(57)【要約】      （修正有）【課題】小型でかつ低損失な光論理素子を提供する。【解決手段】第１の誘電体材料からなる基板１０と、この基板の一の面上に形成され、第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる、信号光入力用の第１の光導波路１１および第２の光導波路１２と、基板の一の面上に形成され、第２の誘電体材料からなる、信号光出力用の第３の光導波路１３と、基板の一の面上に形成され、第２の誘電体材料からなる、バイアス光入力用の第４の光導波路１４とを備え、第４の光導波路は、第１の光導波路および第２の光導波路と、第３の光導波路との一方と光学的に結合する。第１の光導波路と第２の光導波路と第３の光導波路とは、Ｙ分岐光導波路を構成し、第４の光導波路は、第１の光導波路と第２の光導波路との間に配置され、第４の光導波路のＹ分岐光導波路に近い方の一端が平面視でテーパー状に形成されて、第１の光導波路および第２の光導波路と結合する。【選択図】図１Ａ
2019012249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体材料からなる基板と、
この基板の一の面上に形成され、前記第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる、信号光入力用の第１の光導波路および第２の光導波路と、
前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、信号光出力用の第３の光導波路と、
前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、バイアス光入力用の第４の光導波路と
を備え、
前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と、前記第３の光導波路との一方と光学的に結合する
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項２】
請求項１記載の光論理素子において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と前記第３の光導波路とは、それぞれの一端が互いに接続されたＹ分岐光導波路を構成し、
前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に配置され、前記第４の光導波路の前記Ｙ分岐光導波路に近い方の一端が平面視でテーパー状に形成されて、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と結合する
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項３】
請求項２記載の光論理素子において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは、前記第３の光導波路の延長線に対して対称に配置され、
前記第４の光導波路は、前記第３の光導波路の延長線上に配置されている
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項４】
請求項１記載の光論理素子において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と前記第３の光導波路とは、それぞれの一端が互いに接続されたＹ分岐光導波路を構成し、
前記第４の光導波路は、前記第３の光導波路と結合する結合部を有する
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光論理素子において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相が前記Ｙ分岐光導波路において同位相となるように前記信号光の位相を変化させる第１の移相器と、
前記第４の光導波路に入力されるバイアス光の位相が前記Ｙ分岐光導波路において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相と逆位相となるように前記バイアス光の位相を変化させる第２の移相器と、
をさらに備えることを特徴とする光論理素子。
【請求項６】
請求項１記載の光論理素子において、
前記第３の光導波路の一端は、前記第４の光導波路の一端と接続され、
前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に配置され、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、それぞれ前記第４の光導波路と結合する結合部を有する
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項７】
請求項６記載の光論理素子において、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相が前記結合部において同位相となるように前記信号光の位相を変化させる第１の移相器と、
前記第４の光導波路に入力されるバイアス光の位相が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相と逆位相で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と結合するように前記バイアス光の位相を変化させる第２の移相器と、
をさらに備えることを特徴とする光論理素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光論理素子を備え、
前記光論理素子は、前記信号光として、異なる振幅に０，１の値を割り当てた振幅ビットの光を入力とすると共に前記バイアス光を入力とし、
前記第３の光導波路の出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。
【請求項９】
請求項８記載の光論理回路において、
信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の対応するビットに応じて強度変調して前記信号光を生成する強度変調器をさらに備えることを特徴とする光論理回路。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光論理素子を備え、
前記光論理素子は、前記信号光として、異なる位相に０，１の値を割り当てた位相ビットの光を入力とすると共に前記バイアス光を入力とし、
前記第３の光導波路の出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。
【請求項１１】
初段に配置された２入力１出力の第１の光論理素子と、２段目に配置された２入力１出力の第２の光論理素子とを縦続接続し、
前記第１、第２の光論理素子の各々は、
第１の誘電体材料からなる基板と、
この基板の一の面上に形成され、前記第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる、光入力用の第１の光導波路および第２の光導波路と、
前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、光出力用の第３の光導波路とを備え、
前記第１の光論理素子は、異なる位相に０，１の値を割り当てた位相ビットの信号光２つを入力とし、
前記第２の光論理素子は、前記第１の光論理素子の出力光１つとバイアス光とを入力とし、
前記第２の光論理素子の出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の光論理回路において、
信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の対応するビットに応じて位相変調して前記信号光を生成する第３の移相器をさらに備えることを特徴とする光論理回路。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の光論理回路において、
前記バイアス光の強度を調整可能な光源をさらに備えることを特徴とする光論理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光論理素子に関し、特にオンチップでの利用を主目的とした線形光論理素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光論理素子は、ＲＣ遅延のない、高速な光演算を実現する上で重要なデバイスの一つであり、多数の機関で古くから研究されている。その多くは、非線形光学効果を利用するものである（非特許文献１参照）。非線形光学効果を利用する光論理素子では、非線形光学効果は、出力ビット信号のバイナリコントラスト（“０”出力時の絶対強度と“１”出力時の絶対強度との比）を確保するために必須を果たすが、非線形光学効果の利用には次のような問題点がある。
【０００３】
（１）信号の大きな入力強度（または強度密度）が必要とされること。
（２）挿入損失が大きいこと。
（３）性能が入力強度に依存して変化すること。
（４）構造が複雑で作製が容易でないこと。
【０００４】
上記（１）の問題はデバイス構造である程度の補償することが可能であるものの、いずれの問題も根本的な解決を図ることは困難である。したがって、現状においてもカスケード性（縦続に接続して使用できる光論理素子の数）や消費電力の観点で、非線形光論理素子の応用が著しく制限されている。仮にカスケード性や消費電力の制約が満たされたとしても、１０ｄＢを超えるバイナリコントラストと低挿入損失を同時に得るのは困難である。
【０００５】
一方、上記の非線形光学効果を利用した光論理素子の問題を回避すべく、線形光学に基づく線形光論理素子も提案されている。線形光学の利点は、性能が入力強度に依存せず、低入力強度（極まれば光子数個レベル）でも動作可能なため、消費電力を圧倒的に小さくできることである。しかし、現状では、線形光論理素子には次のような問題があるために、実用化には至っていない。
【０００６】
（５）バイナリコントラストが原理的に制限されること。
（６）一定の挿入損失が生じること。
【０００７】
線形光論理素子の具体例としては、ビームスプリッタ、減衰器、波長板、偏光子等を組み合わせた自由空間光学系による全光論理素子がある。このような光論理素子では、直線偏波の位相±４５°を（０、１）信号のビットとして扱うことで、すべての論理演算が可能であるとされているが、一つの論理演算に複数個の光学部品が必要となり、構造が煩雑でかつ全体として長尺となる。さらにハーフミラーが２段挿入されているため、挿入損失は６ｄＢ以上（１出力時の絶対強度は０．２５以下）である。
【０００８】
また、オンチップ型の素子として、プラズモニック導波路による光論理素子が報告されており、その全長は数μｍ前後で、バイナリコントラストはＡＮＤ動作で９ｄＢ程度となることが実験で実証されている（非特許文献２）。ただし、金属導波路の伝搬損失は非常に大きいため、挿入損失は少なくとも１０ｄＢ程度はあると考えられ、一定の光出力強度による演算結果の判定を前提とする光回路の構成には適していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】P.Singh et al.，“All-Optical Logic Gates:Designs，Classification，and Comparison”，Advances in Optical Technologies，Volume 2014，Article ID 275083，2014
【非特許文献２】M.Ota et al.，“Plasmonic-multimode-interference-based logic circuit with simple phase adjustment”，Sci. Rep. 6，24546，2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、従来の光論理素子のうち、非線形光学効果を利用したものには、挿入損失が大きいことなど、上記（１）−（４）の課題がある。また、空間光学系を用いた線形光論理素子にも、上記（５）、（６）の他、装置の大型化や損失の増大などの課題があった。その結果、これまでに実用可能な光論理素子が提案されるには未だ至っていないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明は、小型でかつ低損失な光論理素子および光論理回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光論理素子は、第１の誘電体材料からなる基板と、この基板の一の面上に形成され、前記第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる、信号光入力用の第１の光導波路および第２の光導波路と、前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、信号光出力用の第３の光導波路と、前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、バイアス光入力用の第４の光導波路とを備え、前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と、前記第３の光導波路との一方と光学的に結合することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る光論理素子において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と前記第３の光導波路とは、それぞれの一端が互いに接続されたＹ分岐光導波路を構成し、前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に配置され、前記第４の光導波路の前記Ｙ分岐光導波路に近い方の一端が平面視でテーパー状に形成されて、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と結合するように構成してもよい。
【００１４】
上記の光論理素子において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは、前記第３の光導波路の延長線に対して対称に配置され、前記第４の光導波路は、前記第３の光導波路の延長線上に配置されているように構成してもよい。
【００１５】
本発明に係る光論理素子において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と前記第３の光導波路とは、それぞれの一端が互いに接続されたＹ分岐光導波路を構成し、前記第４の光導波路は、前記第３の光導波路と結合する結合部を有するように構成してもよい。
【００１６】
上記の光論理素子において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相が前記Ｙ分岐光導波路において同位相となるように前記信号光の位相を変化させる第１の移相器と、前記第４の光導波路に入力されるバイアス光の位相が前記Ｙ分岐光導波路において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相と逆位相となるように前記バイアス光の位相を変化させる第２の移相器と、をさらに設けてもよい。
【００１７】
本発明に係る光論理素子において、前記第３の光導波路の一端は、前記第４の光導波路の一端と接続され、前記第４の光導波路は、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に配置され、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、それぞれ前記第４の光導波路と結合する結合部を有するように構成してもよい。
【００１８】
上記の光論理素子において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相が前記結合部において同位相となるように前記信号光の位相を変化させる第１の移相器と、前記第４の光導波路に入力されるバイアス光の位相が前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とにそれぞれ入力された信号光の位相と逆位相で前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と結合するように前記バイアス光の位相を変化させる第２の移相器と、をさらに備えていてもよい。
【００１９】
また、本発明の光論理回路は、前記光論理素子を備え、前記光論理素子は、前記信号光として、異なる振幅に０，１の値を割り当てた振幅ビットの光を入力とすると共に前記バイアス光を入力とし、前記第３の光導波路の出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路の１構成例は、信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の対応するビットに応じて強度変調して前記信号光を生成する強度変調器をさらに備えることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の光論理回路は、前記光論理素子を備え、前記光論理素子は、前記信号光として、異なる位相に０，１の値を割り当てた位相ビットの光を入力とすると共に前記バイアス光を入力とし、前記第３の光導波路の出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路は、初段に配置された２入力１出力の第１の光論理素子と、２段目に配置された２入力１出力の第２の光論理素子とを縦続接続し、前記第１、第２の光論理素子の各々は、第１の誘電体材料からなる基板と、この基板の一の面上に形成され、前記第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる、光入力用の第１の光導波路および第２の光導波路と、前記基板の前記一の面上に形成され、前記第２の誘電体材料からなる、光出力用の第３の光導波路とを備え、前記第１の光論理素子は、異なる位相に０，１の値を割り当てた位相ビットの信号光２つを入力とし、前記第２の光論理素子は、前記第１の光論理素子の出力光１つとバイアス光とを入力とし、前記第２の光論理素子の出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の光論理回路の１構成例は、信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の対応するビットに応じて位相変調して前記信号光を生成する第３の移相器をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路の１構成例は、前記バイアス光の強度を調整可能な光源をさらに備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、第１の光導波路および第２の光導波路にそれぞれ入力された２つの信号光と第４の光導波路に入力されたバイアス光とが互いに干渉して第３の光導波路から出力される。このとき、２つの信号光とバイアス光との位相と強度を適宜調整することによって光演算を実現することできる。また、基板の同一面上に第１乃至第４の光導波路を形成するので、素子の小型化が可能となる。したがって、本発明によれば、従来の素子と比較して、小型かつ低損失な光論理素子および光論理回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施例に係る光論理素子の構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施例に係る光論理素子の構成を示す平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１の実施例に係る光論理素子の使用態様を説明する図である。
【図２】図２は、第１の実施例に係る光論理素子の電磁界シミュレーション結果の一例（ＡＮＤ動作）を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施例に係る光論理素子の各種性能の波長依存性を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施例に係る光論理素子の電磁界シミュレーション結果の他の例（ＸＮＯＲ動作）を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施例に係る光論理素子の電磁界シミュレーション結果の他の例（ＮＯＲ動作）を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第２の実施例に係る光論理素子の構成を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２の実施例に係る光論理素子の構成を示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３の実施例に係る光論理素子の構成を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第３の実施例に係る光論理素子の構成を示す平面図である。
【図８】図８は、第１〜第３の実施例に係る光論理素子を用いて位相ビットの論理演算を行う概念を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施例に係る光論理回路の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、振幅ビットの論理演算を行う光論理回路の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、他の光論理素子を用いて位相ビットの論理演算を行う概念を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５の実施例に係る光論理回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例に係る光論理素子１は、図１Ａに示すように、第１の誘電体材料からなる基板１０と、この基板１０の一の面１０ａ上に形成され、第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる第１の光導波路１１、第２の光導波路１２、第３の光導波路１３、第４の光導波路１４とを備える。
【００２６】
ここで、基板１０を構成する第１の誘電体としては、例えば、石英等のシリカ（ＳｉＯ2）が挙げられる。
また、第１乃至第４の光導波路１１、１２、１３、１４を構成する第２の誘電体は、例えば、シリコン（Ｓｉ）である。シリカの屈折率は、光の波長１５５０ｎｍで１．４４４であるのに対し、シリコン（Ｓｉ）の屈折率は、３．４７６である。したがって、第１乃至第４の光導波路１１、１２、１３、１４をシリコンから構成した場合、基板および空気がクラッドとして作用して、第１乃至第４の光導波路１１、１２、１３、１４内に光が閉じ込められる。
また、第１乃至第４の光導波路１１、１２、１３、１４を基板１０の一の面１０ａ上に形成することによって、光論理素子１は平面光導波路上に構成されている。
【００２７】
図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、本実施例に係る光論理素子１において、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２と第３の光導波路１３とは、それぞれの一端が互いに接続されて、Ｙ分岐光導波路を構成している。第１の光導波路１１および第２の光導波路１２は、それぞれ信号光入力用の光導波路であり、１組の信号光入力ポートとして作用する。また、第３の光導波路１３は、信号光出力用の光導波路であり、光出力ポートとして作用する。
以下、本明細書において第１の光導波路１１および第２の光導波路１２を「信号光入力ポート」といい、第３の光導波路１３を「光出力ポート」ということがある。
本実施例において、信号光入力ポートとなる第１の光導波路１１と第２の光導波路１２とは、光出力ポートとなる第３の光導波路１３の延長線に対して対称に配置されている。
【００２８】
一方、第４の光導波路１４は、バイアス光入力用の光導波路であり、バイアス光入力ポートとして作用する。以下、本明細書において、第４の光導波路１４を「バイアス光入力ポート」ということがある。
バイアス光入力ポートとなる第４の光導波路１４は、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２との間に配置されている。より具体的には、第４の光導波路１４は、第３の光導波路１３の延長線上に配置されている。
【００２９】
第４の光導波路１４のＹ分岐光導波路に近い方の一端は、平面視でテーパー状に形成されている。このテーパー状に形成された第４の光導波路１４の一端を「テーパー部１４ａ」とよぶ。このテーパー部１４ａは、Ｙ分岐光導波路の第１の光導波路１１と第２の光導波路１２とに空隙を隔てて近接して配置されている。その結果、第１の光導波路１１および第２の光導波路１２と第４の光導波路１４とが互いに光学的に結合する。
【００３０】
このような光論理素子においては、信号光入力ポートである第１の光導波路１１と第２の光導波路１２をそれぞれ伝播してきた入力信号光Ａ，Ｂが、第４の光導波路１４を伝播してきたバイアス光と干渉して、光出力ポートとなる第３の光導波路１３から出力光が出力される。
【００３１】
＜光論理素子の構造パラメータ＞
本実施例に係る光論理素子の構造は、例えば、図１Ｂに示すように、各導波路の幅（導波路幅）Ｗ、導波路の高さｈH、バイアス光入力用の第４の光導波路１４のテーパー部１４ａの長さ（テーパ長さ）Ｌtaper、Ｙ分岐光導波路とテーパー部とのギャップ幅（テーパ導波路間ギャップ幅）ｇ、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２とがなす角（Ｙ分岐角度）αによって表すこととする。
【００３２】
上記の各構造パラメータの範囲として、Ｗ＝０．１〜２．０μｍ、ｈH＝０．１〜２．０μｍ、Ｌtaper＝０．１〜２０μｍ、ｇ＝０〜１．０μｍ、α＝５〜６０°を想定している。構造パラメータの値は、光導波路を構成する材料に応じて適宜選択すればよい。例えば、第４の光導波路１４のテーパー部１４ａとＹ分岐光導波路を構成する第１の光導波路１１および第２の光導波路１２とが互いに接触（オーバラップ）するようなパラメータの組み合わせもあり得る。
【００３３】
＜光論理素子の製造方法＞
上述した光論理素子は、次のような工程によって製造することができる。すなわち、シリカ等からなる基板を用意し、その位置の面上にシリコン（Ｓｉ）の層を成長させる。シリコン層の成長にはＣＶＤ等の方法を用いればよい。
次に、フォトリソグラフィ技術により、シリコン層の表面に塗布した感光材を、例えば図１Ｂに示すような所定のパターンにパターンニングした後、シリコン層をエッチングすれば、図１Ａに示すような光導波路を得ることができる。
【００３４】
＜入力光とバイアス光の位相関係とその調整法および基準＞
上述したデバイスを光論理素子として論理演算に用いる際には、１組の入力信号光Ａ，Ｂの位相は互いに同相とする。すなわち、２つの光入力ポートに入力される１組の入力信号光Ａ，Ｂは、光出力ポートからの出力光を強めるように互いに位相が調整されている。
また、バイアス光の位相は、信号光に対して逆相とする。すなわち、バイアス光は、各信号光入力ポートに入力された入力信号光Ａ，Ｂに対して、光出力ポートからの出力光を弱めるように互いに位相が調整されている。バイアス光については、さらに、バイアス光の光パワーが一定であり、かつ、入力信号光Ａ，Ｂの光パワーより大きいことが望ましい。このとき、バイアス光の光パワーは、信号光の光パワーの２倍以上の強度を有することが望ましい。
【００３５】
第１の光導波路１１と第２の光導波路１２の光学的な長さが等しければ、２つの信号光入力ポートに入力される入力信号光Ａ，Ｂは、光出力ポートから出力される出力光Ｃが強め合うように互いに位相が調整されており、バイアス光は入力信号光Ａ，Ｂに対して光出力ポートからの出力光Ｃが弱めあうように互いに位相が調整されている。
第１の光導波路１１の長さと第２の光導波路１２の長さとが互いに等しければ、１組の信号光は、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２との連結点、すなわちＹ分岐光導波路の分岐点で同相となる。
【００３６】
入力信号光Ａと入力信号光Ｂとを互いに同相にするには、例えば、図１Ｃに示すように、オフチップ又はオンチップの移相器１５により、１組の入力信号光Ａ，Ｂがそれぞれ信号光入力ポートに入力される状態で出力光Ｃを最大となるように、入力信号光Ａと入力信号光Ｂの相対位相を調整すればよい。
また、バイアス光と信号光を逆相にするには、バイアス光と入力信号光Ａを入力した状態で、移相器１６により、出力光Ｃが最小となるように、バイアス光の位相を調整すればよい。
【００３７】
＜性能指標とバイアス光の効果＞
光ＡＮＤ素子の性能指標は、入力（Ａ，Ｂ）＝（１，１）時の出力に対する入力（Ａ，Ｂ）＝（０，０）、（０，１）、（１，０）時の各出力のバイナリコントラストの中の最小値ＢＣminと、入力（Ａ，Ｂ）＝（１，１）時の絶対的な光出力強度、すなわち挿入損失Ｌｏｓｓである（出力が１であれば挿入損失Ｌｏｓｓ＝０ｄＢ、１より大であれば、Ｌｏｓｓ＜０ｄＢ、すなわちゲインであると定義する。）。
【００３８】
バイアス光がない場合にはバイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝６ｄＢであるのに対し、バイアス光がある場合ではＢＣmin＝９．５４ｄＢにまで改善できる。ここでＢＣmin＝９．５４ｄＢは、次の条件を満たすことで達成することができる：
（１）Ｙ分岐のような信号光の信号光入力ポート（すなわち、第１の光導波路１１および第２の光導波路１２）が光出力ポート（第３の光導波路１３）の方向に対して左右対称に導入されていること；
（２）バイアス光入力ポートがあること；
（３）バイアス光強度Ｐbiasの調整が可能であること。
【００３９】
光ＡＮＤ素子の評価では、バイナリコントラストの中の最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢとした場合の（１，１）入力の出力から挿入損失Ｌｏｓｓを評価する。
より良いＡＮＤ動作のためには、図１Ｂ等に示すように、第１の光導波路１１および第２の光導波路１２（信号光入力ポート）は、第３の光導波路１３（光出力ポート）に対して対称なＹ分岐となることが望ましい。このとき、２つの信号光入力ポートそれぞれから入力された入力信号光Ａ、Ｂの光出力ポートへの透過率ＴA，ＴBは互いに等しい。一方、バイアス光ポートに入力されたバイアス光の透過率Ｔbiasは、間隙のため、ＴAおよびＴBと比較して低くなる。
【００４０】
＜光論理素子としての動作例（その１：ＡＮＤ動作）＞
光通信波長用に最適化した線形光論理素子の３次元有限要素法による電磁界シミュレーション結果の一例を図２に示す。
まず、計算モデルを図２の（ａ１）および（ａ２）に示す。光導波路としては、クラッドが空気のＳｉＯ2基板上のＳｉ細線を想定しており、各構造パラメータは、導波路幅Ｗ＝０．４８μｍ、導波路高さｈH＝０．２２μｍ、テーパー長Ｌtaper＝０．９５μｍ、テーパ導波路間ギャップ幅ｇ＝５０ｎｍ、Ｙ分岐角度α＝１５°である。２つの信号光入力ポートに入力される光信号強度は互いに等しく（ＰA＝ＰB＝１）、動作波長λ＝１．５４μｍとした。
【００４１】
各入力光に対するＳｉ細線の中央に水平な断面の光強度分布を図２（ｂ）〜図２（ｅ）にそれぞれ示す。図２の（ｂ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，０）のとき、（ｃ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，１）のとき、（ｄ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，０）のとき、（ｅ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，１）のときのシミュレーション結果を表している。図２の（ｂ）乃至（ｄ）は出力光の光信号強度はＰC＝０．１１７であるのに対し、図２の（ｅ）はＰC＝１．０５４となり、線形光学ベースであるにもかかわらず、ＡＮＤ動作を明瞭に近似できることがわかる。
【００４２】
ここで、バイアス光強度Ｐbias＝７．０５（〜ＴA／４Ｔbias）と設定することで、バイナリコントラストの最小値ＢＣmin〜９．５４ｄＢ、挿入損失Ｌｏｓｓ〜−０．２３ｄＢ（マイナスの損失なので利得に相当）が得られる。
【００４３】
広帯域動作の可否を検証するために、図２の（ａ１）および（ａ２）に示す計算モデルと同一の素子に対して、波長λ＝１．４〜１．７μｍにおける各性能の波長依存性を計算した。その結果を図３に示す。
【００４４】
まず、各波長での性能の根拠となる入力信号光Ａ（Ｂ）の光出力ポートへの透過率ＴA（ＴB）およびバイアス光の透過率Ｔbiasの波長依存性を図３（ａ）に示す。バイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢを維持しつつロスレスなＡＮＤ素子を実現するには、透過率ＴA（ＴB）≧４／９（＝０．４４４…）が必要であるが、本計算で想定した波長範囲のほぼ全域でこの条件を満たす上に、特性がフラットであることがわかる。
【００４５】
透過率ＴA（ＴB）とＴbiasの波長依存性に応じてバイアス光強度Ｐbiasを図３（ｂ）に示すように調整することを許容すると、図３（ｃ）で示すとおり、バイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢがどの動作波長でも維持できる。挿入損失Ｌｏｓｓの波長依存性は図３（ｄ）のようになり、波長λ＝１．５〜１．６μｍでは損失がなく、むしろ０．２ｄＢ以上の利得が得られる。全波長域で十分な動作を可能にするためには、図３（ｂ）より、バイアス光強度Ｐbiasが入力信号光強度ＰA（ＰB）の約２倍の強度があればよいことがわかる。
【００４６】
＜光論理素子としての動作例（その２：ＸＮＯＲ動作）＞
光論理素子の構造はそのままで、バイアス光の強度を変えることで、異なる論理動作を行わせることができる。図２の（ａ１）および（ａ２）に示す計算モデルと同一の素子構造で、バイアス光強度Ｐbiasを４倍および９倍とした場合の電磁界シミュレーション結果をそれぞれ図４および図５にそれぞれ示す。
【００４７】
図４の（ａ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，０）のとき、（ｂ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，１）のとき、（ｃ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，０）のとき、（ｄ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，１）のときのシミュレーション結果を表している。これによれば、ＸＮＯＲの動作が実現されていることがわかる。
【００４８】
また、図５も、（ａ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，０）のとき、（ｂ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（０，１）のとき、（ｃ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，０）のとき、（ｄ）は入力（Ａ，Ｂ）＝（１，１）のときのシミュレーション結果を表しており、これによれば、ＮＯＲの動作が実現されていることがわかる。ＸＮＯＲ動作させた場合のバイナリコントラストの中の最小値ＢＣminおよび挿入損失Ｌｏｓｓは、ＢＣmin＞１７ｄＢおよびＬｏｓｓ＝３．４６ｄＢ、ＮＯＲ動作させた場合は、ＢＣmin＞９．５ｄＢ、Ｌｏｓｓ〜０ｄＢである。
【００４９】
このようにバイアス光強度Ｐbiasを定数倍することで、１つの光論理素子の論理演算機能をＡＮＤ（図２）、ＸＮＯＲ（図４）やＮＯＲ（図５）に変更することができる。
【００５０】
以上のように、本実施例に係る光論理素子は、非線形光学における問題を避けるために、線形光学素子を利用して、バイナリコントラストＢＣ９．５４ｄＢを異なる動作波長においても定常的に実現することができる。すなわち、バイアス光強度の調整により、バイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢを光通信波長帯よりも広い波長帯域で実現することができる。光通信波長帯全域で上記のＢＣminを維持しつつ、ロスレス動作が可能である。
【００５１】
また、線形光学にのみ基づいて動作するので、大きな入力強度を必要とせず、性能が入力強度無依存であるため、究極的には光子レベルでも大幅な省電力化が期待できる。
さらには、光論理演算による信号強度の減少、すなわち挿入損失を最低限に抑制し、場合によっては、バイナリコントラストＢＣを維持した状態で０．２〜０．３ｄＢ程度の利得を持ち、１以上の出力強度が出る。すなわち、入力された信号光を増幅することができるので、信号判別のために必要な後段での非線形光学による補償処理を最小限に抑えることができる。また、増幅を伴う線形光論理演算と僅かな非線形光学効果の組み合わせで、さらなる高性能化が期待できる。
【００５２】
また、同一素子において、光学的な調整、具体的には、バイアス光の強度を調整することにより、論理演算機能を変更することができる。これにより光回路作製後でも回路に予め導入してある調整機構で回路構成を柔軟かつ高速に変更できる。
【００５３】
また、本実施例に係る光論理素子１によれば、実際に光干渉が起こる領域の素子長は２μｍ前後となるため、光信号のパス時間は０．０２ｐｓ程度と極めて短くなる。これは、従来の光スイッチと比較して少なくとも１００分の１以上短尺であるため、光パス素子回路全体のパス時間を大幅に短縮し、ごく低遅延な光演算の実現に貢献することができる。
【００５４】
また、図３に示したように、広帯域動作が可能となるので、単一素子による波長分割多重演算が可能となる。また、誘電体材料のみで構成できるので、付加損失の抑制と作製の容易化を図ることができる。また、素子をオンチップ化し、さらに短尺化することができる。これらは低演算遅延な光演算応用に重要である。
【００５５】
さらに、誘電体材料のみで構成されており、作製が簡易で光通信波長帯であれば移相器や強度変調器が一括集積可能なＳｉＣＭＯＳファウンダリが利用可能である。
【００５６】
また、オンチップ集積が可能であり、複数の素子間を十分に短い光導波路で接続できる。これにより上記の低演算遅延を維持したまま様々な機能性を創出しうる。  
【００５７】
［第２の実施例］
次に本発明の第２の実施例について、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。
なお、本実施例において第１の実施例と共通する構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
第２の実施例に係る光論理素子２は、図６Ａに示すように、シリカ（ＳｉＯ2）等の第１の誘電体材料からなる基板１０と、この基板１０の一の面１０ａ上に形成され、シリコン（Ｓｉ）等、第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる第１の光導波路２１、第２の光導波路２２、第３の光導波路２３、第４の光導波路２４とを備える。ここで第１の光導波路２１および第２の光導波路２２は、信号光入力ポートとして作用し、第３の光導波路２３は光出力ポートとして作用し、第４の光導波路２４はバイアス光入力ポートとして作用する。
【００５９】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、本実施例に係る光論理素子２においては、信号光入力ポートとして作用する第１の光導波路２１と第２の光導波路２２との間に、バイアス光入力ポートとして作用する第４の光導波路２４が配置されている。また、本実施例においては、第１の光導波路２１と第２の光導波路２２とは、平面視で第４の光導波路２４に対して互いに対称となるように配置されている。
また、第４の光導波路２４と光出力ポートとして作用する第３の光導波路２３とは、その一端において互いに接続されている。
【００６０】
信号光入力ポートである第１の光導波路２１および第２の光導波路２２は、それぞれバイアス光入力ポートである第４の光導波路２４と結合する結合部２１ａ、２２ａを有する。すなわち、結合部２１ａ、２２ａは、それぞれ第４の光導波路２３と間隔ｇDCを隔てて平行に配置された、第１の光導波路２１と第２の光導波路２２の先端部近傍の長さＬDC分の部分である。このように第１の光導波路２１と第２の光導波路２２とがそれぞれ結合部２１ａ、２２ａを備えることによって、第１の光導波路２１および第２の光導波路２２と第４の光導波路２４とは、互いに結合可能な程度に離間して、方向性結合器を形成している。
【００６１】
本実施例に係る光論理素子２においては、信号光入力ポートに入力され光出力ポートから出力される入力信号光Ａ（Ｂ）の透過率をＴA（ＴB）、バイアス光の透過率をＴbiasとすると、Ｔbias＝２ＴA−１という関係になる。
第１の実施例と同様に、バイアス光強度Ｐbias〜ＴA／４Ｔbiasとすることで、バイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢとなる。
なお、結合部２１ａ、２２ａの長さＬDCは、３ｄＢ結合長の９０％程度とすることが望ましい。
【００６２】
［第３の実施例］
次に本発明の第３の実施例について、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。
なお、本実施例においても、第１の実施例と共通する構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
第３の実施例に係る光論理素子３は、図７Ａに示すように、シリカ（ＳｉＯ2）等の第１の誘電体材料からなる基板１０と、この基板１０の一の面１０ａ上に形成され、シリコン（Ｓｉ）等、第１の誘電体材料より高い屈折率を有する第２の誘電体材料からなる第１の光導波路３１、第２の光導波路３２、第３の光導波路３３、第４の光導波路３４とを備える。ここで、第１の光導波路３１および第２の光導波路３２は、１組の信号光入力ポートとして作用し、第３の光導波路３３は光出力ポートとして作用する。また、第４の光導波路３４は、バイアス光入力ポートとして作用する。
【００６４】
本実施例に係る光論理素子３において、信号光入力ポートとして作用する第１の光導波路３１および第２の光導波路３２と、光出力ポートとして作用する第３の光導波路３３とは、第１の実施例に係る光論理素子１と同様に、それぞれの一端が互いに接続されて、Ｙ分岐光導波路を構成している。第１の光導波路３１と第２の光導波路３２とがなす角（Ｙ分岐角度）をβによって表すこととする。
【００６５】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、本実施例に係る光論理素子３において、バイアス光入力ポートである第４の光導波路３４は、Ｙ分岐光導波路を構成する第３の光導波路３３と結合する結合部３４ａを有する。すなわち、結合部３４ａは、第３の光導波路３３と間隔ｇDCを隔てて平行に配置された、第４の光導波路３４の先端部近傍の長さＬDC分の部分である。このように第４の光導波路３４が結合部３４ａを備えることによって、第３の光導波路３３と第４の光導波路３４とは、互いに結合可能な程度に離間して、方向性結合器を形成している。
【００６６】
本実施例では、Ｙ分岐で信号光を干渉させた後に方向性結合器でバイアス光と干渉させる。つまり３波の干渉を２回に分けている。方向性結合器のバイアス光側から光出力ポートへの透過率をＴDCとすると、Ｙ分岐側からの透過率は（１−ＴDC）となる。入力信号光Ａ（Ｂ）のＹ分岐の透過率をＴA（ＴB）とすると、バイアス光強度ＰbiasはＰbias〜ＴAＴDC／４（１−ＴDC）とすることで、バイナリコントラストの最小値ＢＣmin＝９．５４ｄＢとなる。
【００６７】
本実施例に係る光論理素子３は、第１の実施例に係る光論理素子１の構成と比較した場合、やや長尺な構成になるものの、１組の入力信号光Ａ，Ｂが合流して互いに干渉する信号光合流部と、バイアス光入力ポートと結合してバイアス光と干渉する合流部とが分離されているため、ＴA（ＴB）とＴDCの制御性に優れており、透過率の最適化を簡単に行うことが出来る。
【００６８】
［第４の実施例］
第１〜第３の実施例では、異なる振幅に“０”，“１”の値を割り当てた振幅ビットの光を入力信号光Ａ，Ｂとしたが、本実施例では、異なる位相に“０”，“１”の値を割り当てた位相ビットの光を信号光Ａ，Ｂとする。第１〜第３の実施例で説明した光論理素子１〜３を用いて位相ビットの論理演算を行う概念を図８に示す。図８では、光論理素子１を用いる場合について記載しているが、光論理素子１の代わりに光論理素子２，３を用いてもよい。
【００６９】
信号光Ａ，Ｂは、バイアス光に対して同相（０）または逆相（π）の位相を有する。本実施例のように位相ビットの論理演算を行う場合、信号光Ａ，Ｂとバイアス光は全て同一強度である。また、バイアス光の位相は固定である。
【００７０】
光論理素子１の光導波路１１（信号光入力ポート）に入力される信号光Ａと光導波路１４（バイアス光入力ポート）に入力されるバイアス光と光導波路１２（信号光入力ポート）に入力される信号光Ｂの、光導波路１３（光出力ポート）への透過率の比率（合流比）が１：１：１で、信号光Ａ，Ｂとバイアス光のそれぞれの透過率が１／３に近いほど、挿入利得が４．８ｄＢに漸近する。ここで、挿入利得の定義について説明すると、信号光Ａ，Ｂの相対強度１に対して、（Ａ，Ｂ）＝（０，０）入力時の出力光がａ倍（ａ＞１）される場合に、挿入利得を１０ｌｏｇ10（ａ）としている。
【００７１】
ただし、光論理素子１の合流比は１：１：１に限定する必要はなく、１：γ：１（０＜γ）でも動作可能である。この場合、バイアス光の強度を信号光Ａ，Ｂの強度の１／γ倍と設定することでバイナリコントラストＢＣ＞９．５ｄＢを維持できる。γがゼロに漸近すると、挿入利得は６．５ｄＢに漸近するが、必要なバイアス光強度は増大する。挿入利得を増大させるのであれば、γをなるべく小さくすればよい。光論理素子１の合流比は、光論理素子１の形状によって設定することができる。
【００７２】
２つの信号光Ａ，Ｂとバイアス光の光出力ポートへの透過率が全て１／３で、信号光Ａ，Ｂとバイアス光の相対強度が１のときの入出力関係を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2019012249.tif 000003
【００７４】
上記で説明したとおり、信号光Ａ，Ｂはバイアス光の位相を基準とした位相ビットの光であり、バイアス光に対して同相（０）または逆相（π）の位相を有する。同相（０）はデジタル信号のビット“１”に対応し（振幅ビットの場合には強度１）、逆相（π）はデジタル信号のビット“０”に対応する（振幅ビットの場合には強度０）。位相ビットの論理演算の結果得られる出力光Ｃは振幅ビットである。信号光Ａ，Ｂのうち少なくとも一方がバイアス光に対して逆相（π）の場合には信号光Ａ，Ｂおよびバイアス光の強度に対して１／３の強度の出力光Ｃが得られ、信号光Ａ，Ｂがバイアス光に対して同相（０）の場合には３倍の強度の出力光Ｃが得られる。本実施例によれば、バイナリコントラストＢＣ＞９．５ｄＢかつ挿入利得〜４．８ｄＢのＡＮＤ動作が実現可能である。
【００７５】
次に、本実施例の位相ビットの論理演算に必要な具体的な構成を図９に示す。図９に示す光論理回路は、光論理素子１と、信号光生成用の連続光とバイアス光とを出力する光源４と、信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の各ビットに応じて位相変調して信号光を生成する電気光学移相器５−１，５−２とから構成される。この光論理回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。
【００７６】
光源４は、相対強度１の連続光を電気光学移相器５−１，５−２に入力し、この電気光学移相器５−１，５−２に入力する信号光生成用の連続光と同一強度で同一波長の連続光をバイアス光として光論理素子１の光導波路１４（バイアス光入力ポート）に入力する。信号光生成用の連続光とバイアス光とは、同相でもよいし、逆相でもよい。
【００７７】
電気光学移相器５−１，５−２は、入力デジタル電気信号の対応するビットが“０”の場合は、入力される光の位相をバイアス光と逆相（π）にして出力し、対応するビットが“１”の場合は、入力される光の位相をバイアス光と同相（０）にして出力する。こうして、入力デジタル電気信号の対応するビットに応じた位相を有する信号光Ａ，Ｂを生成し、光論理素子１の光導波路１１，１２（信号光入力ポート）に入力することができる。
【００７８】
なお、図９では、光論理素子１の合流比を１：１：１に設定し、信号光Ａ，Ｂとバイアス光の強度を同一とする場合について記載しているが、上記のとおり合流比を１：γ：１（０＜γ）に設定し、信号光Ａ，Ｂの強度に対してバイアス光の強度を１／γにしてもよい。
【００７９】
バイアス光と信号光Ａ，Ｂとを正確に同相または逆相にするためには、電気光学移相器５−１，５−２に入力される２ビットのデジタル電気信号が全て“１”のときに出力光Ｃが最大となるように、あるいは２ビットのデジタル電気信号の少なくとも一方が“０”のときに出力光Ｃが最小となるように、電気光学移相器５−１，５−２を調整すればよい。
また、光入力強度が所定の比率となるよう調整するために，強度変調器を光論理素子１の任意のポートに設けるようにしてもよい。
【００８０】
本実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（I）信号光Ａ，Ｂの生成は電気光学移相器５−１，５−２のみで実現することができ、光論理回路の構成を単純化することができる。
振幅ビットの光を入力信号光Ａ，Ｂとする光論理回路を構成する場合には、図１０に示すように、マッハツェンダー干渉系による強度変調器６−１，６−２を光論理素子１の信号光入力ポートに設ける必要がある。強度変調器６−１，６−２は、信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の対応するビットに応じて強度変調して信号光Ａ，Ｂを生成する。
【００８１】
（II）（Ａ，Ｂ）＝（０，０）入力時（振幅ビットのＡＮＤ演算の場合の（Ａ，Ｂ）＝（１，１）入力時に相当）における相対出力強度は３であり，挿入利得を〜４．８ｄＢにすることができる。振幅ビットのＡＮＤ演算の場合、挿入利得は〜０．５ｄＢが限界である。
【００８２】
（III）第１〜第３の実施例と同様にバイナリコントラストＢＣ＝９．５４ｄＢを実現することができる。
【００８３】
なお、図８〜図１０では、第１の実施例の光論理素子１を用いる場合について記載しているが、上記のとおり光論理素子１の代わりに光論理素子２，３を用いてもよい。
【００８４】
［第５の実施例］
次に、本発明の第５の実施例について説明する。本実施例では、第１〜第３の実施例と異なる光論理素子を用いて位相ビットの論理演算を行う概念を図１１に示す。本実施例は、図８、図９に示した光論理素子１（あるいは光論理素子２，３）を、２入力１出力の２つの光論理素子７，８を縦続接続した構成に置き換えたものである。
【００８５】
光論理素子７は、光導波路７０（信号光入力ポート）に入力された信号光Ａと光導波路７１（信号光入力ポート）に入力された信号光Ｂとを合流して光導波路７２（光出力ポート）に出力する。信号光Ａ，Ｂの光出力ポートへの透過率の比率（合流比）は１：１である。
【００８６】
光論理素子８は、光論理素子７から出力され光導波路８０（信号光入力ポート）に入力された光と光導波路８１（バイアス光入力ポート）に入力されたバイアス光とを合流して光導波路８２（光出力ポート）に出力する。光論理素子７からの入力光とバイアス光の光出力ポートへの透過率の比率（合流比）は１：１である。
【００８７】
光論理素子７，８の各々としては、第１の実施例で説明した基板１０と光導波路１１〜１３とからなる構造のＹ分岐光導波路を用いることができる。
第４の実施例で説明したとおり、信号光Ａ，Ｂは、バイアス光に対して同相（０）または逆相（π）の位相を有する位相ビットの光である。信号光Ａ，Ｂとバイアス光との強度比は２：１である。
【００８８】
光論理素子７における２つの信号光Ａ，Ｂの光出力ポートへの透過率が１／２、光論理素子８における光論理素子７からの入力光とバイアス光の光出力ポートへの透過率が同じく１／２で、信号光Ａ，Ｂとバイアス光との強度比が２：１のときの入出力関係を表２に示す。
【００８９】
【表２】
2019012249.tif 000004
【００９０】
上記で説明したとおり、信号光Ａ，Ｂはバイアス光の位相を基準とした位相ビットの光であり、バイアス光に対して同相（０）または逆相（π）の位相を有する。同相（０）はデジタル信号のビット“１”に対応し（振幅ビットの場合には強度１）、逆相（π）はデジタル信号のビット“０”に対応する（振幅ビットの場合には強度０）。位相ビットの論理演算の結果得られる出力光Ｃは振幅ビットである。信号光Ａ，Ｂのうち少なくとも一方がバイアス光に対して逆相（π）の場合には信号光Ａ，Ｂの強度に対して１／４の強度の出力光Ｃが得られ、信号光Ａ，Ｂがバイアス光に対して同相（０）の場合には９／４の強度の出力光Ｃが得られる。本実施例によれば、バイナリコントラストＢＣ＞９．５ｄＢかつ挿入利得〜３．５ｄＢのＡＮＤ動作が実現可能である。
【００９１】
次に、本実施例の位相ビットの論理演算に必要な具体的な構成を図１２に示す。図１２に示す光論理回路は、光論理素子７，８と、信号光生成用の連続光とバイアス光とを出力する光源４ａと、信号光生成用の連続光を入力デジタル電気信号の各ビットに応じて位相変調して信号光を生成する電気光学移相器９−１，９−２とから構成される。この光論理回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。
【００９２】
光源４ａは、相対強度１の連続光を電気光学移相器９−１，９−２に入力し、この電気光学移相器９−１，９−２に入力する信号光生成用の連続光と同一波長で強度が１／２の連続光をバイアス光として光論理素子８の光導波路８１（バイアス光入力ポート）に入力する。信号光生成用の連続光とバイアス光とは、同相でもよいし、逆相でもよい。
【００９３】
電気光学移相器９−１，９−２の動作は、第４の実施例の電気光学移相器５−１，５−２と同じである。こうして、入力デジタル電気信号の対応するビットに応じた位相を有する信号光Ａ，Ｂを生成し、光論理素子７の光導波路７０，７１（信号光入力ポート）に入力することができる。
【００９４】
バイアス光と信号光Ａ，Ｂとを正確に同相または逆相にするためには、電気光学移相器９−１，９−２に入力される２ビットのデジタル電気信号が全て“１”のときに出力光Ｃが最大となるように、あるいは２ビットのデジタル電気信号の少なくとも一方が“０”のときに出力光Ｃが最小となるように、電気光学移相器９−１，９−２を調整すればよい。
また、光入力強度が所定の比率となるよう調整するために，強度変調器を光論理素子７，８の任意のポートに設けるようにしてもよい。
【００９５】
光論理素子７，８は損失が小さく、かつ作製が容易な構造が既に世に広く知られている。したがって、歩留まりや較正の容易さを重視する場合には、第４の実施例の代わりに本実施例が採用される可能性が高い。
【符号の説明】
【００９６】
１〜３，７，８…光論理素子、４，４ａ…光源、５−１，５−２，９−１，９−２…電気光学移相器、６−１，６−２…強度変調器、１０…基板、１１〜１４，２１〜２４，３１〜３４，７０〜７２，８０〜８２…光導波路、１５，１６…移相器、２１ａ，２２ａ，３４ａ…結合部。
【図１Ａ】
2019012249.tif 000005
【図１Ｂ】
2019012249.tif 000006
【図１Ｃ】
2019012249.tif 000007
【図２】
2019012249.tif 000008
【図３】
2019012249.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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