(57)【要約】【課題】  電流制御を必要としない、超高速動作が可能なビット毎の全光論理演算を実現する。【解決手段】  複数の円偏光の光パルス信号（光信号１，２）を多重量子井戸層５２内に入射し、円偏光の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンとを同時に励起させる第１ステップと、直線偏光を有するプローブ光を多重量子井戸層５２内に入射する第２ステップと、アップスピンのキャリアの数とダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、アップスピンのキャリアの数とダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、複数の光パルス信号の論理演算結果を示す第３ステップとを備えた。【選択図】  図３
2006330403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円偏光の光パルス信号を多重量子井戸層内に入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンとを同時に励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記光パルス信号の論理演算結果を示す第３ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項２】
入射した前記円偏光の光パルス信号のそれぞれに対して、逆向きの円偏光状態の光パルス信号を、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記多重量子井戸層内に励起されている前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の全光論理演算方法。
【請求項３】
第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号とを多重量子井戸層内に入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号のＥＯＲ論理演算結果を示す第３ステップと、
前記第１の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第３の円偏光の光パルス信号と、前記第２の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第４の円偏光の光パルス信号とを、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記第３の円偏光の光パルス信号により、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第４の円偏光の光パルス信号により、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記多重量子井戸層内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項４】
前記第３の円偏光の光パルス信号は、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第４の円偏光の光パルス信号は、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有することを特徴とする請求項３に記載の全光論理演算方法。
【請求項５】
前記第１ステップが、前記第２の円偏光の光パルス信号を、常にビット「１」の状態で多重量子井戸層内に入射することにより、前記第３ステップは、前記第１の円偏光の光パルス信号のＮＯＴ論理演算結果を示し、
前記第４ステップは、前記第４の円偏光の光パルス信号を、常にビット「１」の状態で多重量子井戸層内に入射することを特徴とする請求項３および４に記載の全光論理演算方法。
【請求項６】
最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳの多重量子井戸層内に、第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーが等しく、常にビット「１」の状態の第２の円偏光の光パルス信号とを入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号のＮＯＴ論理演算結果を示す第３ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項７】
第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号とを多重量子井戸層内に入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、アップスピンとダウンスピンのいずれかのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号のＯＲ論理演算結果を示す第３ステップと、
前記第１の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第３の円偏光の光パルス信号と、前記第２の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第４の円偏光の光パルス信号とを、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記第３の円偏光の光パルス信号により、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第４の円偏光の光パルス信号により、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記多重量子井戸層内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項８】
前記第３の円偏光の光パルス信号は、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第４の円偏光の光パルス信号は、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有することを特徴とする請求項７に記載の全光論理演算方法。
【請求項９】
最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳの多重量子井戸層内に、第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号とを入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、アップスピンとダウンスピンのいずれかのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号のＯＲ論理演算結果を示す第３ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項１０】
第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーが等しく、常にビット「１」の状態の第３の円偏光の光パルス信号とを多重量子井戸層内に入射し、前記第１から第３の円偏光の光パルス信号の偏光状態により、任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号とが一致するか否かを示す第３ステップと、
前記第１の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第４の円偏光の光パルス信号と、前記第２の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第５の円偏光の光パルス信号と、前記第３の円偏光と同じビット「１」で逆の円偏光を有する第６の円偏光の光パルス信号とを、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記第４の円偏光の光パルス信号により、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第５の円偏光の光パルス信号により、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第６の円偏光の光パルス信号により、前記第３の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第３の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記多重量子井戸層内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項１１】
前記第４の円偏光の光パルス信号は、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第５の円偏光の光パルス信号は、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第６の円偏光の光パルス信号は、前記第３の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第３の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有することを特徴とする請求項１０に記載の全光論理演算方法。
【請求項１２】
最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳの多重量子井戸層内に、第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーが等しい第２の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーが等しく、常にビット「１」の状態の第３の円偏光の光パルス信号とを入射し、前記第１から第３の円偏光の光パルス信号の偏光状態により、任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号とが一致するか否かを示す第３ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項１３】
第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーが前記第１の円偏光の光パルス信号の２倍であり、常にビット「１」の状態の第３の円偏光の光パルス信号とを多重量子井戸層内に入射し、前記第１から第３の円偏光の光パルス信号の偏光状態により、任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子キャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号のＮＡＮＤ論理演算結果を示す第３ステップと、
前記第１の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第４の円偏光の光パルス信号と、前記第２の円偏光と同じビットで逆の円偏光を有する第５の円偏光の光パルス信号と、前記第３の円偏光と同じビット「１」で逆の円偏光を有する第６の円偏光の光パルス信号とを、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記第４の円偏光の光パルス信号により、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第５の円偏光の光パルス信号により、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記第６の円偏光の光パルス信号により、前記第３の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと前記第３の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分と等しい数の逆のスピンのキャリアを励起させ、前記多重量子井戸層内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項１４】
前記第４の円偏光の光パルス信号は、前記第１の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第１の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第５の円偏光の光パルス信号は、前記第２の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第２の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有し、
前記第６の円偏光の光パルス信号は、前記第３の円偏光の光パルス信号により前記多重量子井戸層内に励起されたスピンのキャリアと、前記第３の円偏光の光パルス信号により励起されたスピンのスピン緩和により生じた逆のスピンのキャリアとの差分を補償する光強度を有することを特徴とする請求項１３に記載の全光論理演算方法。
【請求項１５】
最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳの多重量子井戸層内に、第１の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第２の円偏光の光パルス信号と、前記第１の円偏光と逆の円偏光を有し、光パルスエネルギーが前記第１の円偏光の光パルス信号の２倍であり、常にビット「１」の状態の第３の円偏光の光パルス信号とを入射し、前記第１から第３の円偏光の光パルス信号の偏光状態により、任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを励起させる第１ステップと、
直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、
前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の円偏光の光パルス信号と前記第２の円偏光の光パルス信号のＮＡＮＤ論理演算結果を示す第３ステップと
を備えたことを特徴とする全光論理演算方法。
【請求項１６】
前記プローブ光は、ＣＷ光であることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の全光論理演算方法。
【請求項１７】
第１の光パルス信号を分波するための分波器と、
該分波器で分波された光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第３の光パルス信号とする遅延器と、
前記第３の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
第２の光パルス信号を分波するための分波器と、
該分波器で分波された光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とする遅延器と、
前記第４の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号と前記第４の光パルス信号を、円偏光に変換するためのλ／４板と、
前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号を、前記第１の光パルス信号および前記第４の光パルス信号と逆の円偏光に変換するための−λ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる光スイッチと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号のＥＯＲ論理演算結果を示す光学的手段とを備え、
前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号により、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項１８】
第１の光パルス信号および第２の光パルス信号のそれぞれを分波する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタで分波された第１の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第３の光パルス信号とし、前記偏光ビームスプリッタで分波された第２の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とする遅延器と、
前記第３の光パルス信号および前記第４の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号および前記第４の光パルス信号を同じ円偏光に変換し、前記第２の光パルス信号および前記第３の光パルス信号を前記第１の光パルス信号および前記第４の光パルス信号と逆の円偏光に変換するλ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる光スイッチと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号のＥＯＲ論理演算結果を示す光学的手段とを備え、
前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号により、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項１９】
前記第２の光パルス信号および前記第４の光パルス信号を、常にビット「１」の状態で前記光スイッチに入射することにより、前記光学的手段は、前記第１の円偏光の光パルス信号のＮＯＴ論理演算結果を示すことを特徴とする請求項１８に記載の全光論理演算装置。
【請求項２０】
同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第１の光パルス信号と第２の光パルス信号とを合分波する合分波器と、
該合分波器で分波された第１の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第３の光パルス信号とし、前記合分波器で分波された第２の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とする遅延器と、
前記第３の光パルス信号および前記第４の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号を、円偏光に変換するためのλ／４板と、
前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号を、前記第１の光パルス信号および前記第２の光パルス信号と逆の円偏光に変換するための−λ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号の偏光状態により、アップスピンとダウンスピンのいずれかのキャリアを励起させる光スイッチと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号のＯＲ論理演算結果を示す光学的手段とを備え、
前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号により、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項２１】
同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第１の光パルス信号と第２の光パルス信号とを分波する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタで分波された第１の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第３の光パルス信号とし、前記偏光ビームスプリッタで分波された第２の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とする遅延器と、
前記第３の光パルス信号および前記第４の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号および前記第４の光パルス信号を同じ円偏光に変換し、前記第２の光パルス信号および前記第３の光パルス信号を前記第１の光パルス信号および前記第４の光パルス信号と逆の円偏光に変換するλ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号の偏光状態により、アップスピンとダウンスピンのいずれかのキャリアを励起させる光スイッチと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号のＯＲ論理演算結果を示す光学的手段とを備え、
前記第３の光パルス信号と前記第４の光パルス信号により、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項２２】
同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第１の光パルス信号と第２の光パルス信号とを合分波する合分波手段と、
該合分波器で分波された第１の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とし、前記合分波器で分波された第２の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第５の光パルス信号とする遅延器と、
前記第４の光パルス信号および前記第５の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
第３の光パルス信号を分波するための分波器と、
該分波器で分波された光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第６の光パルス信号とする遅延器と、
前記第６の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第６の光パルス信号とを、円偏光に変換するためのλ／４板と、
前記第４の光パルス信号と前記第５の光パルス信号と前記第３の光パルス信号とを、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第６の光パルス信号と逆の円偏光に変換するための−λ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる光スイッチと、
前記第１乃至前記第６の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号とが一致するか否かを示す光学的手段とを備え、
前記第４の光パルス信号と前記第５の光パルス信号と前記第６の光パルス信号とにより、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項２３】
同じ円偏光を有し、光パルスエネルギーの等しい第１の光パルス信号と第２の光パルス信号とを合波する合波器と、
該合波器の出力と第３の光パルス信号とを分波する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタで分波された一方の第１の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第４の光パルス信号とし、前記偏光ビームスプリッタで分波された一方の第２の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第５の光パルス信号とし、前記偏光ビームスプリッタで分波された一方の第３の光パルス信号を任意の時間Δｔ遅延させて第６の光パルス信号とする遅延器と、
前記第４の光パルス信号と前記第５の光パルス信号と前記第６の光パルス信号の光強度を調節するアッテネータと、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第６の光パルス信号とを同じ円偏光に変換し、前記第４の光パルス信号と前記第５の光パルス信号と前記第３の光パルス信号とを、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第６の光パルス信号と逆の円偏光に変換するλ／４板と、
前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号と前記第３の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンのキャリアを同時に励起させる光スイッチと、
前記第１乃至前記第６の光パルス信号と直線偏光を有するプローブ光とを前記光スイッチに集光し、前記光スイッチを透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する光学的手段であって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記第１の光パルス信号と前記第２の光パルス信号とが一致するか否かを示す光学的手段とを備え、
前記第４の光パルス信号と前記第５の光パルス信号と前記第６の光パルス信号とにより、前記光スイッチ内に励起された前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくすることを特徴とする全光論理演算装置。
【請求項２４】
前記プローブ光は、ＣＷ光であることを特徴とする請求項１７ないし２３のいずれかに記載の全光論理演算装置。
【請求項２５】
前記光スイッチは、多重量子井戸層からなることを特徴とする請求項１７ないし２３のいずれかに記載の全光論理演算装置。
【請求項２６】
前記光スイッチは、量子ドット構造からなることを特徴とする請求項１７ないし２３のいずれかに記載の全光論理演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全光論理演算方法およびその装置に関し、より詳細には、大容量光通信および光コンピューティングにおける信号処理に適用される全光論理演算方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のコンピュータは、電気信号を処理する電子回路によって構成されている。従って、電子の移動速度に限界があることから、動作速度の向上は、いずれ限界に達すると考えられている。そこで、光信号を処理する光コンピュータの研究が行われている。現在、光コンピュータの実用化に向けて、光コンピュータを構成する全光論理演算回路の小型化、低消費電力化が検討されている。
【０００３】
例えば、光信号により、排他的論理和（ＥＯＲ：Exclusive-OR）を実現する方法として、半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を備えた２つの光導波路からなるマッハツェンダ干渉計が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
図１に、従来のＳＯＡを用いた排他的論理和を実現する演算回路を示す。光信号１と光信号２とは、それぞれ分波器１１，１２で２つに分波され、干渉計の２つの光導波路に置かれたＳＯＡ１５およびＳＯＡ１６に、それぞれ合波器１３，１４を介して入力される。光信号１はＳＯＡ１５に時刻ｔに、ＳＯＡ１６に時刻ｔ＋Δｔに入力され、光信号２はＳＯＡ１６に時刻ｔに、ＳＯＡ１５に時刻ｔ＋Δｔに入力される。ＳＯＡ１５，１６は、光信号のビットが「１」（以下、本明細書では光パルスが有る状態をいう）の場合には利得が変化し、光信号のビットが「０」（以下、本明細書では光パルスが無い状態をいう）の場合には利得は変化しない。時刻ｔにおいて、光信号１と光信号２とが、それぞれＳＯＡ１５とＳＯＡ１６とに入力した際、光信号が「１」の場合にはそれぞれのＳＯＡの利得が変化する。利得の変化によって、光カプラ１７を介してＳＯＡ１５，１６に入力されたＣＷ光の位相は、πラジアン変化する。
【０００５】
光信号１が「１」であり、光信号２が「０」である場合、ＳＯＡ１５のみ利得が変化するので、ＳＯＡ１５を通過するＣＷ光１とＳＯＡ１６を通過するＣＷ光２に位相差が生じる。その結果、光カプラ１８でスイッチングが行われ、ＥＯＲ出力ポートに光が出力される。光信号１が「０」であり、光信号２が「１」である場合も、ＳＯＡ１６のみ利得が変化するので、ＣＷ光１とＣＷ光２に位相差が生じ、ＥＯＲ出力に光が出力される。一方、光信号１と光信号２のビットが同じ場合、ＣＷ光１とＣＷ光２間に位相差は生じないので、光カプラ１８でスイッチングは行われず、ＥＯＲ出力ポートに光は出力しない。
【０００６】
次に、時刻ｔ＋Δｔに、ＳＯＡ１６には光信号１が、ＳＯＡ１５には光信号２が入力される。光信号１と光信号２のビットが異なる場合でも、同じ場合でも、ＳＯＡ１５とＳＯＡ１６の利得変化量が同じとなるため、ＣＷ光１とＣＷ光２間の位相差はゼロとなる。従って、Δｔの間隔で入力する光信号に対して、全光ＥＯＲ論理動作を行うことができる。しかしながら、２つのＳＯＡを使用するため、２つのＳＯＡが同じ利得特性を有する必要があり、ＳＯＡに流す電流を精密に制御する必要が生じるという問題があった。
【０００７】
一方、多重量子井戸層内でのスピン分極を利用した方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。光入力により多重量子井戸内にキャリアが励起されると、スピンに依存する位相空間フィリングとスピンに依存しないクーロン相互作用とにより、励起子吸収飽和が生じる。そのため、内部に励起されたキャリアのアップスピンとダウンスピンの数に差が生じると、直線偏光（直線偏光は右回りと左回り円偏光の合波）のプローブ光の右回りおよび左回り円偏光成分のそれぞれが、スピンに依存する位相空間フィリングにより異なる可飽和吸収効果を受けるため、直線偏光のプローブ光は、楕円偏光に変化して光スイッチから反射される。よって、入力プローブ光偏波と直交したポラライザを出力側に設置すると、アップスピンとダウンスピンのキャリア数が同じ場合には、プローブ光は出力されないが、その数に違いがあるときは、プローブ光はポラライザを通過して出力されるようになる。
【０００８】
図２に、従来の多重量子井戸構造面型スイッチを用いた排他的論理和を実現する演算回路を示す。直交した直線偏光を有する２つの光信号１および光信号２は、反射ミラー３１と偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２とにより合波され、λ／４板３３で互いに逆の円偏光の信号光に変換される。円偏光の光信号１と逆の円偏光の光信号２とは、レンズ３４を介して、多重量子井戸構造面型スイッチ３５上に同時に入射される。また、プローブ光もＰＢＳ３２とレンズ３４とを介して、多重量子井戸構造面型スイッチ３５上に入射される。
【０００９】
円偏光の光信号１と逆の円偏光の光信号２とが入射されると、アップスピンとダウンスピンとがそれぞれ励起され、両者が同じビットの光信号である場合は、内部のスピンのバランスが常に保たれる。このため、プローブ光は、常に直線偏光のまま反射されるため、ＰＢＳ３２でカットされて光出力は得られない。一方、両者が異なるビットの光信号である場合には、スピンのバランスは崩れ、プローブ光出力が得られる。
【００１０】
このようにして、全光ＥＯＲ論理動作を実現できるが、スピン分極が生じた場合、スピンが緩和するのに６０ｐｓ程度の時間が必要である。従って、次の入力光信号に対して全光ＥＯＲ論理動作を行うためには、６０ｐｓ以上の間隔で光信号を入力する必要があり、高速動作という点で問題があった。
【００１１】
また、全光ＯＲ論理動作を実現する方法として、１つのＳＯＡに制御光、光信号１および光信号２を入力し、相互位相変調を用いて演算を行う方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。この方法は、相互位相変調を用いて、光信号１および光信号２の出力ポートをそれぞれ変化させ、２つの出力ポートの一部からの出力信号同士を合波することによって演算を行う。しかしながら、装置が複雑で大型となり、また、ＳＯＡへの大きな注入電流が必要となる。さらに動作速度は、キャリア寿命によって決まるので、超高速動作が困難であるという問題があった。
【００１２】
さらに、全光ＮＡＮＤ論理動作を実現する方法として、半導体マイクロリング共振器を用いた方法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。光信号１と光信号２とを、半導体マイクロリング共振器に入力すると、二光子吸収によりキャリアが発生する。共振器導波路内の屈折率は、キャリア数に依存して変化するため、光信号１と光信号２が共に「１」の時のみ、十分なキャリアが発生する。この屈折率の変化により、プローブ光の透過率が減少することを利用して、ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。しかしながら、動作時間はキャリア寿命で決まるため、超高速動作が困難であるという問題があった。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−４９７９９号公報
【非特許文献１】R.P.Webb, et al., ”40Gbit/s all-optical XOR gate based on hybrid-integrated Mach-Zehnder interferometer”, Electronics Letters, vol.39, no.1, pp.79-81, 2003
【非特許文献２】D.Tsiokos, et al., ”10-Gb/s all-optical half-adder with interferometric SOA gates”, IEEE Photonics Technology Letters, vol.16, no.1, pp.284-286, 2004
【非特許文献３】T.A.Ibrahim, et al., ”Photonic AND/NAND logic gates suign semiconductor microresonators”, IEEE LEOS, vol.1, pp.283-284, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、従来の全光論理演算回路は、小型化、低消費電力、超高速動作の面で、十分に満足できる性能を有していない。また、回路の動作において、精密な調整が必要であるといった問題も残されている。さらに、全光ＮＯＴ論理演算、全光一致論理演算を行う小型で超高速動作が可能な回路は実現されていない。
【００１５】
本発明の目的は、上述の課題を解決して、電流制御を必要としない、超高速動作が可能なビット毎の全光論理演算を実現する全光論理演算方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の全光論理演算方法は、複数の円偏光の光パルス信号を多重量子井戸層内に入射し、前記円偏光の光パルス信号の偏光状態により、それぞれ任意の数のアップスピンとダウンスピンとを同時に励起させる第１ステップと、直線偏光を有するプローブ光を前記多重量子井戸層内に入射する第２ステップと、前記多重量子井戸層を透過した前記プローブ光のうち、前記直線偏光と直交する直線偏光成分のみを出力する第３ステップであって、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じて楕円偏光に変化したプローブ光を一部出力し、前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数との間に差が生じないで直線偏光のままのプローブ光を出力しないことにより、プローブ光の出力パルスの有無により、前記光パルス信号の論理演算結果を示す第３ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載の全光論理演算方法において、入射した前記円偏光の光パルス信号のそれぞれに対して、逆向きの円偏光状態の光パルス信号を、任意の時間をおいて前記多重量子井戸層内に入射し、前記多重量子井戸層内に励起されている前記アップスピンのキャリアの数と前記ダウンスピンのキャリアの数とを等しくする第４ステップをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、数ｎｓ程度であるキャリアの寿命や数十ｐｓ程度であるスピンの緩和時間に影響を受けることなく、超高速動作が可能なビット毎の全光論理演算を実現することが可能となる。
【００１９】
また、本発明によれば、ＳＯＡのように電流制御を必要としないため、高効率かつ低消費電力全光論理演算装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、多重量子井戸層または量子ドット構造内（以下、多重量子井戸層とのみ記載する）において、右回りの円偏光状態を有する光パルスと左回りの円偏光状態を有する光パルスとでは、励起するキャリアのスピン状態が異なることを利用している。論理演算結果は、その異なるスピン状態にあるキャリアの数の差により生じる。そして、論理演算結果は、直線偏光で多重量子井戸層内に入射したプローブ光の偏光状態の変化の有無によって示される。
【００２１】
多重量子井戸層に右円偏光光パルスが入射すると、一方のスピンキャリアのみを励起する。右円偏光成分と左円偏光成分との和である直線偏光のプローブ光は、キャリアスピンに依存する位相空間フィリング現象による吸収飽和と屈折率変化の影響を、右円偏光成分のみを受ける。このため、プローブ光は、直線偏光から楕円偏光へと変化する。一方、多重量子井戸層内に同じエネルギーを有する右円偏光光パルスと左円偏光光パルスの両方が入射すると、アップスピンキャリアとダウンスピンキャリアが同程度励起されるため、プローブ光の左右の円偏光成分は、同程度の吸収飽和と屈折率変化の影響を受けるため、その偏光状態を変えない。また、光パルスが入射しない場合も、プローブ光は偏光状態を変えない。このように、プローブ光の偏光状態は、トータルのキャリア数ではなく、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の差にのみ反応して変化する。従って、光信号に対して数百ｆｓ程度の極めて高速な論理演算を実現することができる。
【００２２】
さらに、論理演算を行う光信号を入射後、任意時間Δｔの間隔で、入射した光信号と同じビットで逆の円偏光光信号を入力する。これにより、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の整合をとることで、任意時間Δｔの間隔で、超高速な繰り返し演算を行うことができる。
【００２３】
（ＥＯＲ論理演算）
上述したように、多重量子井戸構造面型スイッチを用いて排他的論理和を実現することができる。しかしながら、スピン分極が生じた場合、スピンが緩和するのに６０ｐｓ程度の時間が必要である。そこで、Δｔの時間後、光信号１により生じたダウンスピン（アップスピン）とアップスピン（ダウンスピン）の差を補償するために、光信号１と同じビットで逆の円偏光の光信号３を、多重量子井戸層内に入射する。同じく光信号２により生じたアップスピン（ダウンスピン）とダウンスピン（アップスピン）の差を補償するために、光信号２と同じビットで逆の円偏光の光信号４を、多重量子井戸層内に入射する。すると、多重量子井戸層内では、スピンのバランスがとれた状態となり、次の光信号１’と光信号２’に対するＥＯＲ論理演算が可能となる。この方法によれば、キャリアライフタイムやスピン緩和時間によらず、任意のΔｔの時間間隔で、繰り返し２つの光信号のＥＯＲ論理演算が可能となる。
【００２４】
（ＯＲ論理演算）
ＯＲ論理演算を実現するためには、円偏光の光信号１と光信号１と同じ円偏光の光信号２とを多重量子井戸層に入射し、お互いに同じスピン（アップスピンまたはダウンスピン）を励起させる。光信号１と光信号２のビットが共に「０」の信号である場合には、内部のスピンのバランスは保たれているため、プローブ光の偏光状態は直線偏光のまま変化しない。両者の信号のビットが異なる場合、または共に「１」である場合には、多重量子井戸層内では一方のスピン（アップスピンまたはダウンスピン）のみが励起されるので、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。
【００２５】
低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳは、キャリアライフタイムが２５０ｆｓと極めて短いため、２５０ｆｓの間隔で、次の光信号が入力した場合でも、次の２つの光信号に対するＯＲ論理演算が可能である。一方、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープの多重量子井戸層からなる光スイッチを用いた場合、キャリアライフタイムが数ｎｓと長いので、ＯＲ論理演算の繰り返し速度は、６０ｐｓのスピン緩和時間に律速されてしまう。
【００２６】
そこで、光信号１および光信号２が多重量子井戸層内に入射してからΔｔの時間後、光信号１により生じたダウンスピン（アップスピン）とアップスピン（ダウンスピン）の差を補償するため、光信号１と同じビットで逆の円偏光の光信号３を、多重量子井戸層内に入射する。同じく光信号２により生じたダウンスピン（アップスピン）とアップスピン（ダウンスピン）の差を補償するため、光信号２と同じビットで逆の円偏光の光信号４を、多重量子井戸層に入射する。すると、多重量子井戸層内では、スピンのバランスがとれた状態となり、次の光信号１’と光信号２’に対するＯＲ論理演算が可能となる。この方法によれば、キャリアライフタイムやスピン緩和時間によらず、任意のΔｔの時間間隔で、繰り返し２つの光信号のＯＲ論理演算が可能となる。
【００２７】
（ＮＯＴ論理演算）
ＮＯＴ論理演算を実現するためには、円偏光の光信号１と、光信号１と逆の円偏光で常に「１」の光信号２とを多重量子井戸層に入射し、お互いに反対のスピンを励起させる。光信号１が「１」である場合には、内部のスピンのバランスは保たれているため、プローブ光の偏光状態は直線偏光のまま変化しない。光信号１が「０」である場合には、多重量子井戸層内では光信号２によって励起されたスピン（アップスピンまたはダウンスピン）のみが励起されている状態となるため、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。
【００２８】
低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳは、キャリアライフタイムが２５０ｆｓと極めて短いため、２５０ｆｓの間隔で、次の光信号が入力した場合にも、次の光信号に対するＮＯＴ論理演算が可能である。一方、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープの多重量子井戸層からなる光スイッチを用いた場合、キャリアライフタイムが数ｎｓと長いので、ＮＯＴ論理演算は、６０ｐｓのスピン緩和時間に律速されてしまう。
【００２９】
そこで、光信号１および光信号２が多重量子井戸層内に入射してからΔｔの時間後、光信号１により生じたダウンスピンとアップスピンの差を補償するため、光信号１と同じビットで逆の円偏光の光信号３を、多重量子井戸層内に入射する。同じく光信号２により生じたアップスピンとダウンスピンの差を補償するため、光信号２と同じビットで逆の円偏光の光信号４を、多重量子井戸層に入射する。すると、多重量子井戸層内では、スピンのバランスがとれた状態となり、次の光信号１’に対するＮＯＴ論理演算が可能となる。この方法によれば、キャリアライフタイムやスピン緩和時間によらず、任意のΔｔの時間間隔で、繰り返しＮＯＴ論理演算が可能となる。
【００３０】
（一致論理演算）
一致論理演算を実現するためには、円偏光の光信号１と、光信号１と同じ円偏光の光信号２と、光信号１と反対の円偏光で常に「１」の光信号３とを多重量子井戸層に入射する。光信号１と光信号２とは、それぞれ同数のダウンスピン（またはアップスピン）を励起し、光信号３は、光信号１により励起されたスピンと同数のアップスピン（またはダウンスピン）を励起する。光信号１と光信号２のどちらか一方のみが「１」の信号である場合には、光信号１または光信号２により励起されたダウンスピン（またはアップスピン）の数と、光信号３スピンにより励起されたアップスピン（またはダウンスピン）のバランスは保たれているため、プローブ光の偏光状態は直線偏光のまま変化しない。光信号１と光信号２の信号が共に「１」である場合には、励起されたダウンスピン（またはアップスピン）の数がアップスピン（またはダウンスピン）の数の２倍となるため、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。また、光信号１と光信号２の信号が共に「０」である場合には、多重量子井戸層内ではアップスピン（またはダウンスピン）のみが励起されている状態となるため、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。
【００３１】
低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳは、キャリアライフタイムが２５０ｆｓと極めて短いため、２５０ｆｓの間隔で、次の光信号が入力した場合でも、次の光信号に対する一致論理演算が可能である。一方、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープの多重量子井戸層からなる光スイッチを用いた場合、キャリアライフタイムが数ｎｓと長いので、一致論理演算の繰り返し速度は、６０ｐｓのスピン緩和時間に律速されてしまう。
【００３２】
そこで、光信号１と光信号２と光信号３とが多重量子井戸層内に入射してからΔｔの時間後、光信号１により生じたダウンスピンとアップスピンの差を補償するため、光信号１と同じビットで逆の円偏光の光信号４を、多重量子井戸層に入射する。同じく光信号２により生じたダウンスピンとアップスピンの差を補償するため、光信号２と同じビットで逆の円偏光の光信号５を、多重量子井戸層に入射する。同じく光信号３により生じたアップスピンとダウンスピンの差を補償するため、光信号３と同じ「１」で逆の円偏光の光信号６を、多重量子井戸層に入射する。すると、多重量子井戸層内では、スピンのバランスがとれた状態となり、次の光信号１’と光信号２’に対する一致論理演算が可能となる。この方法によれば、キャリアライフタイムやスピン緩和時間によらず、任意のΔｔの時間間隔で、繰り返し２つの光信号の一致論理演算が可能となる。
【００３３】
（ＮＡＮＤ論理演算）
ＮＡＮＤ論理演算を実現するためには、円偏光の光信号１と、光信号１と同じ円偏光の光信号２と、光信号１と反対の円偏光で常に「１」の光信号３とを多重量子井戸層に入射する。光信号１と光信号２とが共に「１」である場合には、それぞれ同数のダウンスピン（またはアップスピン）を励起する。光信号３は、ビット「１」の光信号１により励起されたスピンの２倍の数のアップスピン（またはダウンスピン）を励起する。光信号１と光信号２とが共に「１」である場合には、光信号１と光信号２により励起されたダウンスピン（またはアップスピン）の数と光信号３により励起されたアップスピン（またはダウンスピン）の数のバランスは保たれているため、プローブ光の偏光状態は直線偏光のまま変化しない。
【００３４】
光信号１と光信号２の一方のみが「１」である場合には、励起されたダウンスピン（またはアップスピン）の数は、光信号３により励起されたアップスピン（またはダウンスピン）の数の半分となるため、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。また、光信号１と光信号２が共に「０」である場合には、多重量子井戸層内ではアップスピン（またはダウンスピン）のみが励起されている状態となるため、スピンのバランスは崩れ、プローブ光の偏光状態は楕円偏光へと変化する。
【００３５】
低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチＬＯＴＯＳは、キャリアライフタイムが２５０ｆｓと極めて短いため、２５０ｆｓの間隔で、次の光信号が入力した場合でも、次の３つの光信号に対するＮＡＮＤ論理演算が可能である。一方、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープの多重量子井戸層からなる光スイッチを用いた場合、キャリアライフタイムが数ｎｓと長いので、ＮＡＮＤ論理演算の繰り返し速度は、６０ｐｓのスピン緩和時間に律速されてしまう。
【００３６】
そこで、光信号１と光信号２と光信号３とが多重量子井戸層内に入射してからΔｔの時間後、光信号１により生じたダウンスピンとアップスピンの差を補償するため、光信号１と同じビットで逆の円偏光の光信号４を、多重量子井戸層に入射する。同じく光信号２により生じたダウンスピンとアップスピンの差を補償するため、光信号２と同じビットで逆の円偏光の光信号５を、多重量子井戸層に入射する。同じく光信号３により生じたアップスピンとダウンスピンの差を補償するため、光信号３と同じ「１」で逆の円偏光の光信号６を、多重量子井戸層に入射する。すると、多重量子井戸層内では、スピンのバランスがとれた状態となり、次の光信号１’と光信号２’に対するＮＡＮＤ論理演算が可能となる。この方法によれば、キャリアライフタイムやスピン緩和時間によらず、任意のΔｔの時間間隔で、繰り返し２つの光信号のＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【実施例１】
【００３７】
（ＥＯＲ論理演算）
図３に、本発明の実施例１にかかるＥＯＲ論理演算の基本構成を示す。光信号１〜４およびプローブ光は、集光レンズ５１を介して、光スイッチ５２に入力される。光スイッチ５２から出力されたプローブ光は、集光レンズ５３を介して、ポラライザ５４に入力される。
【００３８】
図４、図５、図６を参照して、ＥＯＲ論理演算の動作原理を説明する。電子および正孔は、１つのエネルギー状態に対し、アップスピン（図４では上向の矢印で示す）とダウンスピン（図４では下向の矢印で示す）の２つの状態が縮退して存在する。今、電子−重い正孔の励起子遷移に信号光の波長を合わせ、多重量子井戸層からなる光スイッチ５２に入射する。このとき、円偏光の信号光が入射した場合には一方のスピンのみを、逆の円偏光の信号光が入射した場合には他方のスピンを励起することになる。
【００３９】
円偏光の光信号１で一方のスピン（図４はダウンスピンの場合を示す）のみを励起した場合には、直線偏光（直線偏光は右回りと左回りの円偏光の合波）のプローブ光のうち、そのスピンと相互作用のある円偏光成分のみ、つまり光信号１と同じ円偏光状態を有する成分のみが、位相空間フィリングによる可飽和吸収効果の影響を受ける。すなわち、直線偏光のプローブ光を入射すると、信号光と同じ円偏光成分のみが、信号光により変調を受けることになる。光スイッチ５２を透過したプローブ光は、楕円偏光となるため、一部がポラライザ５４を通過して出力される。このとき、光スイッチ５２に入射される前のプローブ光と直交する直線偏光成分を有する光のみを通す。
【００４０】
励起されたダウンスピンのキャリアは、数１０ｐｓのスピン緩和時間でアップスピンへ移行するため、時間が経つと共にアップスピンとダウンスピンの数の差が小さくなっていく。プローブ光のポラライザ５４の透過率は、アップスピンとダウンスピンの数の差に比例するので、光信号１の入射によりプローブ光透過率は上昇し、励起されたスピンキャリアの緩和に伴いプローブ光透過率は減少する。ここで、光信号１から時間Δｔ遅れて、この時点におけるアップスピンとダウンスピンの差分だけダウンスピンのみを励起させるエネルギーを有し、光信号１と逆の円偏光の光信号３を光スイッチ５２に入射する。すると、アップスピンとダウンスピンが同数存在することとなり、位相空間フィリングによる可飽和吸収効果は、直線偏光プローブ光の右回りと左回りの両方の円偏光成分に同等に作用する。従って、プローブ光は、偏光状態を変えることなく光スイッチ５２を通過し、ポラライザ５４でカットされて出力しない。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、光信号１の入力によりアップスピンとダウンスピンのバランスが崩れ、プローブ光が出力するが、任意の時間Δｔ後に、光信号３の入力により両スピンの数が同程度となることにより、プローブ光は出力しなくなる。
【００４２】
同様に、光信号１と逆の円偏光の光信号２を光スイッチ５２に入射し、光信号１で励起したスピンとは逆のスピン（図５はアップスピンの場合を示す）のみを励起した場合にも、プローブ光が出力する。任意の時間Δｔ後に、光信号２と逆の円偏光の信号光４を光スイッチ１２に入射し、この時点におけるアップスピンとダウンスピンの差分だけアップスピンのみを励起させると、両スピンの数が同程度となるため、プローブ光は出力しなくなる。
【００４３】
図３に示すように、同等の光パルスエネルギーを有する光信号１と光信号２とが、同時に光スイッチ５２に入射された場合には、図６に示したように、アップスピンとダウンスピンが同等数同時に励起されるため、プローブ光は出力しない。一方、光信号１または光信号２の一方のみが入力した場合には、スピンのバランスは崩れ、プローブ光が出力する。しかし、スピンのバランスが崩れた場合でも、任意の時間Δｔ後に、光信号１と同じビットの光信号３と、光信号２と同じビットの光信号４とが光スイッチ１２に入力することにより、両スピンの数の整合がとれた状態となるため、プローブ光は出力しなくなる。
【００４４】
このようにして、図３に示した構成により、図７に示したＥＯＲ論理動作を実現することができる。このとき、光スイッチ５２内部のトータルキャリア数は、ナノ秒の再結合寿命を有するため、次第に蓄積されていくこととなる。しかし、プローブ光の透過率は、トータルのキャリア数ではなく、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の差にのみ反応して変化するため、キャリアの寿命やスピンの緩和時間に関係なく、超高速動作をさせることが可能となる。さらに、時間Δｔは、スピンが励起される時間にまで短くすることができるので、超高速で繰り返し演算を行うことができる。
【実施例２】
【００４５】
（ＮＯＴ論理演算）
図８に、本発明の実施例２にかかるＮＯＴ論理演算の基本構成を示す。光信号１〜４およびプローブ光は、集光レンズ６１を介して、光スイッチ６２に入力される。光スイッチ６２から出力されたプローブ光は、集光レンズ６３を介して、ポラライザ６４に入力される。
【００４６】
図９を参照して、ＮＯＴ論理演算の動作原理を説明する。実施例１に示した全光論理演算回路において、光信号２を常に「１」として、光スイッチ６２に入射することにより、必ず一方のスピン（図９はアップスピンの場合を示す）は励起される。ここで、光信号１が「１」の場合には、光信号１が光スイッチに入射されると、光信号２が励起したスピンと反対のスピン（図９はダウンスピンの場合を示す）が励起され、アップスピンとダウンスピンの数が同程度となる。プローブ光は、直線偏光のまま光スイッチ６２を通過するため、ポラライザ６４でカットされて出力しない。つまり、プローブ光は「０」となり、光信号１のビットと反対になる。一方、光信号１が「０」の場合、光信号１によるスピンの励起が生じないため、光スイッチ６２においてアップスピンとダウンスピンの数のバランスが崩れた状態となる。プローブ光は、直線から楕円偏光へと変換され一部が光スイッチ６２を通過するため、ポラライザ６４から出力される。つまり、プローブ光は「１」となり、光信号１のビットと反対になる。
【００４７】
このようにして、図８に示した構成により、図１０に示したＮＯＴ論理動作を実現することができる。ＮＯＴ論理演算は、実施例１に記載したように、キャリアの寿命やスピンの緩和時間に関係なく、超高速に動作することができる。さらに、実施例１に記載したように、任意の時間Δｔ後に、光信号３と光信号４とを光スイッチ６２に入力することにより、両スピンの数の整合がとれた状態とすることで、超高速で繰り返し演算を行うことができる。
【実施例３】
【００４８】
（ＮＯＴ論理演算）
図８の光スイッチ６２として、最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ、両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（以下、ＬＯＴＯＳという）を用いる。
【００４９】
図１１を参照して、ＮＯＴ論理演算の動作原理を説明する。光信号１が「１」の場合には、ＬＯＴＯＳ内に励起されるアップスピンの数とダウンスピンの数は同程度であるため、プローブ光は出力しない。一方、光信号１が「０」の場合には、ＬＯＴＯＳ内には光信号２により一方のスピンのみ励起（図１１はアップスピンの場合を示す）されるので、アップスピンとダウンスピンの数のバランスが崩れ、プローブ光がポラライザ６４から出力される。しかし、ＬＯＴＯＳのキャリアライフタイムは、２５０ｆｓと極めて短いため、光信号１と光信号２の入力から２５０ｆｓ後には両スピンの数はゼロとなっているため、プローブ光の透過率はゼロとなる。従って、励起されたスピンの数の整合をとるために、図８に示した光信号３および光信号４を入力しなくても、２５０ｆｓの繰り返し間隔で全光ＮＯＴ論理演算が可能となる。
【実施例４】
【００５０】
（ＯＲ論理演算）
図１２に、本発明の実施例４にかかるＯＲ論理演算の基本構成を示す。光信号１〜４およびプローブ光は、集光レンズ１０１を介して、光スイッチ１０２に入力される。光スイッチ１０２から出力されたプローブ光は、集光レンズ１０３を介して、ポラライザ１０４に入力される。
【００５１】
図１３を参照して、ＯＲ論理演算の動作原理を説明する。円偏光の光信号１が光スイッチ１０２に入射すると、実施例１で記載したように、一方のスピンのみ（図１３はダウンスピンの場合を示す）が励起される。ここで、光信号１と同等の光パルスエネルギーを有し、かつ同じ円偏光の光信号２が入射すると、光信号２も光信号１と同じ数で同じスピン（図１３はダウンスピンの場合を示す）を励起する。光信号１または光信号２のいずれか、または両方が「１」である場合には、片方のスピンのみが励起された状態となるため、アップスピンとダウンスピンの数のバランスが崩れ、プローブ光がポラライザ１０４から出力される。一方、光信号１および光信号２が共に「０」である場合には、アップスピンもダウンスピンも励起されていない状態となるため、プローブ光はポラライザ１０４から出力されない。
【００５２】
このようにして、図１２に示した構成により、図１４に示したＯＲ論理動作を実現することができる。ここで、実施例１に記載したように、光信号１から任意時間Δｔ遅れて、光信号１と同じビットで逆の円偏光の信号光３と、光信号２と同じビットで逆の円偏光の信号光４とを、図１２に示した光スイッチ１０２に入射する。任意の時間Δｔ後に、光信号３の入力により光信号１の入力により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差が補償される。同じく、光信号４の入力により光信号２の入力により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差が補償される。従って、両スピンの数が同程度となるため、プローブ光は出力しなくなる。
【００５３】
このとき、光スイッチ１０２の内部のトータルキャリア数は、ナノ秒の再結合寿命を有するため、次第に蓄積されていくこととなる。しかし、プローブ光の透過率はトータルのキャリア数ではなく、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の差にのみ反応して変化するため、キャリアの寿命やスピンの緩和時間に関係なく、超高速動作をさせることが可能となる。さらに、時間Δｔは、スピンが励起される時間にまで短くすることができるので、超高速で繰り返し演算を行うことができる。
【実施例５】
【００５４】
（ＯＲ論理演算）
図１２の光スイッチ１０２として、最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ、両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。
【００５５】
光信号１と光信号２を光スイッチＬＯＴＯＳに入力すると、実施例３に記載したように、ＬＯＴＯＳのキャリアライフタイムは２５０ｆｓと極めて短いため、励起されたスピンの数の整合をとるため、光信号３および光信号４を入力する必要はない。従って、２５０ｆｓの繰り返し間隔で全光ＯＲ論理演算が可能となる。
【実施例６】
【００５６】
（一致論理演算）
図１５に、本発明の実施例６にかかる一致論理演算の基本構成を示す。光信号１〜４およびプローブ光は、集光レンズ１３１を介して、光スイッチ１３２に入力される。光スイッチ１３２から出力されたプローブ光は、集光レンズ１３３を介して、ポラライザ１３４に入力される。
【００５７】
図１６を参照して、一致論理演算の動作原理を説明する。円偏光の光信号１と、光信号１と同じ円偏光で同じ光パルスエネルギーを持つ光信号２と、光信号１と逆の円偏光で同じ光パルスエネルギーを持ち、常に「１」である光信号３とを、光スイッチ１３２に入射する。実施例１に記載しているように、光信号１により一方のスピン（図１６はダウンスピンの場合を示す）のみを励起する。また、光信号２も、光信号１と同じ方向のスピンを励起する。一方、光信号３は、光信号１と反対のスピン（図１６はアップスピンの場合を示す）を励起する。
【００５８】
光信号１と光信号２のどちらか一方のみが「１」の場合には、同程度の数のアップスピンとダウンスピンが励起されるため、スピンの数のバランスはとれた状態となり、プローブ光はポラライザ１３４から出力されない。一方、光信号１と光信号２が共に「０」の場合には、光信号３のみにより一方のスピンのみが励起された状態となるため、スピンの数のバランスは崩れた状態となり、プローブ光はポラライザ１３４から出力される。また、光信号１と光信号２が共に「１」であり、かつ光信号３と同じ光パルスエネルギーを持つ場合には、光信号１と光信号２により励起された一方のスピンの数は、光信号３により励起された反対のスピンの数の２倍程度となるため、アップスピンとダウンスピンの数のバランスは崩れた状態となるため、プローブ光はポラライザ１３４から出力される。
【００５９】
このようにして、図１５に示した構成により、図１７に示した一致論理動作を実現することができる。ここで、実施例１に記載したように、光信号１から任意時間Δｔ遅れて、光信号１と同じビットで逆の円偏光の信号光４と、光信号２と同じビットで逆の円偏光の信号光５と、光信号３と同じ「１」での逆の円偏光の信号光６とを、光スイッチ１３２に入射する。この時点で、光信号４は、光信号１により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償し、光信号５は、光信号２により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償し、光信号６は、光信号３により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償する。よって、両スピンの数が同程度となるため、プローブ光はポラライザ１３４から出力しなくなる。
【００６０】
また、光信号の入力により光スイッチ１３２の内部のトータルキャリア数は、ナノ秒の再結合寿命を有するため、次第に蓄積されていくこととなる。しかし、プローブ光のポラライザ１３４における透過率は、トータルのキャリア数ではなく、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の差にのみ反応して変化するため、キャリアの寿命やスピンの緩和時間に関係なく、超高速動作をさせることが可能となる。さらに、時間Δｔは、スピンが励起される時間にまで短くすることができるので、超高速で繰り返し演算を行うことができる。
【実施例７】
【００６１】
（一致論理演算）
図１５の光スイッチ１３２として、最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ、両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。
【００６２】
光信号２を光信号１と同じ円偏光で、光信号３を光信号１と逆の円偏光で光スイッチＬＯＴＯＳに入力した場合には、実施例３に記載したように、ＬＯＴＯＳのキャリアライフタイムは２５０ｆｓと極めて短いため、励起されたスピンの数の整合をとるため、光信号４、光信号５および光信号６を入力する必要はない。従って、２５０ｆｓの繰り返し間隔で全光一致論理演算が可能となる。
【実施例８】
【００６３】
（ＮＡＮＤ論理演算）
実施例６に示した全光論理演算回路において、光信号３の光パルスエネルギーを光信号１および光信号２の２倍の値に設定した場合、プローブ光出力は、光信号１と光信号２のＮＡＮＤ論理演算結果を表す。図１８を参照して、ＮＡＮＤ論理演算の動作原理を説明する。円偏光の光信号１と、光信号１と同じ円偏光の光信号２と、光信号１と逆の円偏光で常に「１」であり、かつ光パルスエネルギーが光信号１の２倍である光信号３とを、光スイッチ１３２に入射する。実施例１に記載しているように、光信号１により一方のスピン（図１８はダウンスピンの場合を示す）のみを励起する。また、光信号２も、光信号１と同じ方向のスピンを励起する。一方、光信号３は光信号１と反対のスピン（図１８はアップスピンの場合を示す）を励起する。
【００６４】
光信号１と光信号２の両方が「１」の場合には、光信号１と光信号２により励起される一方のスピン（ダウンスピンの場合を図１６に示す）の数と光信号３により励起される逆のスピン（アップスピンの場合を図１６に示す）の数は同程度となるため、アップスピンとダウンスピンの数のバランスはとれた状態となり、プローブ光は直線偏光のまま光スイッチ１３２を通過するため、ポラライザ１３４でカットされ出力しない。
【００６５】
一方、光信号１と光信号２が共に「０」の場合には、光信号３のみにより一方のスピンのみが励起された状態となるため、スピンの数のバランスは崩れた状態となる。プローブ光は、直線から楕円偏光へと変換されて光スイッチ１３２を通過するため、一部がポラライザ１３４から出力される。また、光信号１と光信号２のいずれかが「１」の場合には、光信号１と光信号２により励起された一方のスピンの数は、光信号３により励起された反対のスピンの数の半分程度となるため、アップスピンとダウンスピンの数のバランスは崩れた状態であるため、プローブ光はポラライザ１３４から出力される。
【００６６】
このようにして、図１８に示した構成により、図１９に示したＮＡＮＤ論理動作を実現することができる。ここで、実施例６に記載したように、光信号１から任意時間Δｔ遅れて、光信号１と同じビットで逆の円偏光の信号光４と、光信号２と同じビットで逆の円偏光の信号光５と、光信号３と同じ「１」で逆の円偏光の信号光６とを、光スイッチ１３２に入射する。この時点で、光信号４は、光信号１により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償し、光信号５は、光信号２により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償し、光信号６は、光信号３により生じたアップスピンとダウンスピンの数の差を補償する。よって、両スピンの数が同程度となるため、プローブ光はポラライザ１３４から出力しなくなる。
【００６７】
また、光信号の入力により光スイッチ１３２の内部のトータルキャリア数は、ナノ秒の再結合寿命を有するため、次第に蓄積されていくこととなる。しかし、プローブ光のポラライザ１３４における透過率は、トータルのキャリア数ではなく、アップスピンとダウンスピンのキャリア数の差にのみ反応して変化するため、キャリアの寿命やスピンの緩和時間に関係なく、超高速動作をさせることが可能となる。さらに、時間Δｔは、スピンが励起される時間にまで短くすることができるので、超高速で繰り返し演算を行うことができる。
【実施例９】
【００６８】
（ＮＡＮＤ論理演算）
図１５の光スイッチ１３２として、最大動作速度２５０ｆｓであり、ヘビーホールバンドとライトホールバンドの縮退がとけ両者が完全に分離している２００℃低温成長のＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。
【００６９】
光信号２を光信号１と同じ円偏光で、光信号３を光信号１と逆の円偏光でかつ光信号１の２倍の光パルスエネルギーで、光スイッチＬＯＴＯＳに入力した場合には、実施例３に記載したように、ＬＯＴＯＳのキャリアライフタイムは２５０ｆｓと極めて短いため、励起されたスピンの数の整合をとるため、光信号４および光信号５および光信号６を入力する必要はない。従って、２５０ｆｓの繰り返し間隔で全光ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【実施例１０】
【００７０】
（ＥＯＲ論理演算）
図２０に、本発明の実施例１０にかかるＥＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。光信号１は分波器１８１−ａにより分波され、一方の光信号１は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８５を通過し、λ／４板１８６で円偏光に変換されて、面型光スイッチ１８９に入射される。他方の光信号１は、全反射ミラー１８２−ｂを介して遅延器１８３−ａに入力され、任意の時間Δｔ遅延される。他方の光信号１は、アッテネータ１８４−ａによりパワーを調整された後、ＰＢＳ１８５を通過し、−λ／４板１８７で光信号１とは逆の円偏光に変換され、光信号３として面型光スイッチ１８９に入射される。
【００７１】
光信号１と同じ円偏光で、同等の光パルスエネルギーを持つ光信号２は、分波器１８１−ｂにより分波され、一方の光信号２は、ＰＢＳ１８５を通過し、−λ／４板１８７で光信号１と逆の円偏光に変換されて、光信号１と同じタイミングで面型光スイッチ１８９に入射される。他方の光信号２は、全反射ミラー１８２−ａを介して遅延器１８３−ｂに入力され、任意の時間Δｔ遅延される。他方の光信号２は、アッテネータ１８４−ｂによりパワーを調整された後、ＰＢＳ１８５を通過し、λ／４板１８６で光信号１と同じ円偏光に変換されて、光信号３と同じタイミングで、光信号４として面型光スイッチ１８９に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ１８５、集光レンズ１８８を介して面型光スイッチ１８９に入射される。
【００７２】
このとき、面型光スイッチ１８９に入力する光信号１と光信号２のビットと光パルスエネルギーが等しい場合には、内部で励起されるスピンは同数となり、プローブ光は直線偏光のまま出力されるため、ＰＢＳ１８５でカットされて出力されない。一方、面型光スイッチ１８９に入力する光信号１と光信号２が異なる場合には、内部で励起されているスピンのバランスは崩れているため、プローブ光は楕円偏光となるため、一部がＰＢＳ１８５を通過して出力される。
【００７３】
時間Δｔ後、光信号３は、光信号１により励起状態にある一方のスピンの数と、光信号１により励起されたスピンの緩和により生じた逆のスピンの数との差を補償し、光信号４は、光信号２により励起状態にある一方のスピンの数と、光信号２により励起されたスピンの緩和により生じた逆のスピンの数との差を補償する。従って、両スピンの数のバランスがとれた状態となり、次の光信号１’と光信号２’に対するＥＯＲ論理演算が可能となる。
【実施例１１】
【００７４】
（ＥＯＲ論理演算）
図２１に、本発明の実施例１１にかかるＥＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。実施例１０に記載された演算装置では、光信号３と光信号４の遅延と強度とを別々に調整する必要がある。そこで、実施例１１では、同じ円偏光で同等の光パルスエネルギーを持つ光信号１と光信号２とをＰＢＳ１９１のそれぞれ別の面から入力させる。光信号１から分波された２つの直交する直線偏光の光信号は、それぞれＰＢＳ１９１の異なる面から出力し、光信号２から分波された２つの直交する直線偏光の光信号と同じ経路を通る。光信号３と光信号４の遅延と強度は、同一の遅延器１９３と同一のアッテネータ１９４により一度に調整できる。
【００７５】
ＰＢＳ１９１から出力され、同一経路を通る光信号１と光信号２とから分波された直線偏光光信号は、互いに直交する関係にある。ＰＢＳ１９１から出力した光信号１および光信号２からの一方の分波光は、合波器１９５を通り、λ／４板１９６により互いに反対の円偏光に変換された後、コーナーミラー１９７により反射され面型光スイッチ１９９に、同時に入射される。一方、ＰＢＳ１９１から出力した光信号１および光信号２からの他方の分波光は、全反射ミラー１９２−ｂを介して遅延器１９３に入力され、任意の時間Δｔ遅れて、アッテネータ１９４によりパワーを調整される。次に、λ／４板１９６により互いに反対の円偏光に変換され、光信号３および光信号４として面型光スイッチ１９９に同時に入射される。
【００７６】
プローブ光は、ＰＢＳ２００、集光レンズ１９８を介して、面型光スイッチ１９９に入射され、実施例１０と同様に、ＥＯＲ論理演算が可能となる。
【実施例１２】
【００７７】
（ＮＯＴ論理演算）
図２０および図２１に示した論理演算装置において、光信号２が常に「１」とすれば、ＮＯＴ論理演算装置を実現することができる。
【実施例１３】
【００７８】
（ＮＯＴ論理演算）
図２２に、本発明の実施例１３にかかるＮＯＴ論理演算装置の基本構成を示す。面型光スイッチとして、Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。光信号１は、全反射ミラー２０１を介して、ＰＢＳ２０２を通過する。光信号１は、λ／４板２０３で円偏光に変換されて、コーナーミラー２０７を介して面型光スイッチ２０５に入射される。常に「１」の光信号２は、ＰＢＳ２０２を通過し、λ／４板２０３で光信号１と逆の円偏光に変換されて、光信号１と同じタイミングで面型光スイッチ２０５に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２０６、集光レンズ２０４を介して、面型光スイッチ２０５に入射される。
【００７９】
このとき、面型光スイッチ２０５に入力する光信号１と光信号２のビットと光パルスエネルギーが等しい場合には、内部で励起されるスピンは同数となり、プローブ光は直線偏光のまま出力されるため、ＰＢＳ２０６でカットされて出力されない。一方、面型光スイッチ２０５に入力する光信号１が「０」である場合には、内部で励起されているスピンのバランスは崩れているため、プローブ光は楕円偏光となるため、一部がＰＢＳ２０６を通過して出力される。
【００８０】
時間２５０ｆｓ後、励起されているスピンの数がゼロとなるため、次の光信号に対する全光ＮＯＴ論理演算が可能となる。
【実施例１４】
【００８１】
（ＯＲ論理演算）
図２３に、本発明の実施例１４にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。同じ偏光を有し、同じ光パルスエネルギーを有する光信号１と光信号２とは、合分波器２１１により合波され、２つの光信号に分波される。一方は、ＰＢＳ２１５を通過し、λ／４板２１６で円偏光に変換されて、光信号１および光信号２として面型光スイッチ２１９に入射される。他方は、全反射ミラー２１２を介して遅延器２１３に入力され、任意の時間Δｔ遅延される。さらに、アッテネータ２１４によりパワーを調整された後、ＰＢＳ２１５を通過し、−λ／４板２１７で光信号１および光信号２とは逆の円偏光に変換され、光信号３および光信号４として面型光スイッチ２１９に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２１５、集光レンズ２１８を介して、面型光スイッチ２１９に入射される。
【００８２】
このとき、光信号１と光信号２が共に「０」の場合には、面型光スイッチ２１９の内部ではスピンは励起されないため、プローブ光は直線偏光のまま出力されるため、ＰＢＳ２１５でカットされて出力しない。一方、光信号１または光信号２のいずれか、または両方が「１」である場合には、面型光スイッチ２１９内部では一方のスピンのみ励起されるため、プローブ光は楕円偏光となるため、一部がＰＢＳ２１５を通過して出力される。
【実施例１５】
【００８３】
（ＯＲ論理演算）
図２４に、本発明の実施例１５にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。同じ円偏光を有し、同じ光パルスエネルギーを有する光信号１と光信号２とは、全反射ミラー２２１−ａ、ハーフミラー２２１−ｃにより合波され、ＰＢＳ２２２を通過し、互いに直交する２つの直線偏光の光信号に分波される。一方は、合波器２２５に入射し、λ／４板２２６で円偏光に変換され、コーナーミラー２２７を介して、光信号１および光信号２として面型光スイッチ２２９に入射する。他方は、ＰＢＳ２２２から全反射ミラー２２１−ｂを介して、遅延器２２３に入力され、任意の時間Δｔ遅延する。さらに、アッテネータ２２４によりパワーを調整された後、合波器２２５に入射する。そして、λ／４板２２６で光信号１および光信号２とは逆の円偏光に変換されて、コーナーミラー２２７を介して、光信号３および光信号４として面型光スイッチ２２９に入射する。また、プローブ光は、ＰＢＳ２３０、集光レンズ２２８を介して、面型光スイッチ２２９に入射される。
【００８４】
このとき、光信号１と光信号２が共に「０」の場合には、面型光スイッチ２２９の内部ではスピンは励起されないため、プローブ光は、直線偏光のまま出力されるため、ＰＢＳ２３０でカットされて出力しない。一方、光信号１または光信号２のいずれか、または両方が「１」である場合には、面型光スイッチ２２９内部では一方のスピンのみ励起されるため、プローブ光は楕円偏光となるため、一部がＰＢＳ２３０を通過して出力される。
【実施例１６】
【００８５】
（ＯＲ論理演算）
図２５に、本発明の実施例１６にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。面型光スイッチとして、Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。同じ偏光を有し、同等の光パルスエネルギーを有する光信号１および光信号２は、合波器２３１で合波され、λ／４板２３２で同じ円偏光に変換されて、コーナーミラー２３３を介して、面型光スイッチ２３５に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２３６、集光レンズ２３４を介して、面型光スイッチ２３５に入射される。
【００８６】
上述したように、光信号１と光信号２の全光ＯＲ論理演算結果は、ＰＢＳ２３６からのプローブ光をモニタすることにより得られる。時間２５０ｆｓ後、励起されているスピンの数がゼロとなるため、次の光信号に対する全光ＯＲ論理演算が可能となる。
【実施例１７】
【００８７】
（ＯＲ論理演算）
図２６に、本発明の実施例１７にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す。面型光スイッチとして、Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。同じ偏光を有し、同等の光パルスエネルギーを有する光信号１および光信号２は、合波器２４１で合波され、ＰＢＳ２４５を通過して、λ／４板２４２で同じ円偏光に変換されて、面型光スイッチ２４４に入射される。プローブ光は、ＰＢＳ２４５、集光レンズ２４３を介して、面型光スイッチ２４４に入射される。
【００８８】
上述したように、光信号１と光信号２の全光ＯＲ論理演算結果は、ＰＢＳ２４５からのプローブ光をモニタすることにより得られる。時間２５０ｆｓ後、励起されているスピンの数がゼロとなるため、次の光信号に対する全光ＯＲ論理演算が可能となる。
【実施例１８】
【００８９】
（一致論理運算）
図２７に、本発明の実施例１８にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す。同じ偏光を有し、同じ光パルスエネルギーを有する光信号１と光信号２とは、合波器２５１により合波され、ハーフミラー２５２−ａにより２つの光信号に分波される。一方は、ＰＢＳ２５６を通過し、λ／４板２５７で円偏光に変換されて、光信号１および光信号２として面型光スイッチ２６０に入射される。他方は、全反射ミラー２５３−ａを介して、遅延器２５４−ａに入力され、任意の時間Δｔ遅延される。さらに、アッテネータ２５５−ａによりパワーを調整された後、ＰＢＳ２５６を通過し、−λ／４板２５８で光信号１および光信号２とは逆の円偏光に変換されて、光信号４および光信号５として面型光スイッチ２６０に入射される。
【００９０】
光信号３は、ハーフミラー２５２−ｂにより２つの光信号に分波される。一方は、ＰＢＳ２５６を通過し、−λ／４板２５８で円偏光に変換されて、光信号３として面型光スイッチ２６０に入射される。他方は、全反射ミラー２５３−ｂを介して、遅延器２５４−ｂに入力され、任意の時間Δｔ遅延される。さらに、アッテネータ２５５−ｂによりパワーを調整された後、ＰＢＳ２５６を通過し、λ／４板２５７で光信号３とは逆の円偏光に変換されて、光信号６として面型光スイッチ２６０に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２５６、集光レンズ２５９を介して、面型光スイッチ２６０に入射される。
【００９１】
このとき、光信号１と光信号２が共に「０」、または「１」の場合には、面型光スイッチ２６０の内部では一方のスピンのみ励起されるため、プローブ光の偏光は楕円偏光に変化し、一部がＰＢＳ２５６を通過して出力される。一方、光信号１または光信号２のいずれかが「１」である場合には、面型光スイッチ２６０内部では両方のスピンが同程度励起されるため、プローブ光は直線偏光のまま反射されるため、ＰＢＳ２５６でカットされて出力しない。
【実施例１９】
【００９２】
（一致論理運算）
図２８に、本発明の実施例１９にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す。同じ偏光を有し、同じ光パルスエネルギーを有する光信号１と光信号２とは、合波器２６１により合波され、ＰＢＳ２６２により互いに直交する２つの直線偏光に分波される。一方は、全反射ミラー２６５−ｂを介して遅延器２６３に入力され、任意の時間Δｔ遅延される。さらに、アッテネータ２６４によりパワーを調整された後、合波器２６６により他方と合波される。その後、λ／４板２６７で遅延器２６３を通過しない光信号と通過した光信号とは互いに反対の円偏光に変換されて、コーナーミラー２６８を介して、面型光スイッチ２７０に入射される。
【００９３】
光信号３は、全反射ミラー２６５−ａを介して、ＰＢＳ２６２の光信号１とは異なる面に入射され、互いに直交する２つの直線偏光に分波される。光信号１の場合と同様にして、光信号３および光信号６として面型光スイッチ２７０に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２７１、集光レンズ２６９を介して、面型光スイッチ２７０に入射される。
【００９４】
このとき、光信号１と光信号２が共に「０」、または「１」の場合には、面型光スイッチ２７０の内部では一方のスピンのみ励起されるため、プローブ光の偏光は楕円偏光に変化し、一部がＰＢＳ２５６を通過して出力される。一方、光信号１または光信号２のいずれかが「１」である場合には、面型光スイッチ２７０内部では両方のスピンが同程度励起されるため、プローブ光は直線偏光のまま反射されるため、ＰＢＳ２５６でカットされて出力しない。
【実施例２０】
【００９５】
（一致論理運算）
図２９に、本発明の実施例２０にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す。面型光スイッチとして、Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。同じ偏光を有し、同等の光パルスエネルギーを有する光信号１および光信号２とは、合波器２７２で合波され、ＰＢＳ２７７を通過して、λ／４板２７３で同じ円偏光に変換され、面型光スイッチ２７６に入射される。常に「１」である光信号３は、ＰＢＳ２７７を通過して、−λ／４板２７４で光信号１と反対の円偏光に変換され、光信号１と光信号２と共に面型光スイッチ２７６に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２７７、集光レンズ２７５を介して、面型光スイッチ２７６に入射される。
【００９６】
上述したように、光信号１と光信号２の全光一致論理演算結果は、ＰＢＳ２７７からのプローブ光をモニタすることにより得られる。時間２５０ｆｓ後、励起されているスピンの数がゼロとなるため、次の光信号に対する全光一致論理演算が可能となる。
【実施例２１】
【００９７】
（一致論理運算）
図３０に、本発明の実施例２１にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す。面型光スイッチとして、Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を用いる。同じ偏光を有し、同等の光パルスエネルギーを有する光信号１および光信号２は、全反射ミラー２８１およびハーフミラー２８２により合波され、ＰＢＳ２８４を通過して、λ／４板２８５で同じ円偏光に変換される。さらに、コーナーミラー２８６を介して、面型光スイッチ２８８に入射される。一方、光信号３は、全反射ミラー２８３を介して、ＰＢＳ２８４で光信号１と合波される。さらに、λ／４板２８５で光信号１と反対の円偏光に変換され、コーナーミラー２８６を介して、面型光スイッチ２８８に入射される。また、プローブ光は、ＰＢＳ２８９、集光レンズ２８７を介して、面型光スイッチ２８８に入射される。
【００９８】
上述したように、光信号１と光信号２の全光一致論理演算結果は、ＰＢＳ２８９からのプローブ光をモニタすることにより得られる。時間２５０ｆｓ後、励起されているスピンの数がゼロとなるため、次の光信号に対する全光一致論理演算が可能となる。
【実施例２２】
【００９９】
（ＮＡＮＤ論理演算）
実施例１８に示した一致論理演算装置において、光信号３の光パルスエネルギーを光信号１の光パルスエネルギーの２倍にした場合、図２７に示した構成により、光信号１と光信号２の全光ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【実施例２３】
【０１００】
（ＮＡＮＤ論理演算）
実施例１９に示した一致論理演算装置において、光信号３の光パルスエネルギーを光信号１の光パルスエネルギーの２倍にした場合、図２８に示した構成により、光信号１と光信号２の全光ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【実施例２４】
【０１０１】
（ＮＡＮＤ論理演算）
実施例２０に示した一致論理演算装置において、光信号３の光パルスエネルギーを光信号１の光パルスエネルギーの２倍にした場合、図２９に示した構成により、光信号１と光信号２の全光ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【実施例２５】
【０１０２】
（ＮＡＮＤ論理演算）
実施例２１に示した一致論理演算装置において、光信号３の光パルスエネルギーを光信号１の光パルスエネルギーの２倍にした場合、図３０に示した構成により、光信号１と光信号２の全光ＮＡＮＤ論理演算が可能となる。
【０１０３】
以上述べたように、本実施形態によれば、従来演算速度の制限要因であった数ｎｓ程度であるキャリアの寿命や数十ｐｓ程度であるスピンの緩和時間に影響を受けることなく、数ｐｓ以下の間隔で入力する光信号に対して繰り返し演算を行うことができる。
【０１０４】
また、光ファイバを用いた従来の方法では、数十ｃｍから数ｋｍのファイバが必要であったのに比べ、ＰＢＳの大きさを含めても数ｃｍ以下と極めて小型な全光論理演算装置を実現することができる。さらに、ＳＯＡのように電流制御を必要としないため、高効率かつ低消費電力である全光論理演算装置を実現することができる。
【０１０５】
なお、本実施形態ではプローブ光として光パルスを用いたが、ＣＷ光を用いても全光論理演算を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明にかかる全光論理演算装置は、大容量光通信および光コンピューティングにおける信号処理装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来のＳＯＡを用いた排他的論理和を実現する演算回路を示す図である。
【図２】従来の多重量子井戸構造面型スイッチを用いた排他的論理和を実現する演算回路を示す図である。
【図３】本発明の実施例１にかかるＥＯＲ論理演算の基本構成を示す模式図である。
【図４】実施例１にかかるＥＯＲ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図５】実施例１にかかるＥＯＲ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図６】実施例１にかかるＥＯＲ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図７】ＥＯＲ論理動作を示す図である。
【図８】本発明の実施例２にかかるＮＯＴ論理演算の基本構成を示す模式図である。
【図９】実施例２にかかるＮＯＴ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図１０】ＮＯＴ論理動作を示す図である。
【図１１】実施例３にかかるＮＯＴ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図１２】本発明の実施例４にかかるＯＲ論理演算の基本構成を示す模式図である。
【図１３】実施例４にかかるＯＲ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図１４】ＯＲ論理動作を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６にかかる一致論理演算の基本構成を示す模式図である。
【図１６】実施例６にかかる一致論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図１７】一致論理動作を示す図である。
【図１８】実施例８にかかるＮＡＮＤ論理演算の動作原理を説明する概念図である。
【図１９】ＮＡＮＤ論理動作を示す図である。
【図２０】本発明の実施例１０にかかるＥＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施例１１にかかるＥＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施例１３にかかるＮＯＴ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施例１４にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施例１５にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施例１６にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施例１７にかかるＯＲ論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施例１８にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２８】本発明の実施例１９にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施例２０にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す図である。
【図３０】本発明の実施例２１にかかる一致論理演算装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
５１，５３，６１，６３，１０１，１０３，１３１，１３３  集光レンズ
５２，６２，１０２，１３２  光スイッチ
５４，６４，１０４，１３４  ポラライザ
１８１  分波器
１８２，１９２，２０１，２１２，２２１−ａ，２２１−ｂ，２５３，２６５，２８１，２８３  全反射ミラー
１８３，１９３，２１３，２２３，２５４，２６３  遅延器
１８４，１９４，２１４，２２４，２５５，２６４  アッテネータ
１８５，１９１，２００，２０２，２０６，２１５，２２２，２３０，２３６，２４５，２５６，２６２，２７１，２７７，２８４，２８９  ＰＢＳ
１８６，１９６，２０３，２１６，２２６，２３２，２４２，２５７，２６７，２７３，２８５  λ／４板
１８７，２１７，２５８，２７４  −λ／４板
１８８，１９８，２０４，２１８，２２８，２３４，２４３，２５９，２６９，２７５，２８７  集光レンズ
１８９，１９９，２０５，２１９，２２９，２３５，２４４，２６０，２７０，２７６，２８８  面型光スイッチ
１９５，２１１，２２５，２３１，２４１，２５１，２６１，２６６，２７２  合波器
１９７，２０７，２２７，２３３，２６８，２８６  コーナーミラー
２２１−ｃ，２５２，２８２  ハーフミラー
【図１】
2006330403.tif 000003
【図２】
2006330403.tif 000004
【図３】
2006330403.tif 000005
【図４】
2006330403.tif 000006
【図５】
2006330403.tif 000007
【図６】
2006330403.tif 000008
【図７】
2006330403.tif 000009
【図８】
2006330403.tif 000010
【図９】
2006330403.tif 000011
【図１０】
2006330403.tif 000012
【図１１】
2006330403.tif 000013
【図１２】
2006330403.tif 000014
【図１３】
2006330403.tif 000015
【図１４】
2006330403.tif 000016
【図１５】
2006330403.tif 000017
【図１６】
2006330403.tif 000018
【図１７】
2006330403.tif 000019
【図１８】
2006330403.tif 000020
【図１９】
2006330403.tif 000021
【図２０】
2006330403.tif 000022
【図２１】
2006330403.tif 000023
【図２２】
2006330403.tif 000024
【図２３】
2006330403.tif 000025
【図２４】
2006330403.tif 000026
【図２５】
2006330403.tif 000027
【図２６】
2006330403.tif 000028
【図２７】
2006330403.tif 000029
【図２８】
2006330403.tif 000030
【図２９】
2006330403.tif 000031
【図３０】
2006330403.tif 000032