部を制御するタイミング制御手段（４）とを備えたことを特徴とする光メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
光ＡＴＭ交換機における光セル（ｃｅｌｌ）や光ディジタル計算機における信号光パルス列を一時的に保持する光バッファ、または単発光波形観測用の光メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ＡＴＭ交換機ではそのルーティング部がビジー状態の時に、外部回線からの光セル（ｃｅｌｌ）と呼ばれる固定長の信号光パルス列を一時的に保持する光メモリ（光バッファ）が必要とされている。この目的のため、図１３に示す光ループメモリが例えば文献「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２７，  ｐｐ．１５８５−１５８６」などに発表されている。この光ループメモリは、遅延用光伝送路と光結合器及びこれらの損失を補償する光増幅器によりループを構成し、そのループの出力側に光ゲートが設けられている。
【０００３】
遅延用光伝送路は所定の長さの光ファイバ、光結合器５３は光ファイバカプラで構成される。また、光増幅器５２は半導体レーザや希土類添加光ファイバを用いた光増幅器を用いる。また、光増幅器が発する自然放出光の影響を低減するため、光増幅器５２の出力に光フィルタ５６を設置して不要な帯域の自然放出光をカットしている。また、これらの光増幅器５２は図１６に示すように電流または励起光を調整することにより利得を変化することができるようになっており、電流を下げることにより信号光を吸収することもできる。
【０００４】
以下、この光ループメモリ５１の動作を説明する。なお、光を伝達する情報を伝達する技術分野では光信号の単位（例えば一個の光パルス）をしばしば、光セルと呼んでいる。従来技術の説明で用いてきた光セルとこの明細書で以後使用する光信号は同じ意味を有する。初期状態では光ループメモリ５１中には信号光はないものとする。次に光ループメモリ５１の入力側に設けられた入力端子６より入力した信号光は光結合器５３によって光ゲート８と光ループメモリ５１の両方に入射される。ループに入った信号光はその長さに対応して遅延し、光増幅器５２、光伝送路５４や光結合器５３の損失を補償された後、再び光結合器５３に入る。ここで再び光ゲート８とループに送られ、一連の動作を繰り返し行う。光ゲート８に到達した信号は読み出し命令があるまで光ゲート８が閉じているため、出力端子７に出力されない。また、ループ中の信号光は、光増幅器５２が閉ループ利得を１よりもわずかに低い値にしているので、減衰や発振することなく、周回する。この閉ループ利得とは光増幅器５２の利得から、ループの損失と光結合器５３の損失を差し引いたものである。この光ループメモリ５１は、接続されているルーティング部（図示せず。）のビジー状態が解除されると、ゲート信号により光ゲート８を開いて保持されていた信号光を出力端子７よりルーティング部などの外部回路に出力する。ループ中に残っている信号光は光増幅器５２の駆動電流を０にすることにより、消去され初期状態に戻る。
【０００５】
ここでは図１４に示すように、ループを一周する時間をフレーム時間（ｔframe ）とし、信号光が周回可能な最大値（Ｋ）×フレーム時間（ｔframe ）が最長記憶時間となる。そして、セル時間／フレーム時間が効率となる。本明細書ではこれを単ループ型光メモリと呼ぶ。またスペース状態（”０”の情報）の光電力とマーク状態（”１”の情報）の光電力との比を消光比と呼ぶ。
【０００６】
しかし、このメモリにおいて信号光は周回を重ねる毎に光増幅器５２の雑音、すなわち自然放出光の蓄積によってスペース状態におけるの光電力レベルが上昇して消光比が低下し、最終的にはスペース状態とマーク状態との判別が不能となる。よって周回可能な最大周回数Ｋは一例では５回から７回程度である。この場合、最長記憶時間を長くするため、ループの長さを長くすると、フレーム時間が延びてしまい効率が低下する。このため、次に述べるタップ遅延回路を組み合わせることが文献「93年電子情報通信学会秋季大会、Ｂ−９１５、タップ遅延回路を組み合わせた光ＡＴＭ交換用ループメモリ」により提案されている。
【０００７】
タップ遅延回路６１を光ループメモリ５１に組み合わせた例について図１５を用いて述べる。この光メモリでは、入力した光信号を１×ｎ光分岐器６２によりｎ分割し、遅延量が０、τ、２τ、…、（ｎ−１）τの光遅延線６３にそれぞれ入力する。このτは、光ループメモリ５１の最大周回回数（Ｋ）×フレーム時間（ｔframe ）である。各遅延器の出力はｎ×１光結合器６４により、光ループメモリ５１に入力される。このメモリでは光ループメモリ５１を周回している信号光は、τごとにいったん消去され、タップ遅延回路６１からの新しい信号光に置き換わる。したがって最長記憶時間をのばすことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１５で述べたタップ遅延回路６１を光ループメモリ５１の入力側に設けた光メモリには、以下の問題がある。記憶時間中の早い時期に光ループメモリ５１内の信号光を読み出した場合、ループ内やタップ遅延回路６１内の信号光は不要になる。この場合、ループ内のセルは光増幅器５２の利得を下げることにより消去できるが、各光遅延線６３内に残存する信号光についてはこの光遅延線６３からの出力が終了するまで、消去することができず、次の記憶動作に移ることができない。このことは時間的な効率の面からは問題となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では上記課題を解決するための手段を請求項１、請求項２に記載した。まず、周回時間の異なる光ループメモリを二つ以上組み合わせ、それぞれの光ループメモリを短期記憶用、長期記憶用とし、短期記憶用の光ループメモリの最長記憶時間τが経過する時点で、長期記憶用の光ループメモリの信号光に入れ替える。この点までは請求項１、請求項２で共通である。請求項１に記載の発明では、短期記憶用の光ループメモリ、すなわち第１の光ループメモリを周回していた光は、この光ループメモリに存する第１の選択性光増幅器の利得を低下させることにより消滅させる。請求項２に記載の発明では、短期記憶用の光ループメモリ、すなわち第１の光ループメモリを周回してした光は、結合部を構成する複数の光分岐手段のうち、光スイッチを切り替えて周回していた光を外部に放出して消滅させる。
【００１１】
請求項１に記載された光メモリは以下の構成となっている。すなわち、光パルスを入力する入力端子６と、入力された光パルスを遅延させて、出力する出力端子７とを有する光メモリにおいて、第１の光伝送路１１と第１の選択性光増幅器１２とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１をもつ第１のループメモリ１と、第２の光伝送路２１と第２の選択性光増幅器２２とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１の整数倍の第２の周回時間Ｔ２をもつ第２のループメモリ２と、入力端子に入力された光パルスを第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力し、かつ入力端子に入力された光パルスを第２の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力する結合部３と、結合部が第２の光ループメモリから第１の光ループメモリに光パルスを取り入れるときに第１の光ループメモリの光パルスを消滅させるように、第１の選択性光増幅器を制御するタイミング制御手段４とを備えた。
【００１２】
また、請求項２に記載された光メモリは以下の構成となっている。すなわち、光パルスを入力する入力端子６と、入力された光パルスを遅延させて、出力する出力端子７とを有する光メモリにおいて、第１の光伝送路１１と第１の選択性光増幅器１２とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１をもつ第１のループメモリ１と、第２の光伝送路２１と第２の選択性光増幅器２２とによりループを構成しかつ第１の周回時間Ｔ１の整数倍の第２の周回時間Ｔ２をもつ第２のループメモリ２と、入力端子に入力された光パルスを第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力し、かつ入力端子に入力された光パルスを第２の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを第１の光ループメモリに取り入れ、ループを周回した光パルスを出力端子に向けて出力する結合部３と、第２の光ループメモリから第１の光ループメモリに光パルスを取り入れるときに第１の光ループメモリの光パルスを消滅させるように結合部を制御するタイミング制御手段４とを備えた。
【００１４】
【作用】
周回時間の異なる第１の光ループメモリ１と第２のループメモリ２とを二つ以上組み合わせ、それぞれ第１の光ループメモリ１を短期記憶用、第２のループメモリ２を長期記憶用とし、ほぼ同時に信号光を入射する。短期記憶用の第１の光ループメモリ１の最長記憶時間τ1が経過する時点で、第１の選択性光増幅器１２の出力を制御することにより、また結合部３を制御することにより、短期記憶用の第１の光ループメモリ１中の消光比の低下した信号光を消去するとともに、かわりに長期記憶用の第２の光ループメモリ２の信号光を注入することで、短期記憶用の第１の光ループメモリ１の記憶時間が延長される。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。第１の実施例、第２に実施例は請求項１に対応し、第３の実施例、第４の実施例は請求項２に対応する。各実施例とも遅延用光導波路である第１の光伝送路１１、第２の光伝送路２１は光ファイバまたは光導波路からなる。また、光増幅器は半導体レーザや希土類添加光ファイバを用いた光増幅器を用いる。この光増幅器は誘電体多層膜による光フィルタあるいはファプリペロ共振器、または回折格子などからなる波長選択手段を内部に有し、かつその利得を調整することが可能である。特に本明細書ではこれを選択性光増幅器と称し、第１の光ループメモリ１に使用されるものを第１の選択性光増幅器１２、第２の光ループメモリ２に使用されるものを第２の選択性光増幅器２２とする。タイミング制御手段４は例えばシーケンサーやコンピュータ及びそのデジタル信号から光増幅器の駆動電流に変換するＤ／Ａ変換器からなる。あらかじめ記憶されたタイミングチャートに従って第１または第２の選択性光増幅器の電流あるいは結合部の接続を変化させる
【００１７】
（１）第１の実施例
最初に構成を図１をもとに説明する。第２の光ループメモリ２中の周回時間Ｔ2は、第１の光ループメモリ１中の周回時間Ｔ1のＮ倍である。このＮは整数であり、第１の光ループメモリ１中の最大周回数Ｋ1以下の値である。ここでは仮にＮ＝４とする。結合部３を構成する第１の光分岐手段３１と第２の光分岐手段３２との距離は非常に短く、その伝搬時間はセル長に対して無視できるものとする。第１の光分岐手段３１、第２の光分岐手段３２はともに光ファイバカプラまたは光導波路による分岐回路からなる。
【００１８】
次に、第１の実施例の動作を図２をもとに説明する。初期状態（ｔ＝０）では各光ループメモリ中に信号光は存在しないものとする。入力端子６より入力された光信号は第２の光分岐手段３２を介して第２の光ループメモリ２と第１の光分岐手段３１に伝達される。第２の光ループメモリ２に入った光は周回して保存される。一方、第１の光分岐手段３１に伝達された信号光は第１の光ループメモリ１と、光ゲート８に伝達される。第１の光ループメモリ１に入った光は周回して保存される。
【００１９】
０＜ｔ＜４Ｔ1においては第１の光ループメモリ１中の信号光が周期的に光ゲート８に到達する。４Ｔ1＜ｔ＜５Ｔ1では第１の光ループメモリ１中の信号光は消光比が劣化しているので第１の選択性光増幅器１２の駆動電流を下げて利得を落とし、この信号光を消去する。代わりに第２の光ループメモリ２からの信号光が到達し、第１の光分岐手段３１に入射される。この信号光は光ゲート８に向かうとともに再び第１の光ループメモリ１を周回する。仮にｔ＝６Ｔ1においてタイミング制御手段４に読み出し信号が入ると光ゲート８が開き、信号光が出力端子７に出力される。この出力動作後、各ループメモリ内に残った信号光は第１の選択性光増幅器１２及び第２の選択性光増幅器２２の利得を下げることにより消去され、初期状態に戻る。
【００２０】
（２）第２の実施例
最初に構成を図３をもとにに説明する。第１の実施例と比較し、第２の光ループメモリ２の位置が違い、その他は同一である。
【００２１】
次に、第２の実施例の動作を図４をもとに説明する。初期状態（ｔ＝０）では各ループメモリ中に信号光は存在しないものとする。入力端子６より入力した光信号は第１の光分岐手段３１を介して第１の光ループメモリ１と光ゲート８に伝達される。第１の光ループメモリ１に入った光は第１の選択性光増幅器１２で増幅された後、第２の光分岐手段３２に入射され、第１の光ループメモリ１を周回するとともに、第２の光ループメモリ２に伝達される。各ループメモリに入った光は周回して保存される。０＜ｔ＜４Ｔ1においては第１の光ループメモリ１中の信号光が周期的に第１の光分岐手段３１を通って光ゲートに到達する。４Ｔ1＜ｔ＜５Ｔ1では第１の光ループメモリ１中の信号光は消光比が劣化しているので第１の選択性光増幅器１２の駆動電流を下げて利得を落とし、この信号光を消去する。代わりに第２の光ループメモリ２からの信号光が第２の光分岐手段３２を介して第１の光ループメモリ１に入射し、再び周回する。仮にｔ＝６Ｔ1においてタイミング制御手段４に読み出し信号が入ると光ゲート８が開き、信号光が出力端子７に出力される。この出力動作後、各ループメモリ内部に残った信号光は第１の選択性光増幅器１２及び第２の選択性光増幅器２２の利得を下げることにより消去され、初期状態に戻る。
【００２２】
第２の実施例は第１の実施例と比較すると入力端子６−出力端子７間の光分岐手段の数が一つとなるため、この間の光損失を少なくできる。ただし、第１の光ループメモリ１中に光分岐手段が増えるために第１の選択性光増幅器１２の利得を増やす必要がある。このことは自然放出光の増加を招くため、第１の光ループメモリ１の最大周回数Ｋ1が第１の実施例の場合より少なくなる。
【００２４】
（３）第３の実施例
最初に構成を図７をもとに説明する。第１の光分岐手段３１は二つの１×２光スイッチ３１ａ、３１ｂからなる。他は第１の実施例と同じである。次に動作を図８をもとに説明する。初期状態（ｔ＝０）では各光ループメモリ中に信号光は存在しないものとする。入力端子６に信号光が入力されると（０＜ｔ＜Ｔ1）、信号光は第２の光分岐手段３２を介して第２の光ループメモリ２と第１の光スイッチ３１ａに伝達される。第２の光ループメモリ２に入った光は周回して保存される。さらに第１の光スイッチ３１ａの端子Ａに入射した信号光は第２の光スイッチ３１ｂの端子Ｄを通って第１の光ループメモリ１に伝送される。
【００２５】
保存中（Ｔ1＜ｔ＜４Ｔ1）は第１の光スイッチ３１ａ、第２の光スイッチ３１ｂの接続は端子Ｂ、端子Ｄとなり、第１の光ループメモリ１に入った光はこれらの端子を通って周回して保存される。４Ｔ1＜ｔ＜５Ｔ1では第１の光ループメモリ１中の信号光は消光比が劣化しているので第１の光スイッチ３１ａを端子Ａ側にし、第２の光スイッチ３１ｂを端子Ｄ側にしたまま、再び取り込む。第１の光ループメモリ１中の古い信号光は第１の光スイッチ３１ａ端子Ｂよりループ外に放出され、消滅する。新たに取り込まれた信号光は再び第１の光ループメモリ１を周回する。仮にｔ＝６Ｔ1においてタイミング制御手段４に読み出し信号が入ると光スイッチ３１ａは端子Ｂ、光スイッチ３１ｂは端子Ｄに切換え、信号光が出力端子７に出力される。この出力動作後、第１の光ループメモリ１の信号光は再びループにはいることはないので第１の選択性光増幅器１２の調整による消去の必要はない。第２の光ループメモリ２内に残った信号光は第２の選択性光増幅器２２の利得を下げることにより消去され、初期状態に戻る。本実施例において二つの１×２光スイッチを一つの２×２光スイッチに置き換えることは可能である。この場合は第１の選択性光増幅器１２の利得を下げることが必要である。
【００２６】
（４）第４の実施例
最初に構成を図９をもとに説明する。第１の光分岐手段３１は二つの１×２光スイッチ３１ａ、３１ｂからなる。他は第２の実施例と同じである。次に動作を図１０をもとに説明する。初期状態（ｔ＝０）では各光ループメモリ１、２中に信号光は存在しないものとする。入力端子６に信号光が入力されると（０＜ｔ＜Ｔ1）、信号光は第１の光スイッチ３１ａの端子Ａと、第２の光スイッチ３１ｂの端子Ｃとを介して第１の光ループメモリ１に伝達される。第１の光ループメモリ１に入った光は第１の選択性光増幅器１２で増幅され、第２の光分岐手段３２に入射し、第１の光ループメモリ１を周回するとともに第２の光ループメモリ２に伝達される。各光ループメモリに入った光は周回して保存される。
【００２７】
Ｔ1＜ｔ＜４Ｔ1においては第１の光スイッチ３１ａ、第２の光スイッチ３１ｂの接続は端子Ｂ、端子Ｄとなり、第１の光ループメモリ１に入った光はこれらの端子を通って周回して保存される。
【００２８】
４Ｔ1＜ｔ＜５Ｔ1では第１の光ループメモリ１中の信号光は消光比が劣化しているので第１の光スイッチ３１ａを端子Ａ側にし、第２の光スイッチ３１ｂを端子Ｄ側にしたまま、再び取り込む。第１の光ループメモリ１中の古い信号光は第１の光スイッチ３１ａの端子Ｂよりループ外に放出され、消滅する。新たに取り込まれた信号光は再び第１の光ループメモリ１を周回する。仮にｔ＝６Ｔ1においてタイミング制御手段４に読み出し信号が入ると第１の光スイッチ３１ａは端子Ｂ、第２の光スイッチ３１ｂは端子Ｃに切換え、信号光が出力端子７に出力される。この出力動作後、第１の光ループメモリ１の信号光は再び光ループメモリ１にはいることはないので第１の選択性光増幅器１２の調整による消去の必要はない。第２の光ループメモリ２内に残った信号光は第２の選択性光増幅器２２の利得を下げることにより消去され、初期状態に戻る。
本実施例において一つの１×２光スイッチを二つの２×２光スイッチに置き換えることは可能である。
【００３０】
各実施例において光分岐手段に光スイッチを使った場合は光ゲートが不要となる。また、周回中は外部回路から切り放されるため、突発的な外来性光雑音に対し、信号光が保護される。また、複ループ型光メモリにおいてはループ数を増やすことによりさらに最長記憶時間をのばすことができる。
以上、本装置を光ＡＴＭ交換機に使う場合について実施例を述べたが、本装置は光ディジタル計算器の光メモリなどにも使用できることは言うまでもない。さらに、単発の光パルスを周期性を持つ光パルスに変換する装置にも使える。
【００３１】
【発明の効果】
（１）本発明の構成を採用したので、従来の単ループ型光メモリに比べ、効率を犠牲にすることなく、記憶時間を延長できる。
（２）タップ遅延回路を備えた光ループメモリに比べて、複数の遅延回路を用意することがないので装置が小型になる。各光ループメモリに備えられた光増幅器の利得を下げることによりメモリのクリアが高速に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施例の構成を示す図。
【図２】 第１の実施例のタイミングチャートを示す図。
【図３】 第２の実施例の構成を示す図。
【図４】 第２の実施例のタイミングチャートを示す図。
【図５】 第３の実施例の構成を示す図。
【図６】 第３の実施例のタイミングチャートを示す図。
【図７】 第４の実施例の構成を示す図。
【図８】第４の実施例のタイミングチャートを示す図。
【図９】単純な光ループメモリの構成を示した図。
【図１０】セルとフレームの関係を示した図
【図１１】タップ遅延回路と光ループメモリの組み合わせの図
【図１２】半導体レーザ光増幅器の駆動電流対利得特性の例
【図１３】可飽和吸収体の入力光電力対透過率特性の例
【符号の説明】
１ 第１の光ループメモリ
２ 第２の光ループメモリ
３ 結合部
４ タイミング制御手段
６ 入力端子
７ 出力端子
８ 光ゲート。
１１ 第１の光伝送路
２１ 第２の光伝送路
１２ 第１の選択性光増幅器。
２２ 第２の選択性光増幅器。
３１ 第１の光分岐手段。
３１ａ 第１の光スイッチ。
３１ｂ 第２の光スイッチ。
３２ 第２の光分岐手段。
【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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