(57)【要約】【課題】光信号の強度が低くてもリミッタ機能を得ること。【解決手段】非線形媒質１１１は、入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を屈折率によって異なる方向へ出射させる。光リミッタ１００は、非線形媒質１１１に所定強度の基準連続パルス１５１および強度変調の光信号１５２を入射させる。光リミッタ１００は、非線形媒質１１１のうちの基準連続パルス１５１および光信号１５２が透過する部分に強い光１５３を入射させる。ハーフミラー部１２０は、光信号１５２の消光時に非線形媒質１１１から出射する基準連続パルス１５１が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる。【選択図】図１
2015118135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光リミッタ。
【請求項２】
前記第２入射部は、前記基準光と波長または偏光方向が異なる前記補助光を、前記第１入射部による光の入射方向と同方向で入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射した光のうちの前記補助光を除去する除去部を有することを特徴とする請求項１に記載の光リミッタ。
【請求項３】
前記第２入射部は、前記第１入射部による光の入射方向と異なる方向で前記補助光を入射させることを特徴とする請求項１に記載の光リミッタ。
【請求項４】
前記非線形媒質に比べて非線形効果が小さく、前記基準光および前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質と直列に配置される線形媒質を有し、
前記線形媒質は、前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射した光を、前記非線形媒質へ入射した光の入射方向と平行方向に出射させ、
前記反転出射部は、前記光信号の消光時に前記線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【請求項５】
前記基準光および前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質が複数直列に配置された媒質群を有し、
前記第１入射部は、前記媒質群に前記基準光および前記光信号を入射させ、
前記第２入射部は、前記媒質群のうちの前記非線形媒質のそれぞれに前記補助光を入射させ、
前記反転出射部は、前記媒質群から出射する前記基準光が入射する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【請求項６】
前記光信号の点灯時に前記非線形媒質から出射する前記光信号が入射する位置に設けられ、入射した光の反射を抑える反射抑制部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【請求項７】
前記第１入射部は、前記基準光および前記光信号をそれぞれ波長分離して入射させ、
前記第２入射部は、波長分離した前記基準光および前記光信号の各波長成分が透過する部分に前記補助光を入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光の各波長成分が入射する位置に設けられ、入射した光を合波して前記反転出射部に出射させる合波部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【請求項８】
入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を前記屈折率によって異なる透過率で透過させ、入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する非線形媒質と、
前記非線形媒質に強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記光信号の強度との合計の変動範囲が少なくとも前記第１範囲の一部および前記第２範囲の一部を含む範囲となる強度の補助光を、前記非線形媒質のうちの前記光信号が透過する部分に入射させる第２入射部と、
を有することを特徴とする光リミッタ。
【請求項９】
強度変調の複数の光信号を合波する合波部と、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光、および前記合波部によって合波された前記光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光論理回路。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の複数の光リミッタを含む光論理回路であって、
前記複数の光リミッタは、光源によって生成された前記補助光を前記第２入射部が入射させる第１光リミッタと、前記第１光リミッタから出射した前記補助光を前記第２入射部が入射させる第２光リミッタと、を含むことを特徴とする光論理回路。
【請求項１１】
入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する光リミッタと、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および前記光リミッタから出射した強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とするコンパレータ。
【請求項１２】
強度変調の光信号を分岐する分岐部と、
前記分岐部によって分岐された各光信号が入射する複数の請求項１１に記載のコンパレータと、
を有することを特徴とするデジタル変換器。
【請求項１３】
光伝送路を介して送信された強度変調の光信号を再生中継する光伝送装置であって、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および前記光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項１４】
第１入射部が、入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質に、所定強度の基準光および強度変調の光信号を入射させ、
第２入射部が、前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられる反転出射部が、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる、
ことを特徴とする光処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リミッタ、光論理回路、コンパレータ、デジタル変換器、光伝送装置および光処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光伝送路内を伝搬する光波の光強度が一定レベルを超えないように制限する光リミッタ回路が知られている。例えば、非線形現象を応用した光リミッタに関し、互いに接した大きな３次の非線形感受率を有する非線形媒質と石英系導波路などの線形媒質との間の非線形現象を用いた光リミッタが知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００３】
また、四光波混合を応用した光リミッタに関し、光パラメトリック効果を応用した光リミッタが知られている（例えば、下記特許文献２参照。）。また、非線形有機色素を用いた導波路型光変調・スイッチングデバイスに関し、光導波路の構造としてベースガラス導波路上に色素薄膜を蒸着することにより非線形導波路を形成し、線形光学材料と非線形光学材料の複合光学系を作成する点が知られている（例えば、下記非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２１０９３８号公報
【特許文献２】特開２０００−０３１９０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｈｉｒｏｓｈｉ  ＭＵＲＡＴＡ、Ｍａｓａｙｕｋｉ  ＩＺＵＴＳＵ、「Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｉｎｄｅｘ  Ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  ａ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｏｆ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｑｕｉｎｏｉｄ  Ｄｙｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ」、ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  ‘９８、ＡＵＧＵＳＴ  １９９８、Ｐ．３１３〜３１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、光カー効果などの非線形効果を用いた光リミッタにおいて、光信号の強度が低い場合には大きな非線形効果を得ることができず、リミッタ機能を得ることが困難である。
【０００７】
１つの側面では、本発明は、光信号の強度が低くてもリミッタ機能を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によれば、入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質に所定強度の基準光および強度変調の光信号を入射させ、前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させ、前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられる反転出射部が、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる、光リミッタ、光論理回路、コンパレータ、デジタル変換器、光伝送装置および光処理方法が提案される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、光信号の強度が低くてもリミッタ機能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる光リミッタの構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、ハーフミラー部の一例を示す説明図である。
【図３】図３は、入射光パワーと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例１を示す説明図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例２を示す説明図である。
【図６】図６は、実施の形態１の変形例３を示す説明図である。
【図７】図７は、実施の形態１の変形例４を示す説明図である。
【図８】図８は、実施の形態１の変形例５を示す説明図である。
【図９】図９は、実施の形態１の変形例６を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２にかかる光リミッタの一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、入射光パワーと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、媒質の長さと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２の変形例１を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２の変形例２を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３にかかる光リミッタの構成例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、光信号の入射方向と逆方向から強い光を導波路媒質群へ入射させる構成の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、強い光および光信号の各パルスのタイミングの一例を示す説明図である。
【図１８】図１８は、生成部の詳細構成の一例を示す説明図である。
【図１９】図１９は、光リミッタを用いたＯＲ論理回路の構成例を示す説明図である。
【図２０】図２０は、ＯＲ論理回路を用いた光論理回路の構成例を示す説明図である。
【図２１】図２１は、光リミッタを用いたデジタル変換器の構成例を示す説明図である。
【図２２】図２２は、分岐部の詳細構成の一例を示す説明図である。
【図２３】図２３は、コンパレータの適用例を示す説明図である。
【図２４】図２４は、光リミッタの光伝送装置への適用例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、本発明にかかる光リミッタ、光論理回路、コンパレータ、デジタル変換器、光伝送装置および光処理方法の実施の形態１〜５を詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
（光リミッタの構成例）
図１は、実施の形態１にかかる光リミッタの構成例を示す説明図である。図１において、光リミッタ１００は、導波路媒質１１０と、ハーフミラー部１２０と、を有する。導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１と、線形媒質１１２と、を有する。
【００１３】
光リミッタ１００は、光信号１５２のレベルを所定のレベル（以下、基準レベルと称する）以下に抑える光リミッタである。非線形媒質１１１は、入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる。非線形媒質１１１は、屈折率Ｎ１の非線形効果が大きい媒質である。
【００１４】
線形媒質１１２は、非線形媒質１１１に比べて非線形効果が小さく、非線形媒質１１１の後段に直列して配置される。線形媒質１１２は、例えば屈折率Ｎ２の非線形効果が小さい媒質である。線形媒質１１２は、非線形媒質１１１を支持して固定させるとともに、導波路を形成し、入射した光と平行方向に光を出射させる。
【００１５】
導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１と線形媒質１１２とを隣接させて直列配置されており、図中のｘ軸方向に平行方向に光が入射する。導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１と線形媒質１１２との境界となる境界面１１３（反射面）を有する。境界面１１３は、導波路媒質１１０に入射する光の光路１３０（ｘ軸方向）に対して垂直とならない面を有する。言い換えれば、境界面１１３は、ｙ軸方向に平行ではない面を有する。
【００１６】
導波路媒質１１０には、基準連続パルス１５１と、光信号１５２と、強い光１５３と、を含む光が入射する。基準連続パルス１５１は、基準レベルの２倍の連続パルスである。なお、基準連続パルス１５１には、連続パルスに限らず、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）光を用いることも可能である。
【００１７】
光信号１５２は、強度変調された光であり、基準レベルとは異なる均一化したパルスである。光信号１５２は、例えば、「０」、「１」、「２」といった、３種類のレベルを示す信号である。光信号１５２は、プリズム等の光周波数で分離され、空間的に離して光リミッタ１００に入射する。なお、光信号１５２は、不均一なパルスであってもよい。
【００１８】
基準連続パルス１５１および光信号１５２は、例えばそれぞれ同じ波長である。基準連続パルス１５１および光信号１５２は、それぞれ非線形媒質１１１の同じ位置に入射する。光リミッタ１００は、非線形媒質１１１に所定強度の基準連続パルス１５１および強度変調の光信号１５２を入射させる第１入射部の機能を有している。
【００１９】
強い光１５３は、補助光の一例であり、例えば、基準連続パルス１５１および光信号１５２とは波長または偏光方向が異なる高強度の連続パルスであり、後に分離することができる光である。強い光１５３は、基準連続パルス１５１および光信号１５２の入射方向と同方向で非線形媒質１１１に入射する。強い光１５３は、光信号１５２の非線形効果を顕著化するための光である。
【００２０】
強い光１５３には、連続パルスに限らず、ＣＷ光を用いることも可能である。強い光１５３は、基準連続パルス１５１および光信号１５２の偏光方向が一定である場合には、基準連続パルス１５１および光信号１５２とは異なる偏光方向の光としてもよい。光リミッタ１００は、非線形媒質１１１のうちの基準連続パルス１５１および光信号１５２が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部の機能を有している。
【００２１】
非線形効果とは、例えば、入射する光の強度を変化させることによって、屈折率を変化させ、これにより、光の波形や方向を変化させることである。線形媒質１１２等の非線形効果が小さい媒質では入射する光の強度を変えたとしても光の進行方向はほとんど変わらないものの、非線形効果が大きい非線形媒質１１１では入射する光の強度を変えたとすると光の進行方向が変わる。
【００２２】
光リミッタ１００において、導波路媒質１１０に所定の強度の光を入射させると、光は境界面１１３にて光の進行方向が変わることなく、そのまま光路１３０上を直進する。一方、所定の強度以外の光を導波路媒質１１０に入射させると、光は境界面１１３において光路１３０から逸れて、例えば光路１３１上を直進する。
【００２３】
所定の強度は、基準連続パルス１５１および強い光１５３の光の強度である。つまり、基準連続パルス１５１と強い光１５３との光が導波路媒質１１０に入射しており、光信号１５２が入射していない消光状態において、光は、境界面１１３で反射せずに、そのまま光路１３０を直進する。
【００２４】
導波路媒質１１０は、例えば、光が入射する非線形媒質１１１の入射面と、光が出射する線形媒質１１２の出射面と、が互いに平行に構成されている。また、境界面１１３は、非線形媒質１１１および線形媒質１１２の向かい合う面が相互に平行に構成されている。さらに、非線形媒質１１１は、光信号１５２の消光時における基準連続パルス１５１および強い光１５３が入射している状態において、線形媒質１１２の屈折率と同じ屈折率で光を屈折させる。
【００２５】
このような構成のため、線形媒質１１２は、光信号１５２の消光時に非線形媒質１１１から出射した光を、非線形媒質１１１へ入射した光の入射方向と平行方向に出射させることができる。また、線形媒質１１２は、非線形媒質１１１と接触して配置されているため、線形媒質１１２から出射させる光を、非線形媒質１１１を透過する光の透過方向と同じ方向にすることができ、つまり、一直線状にすることができる。
【００２６】
一方、導波路媒質１１０に入射させる光の強度が所定の強度以外とは、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３との光の強度である。所定の強度以外の光が導波路媒質１１０に入射している状態において、光は、境界面１１３で光路１３１の方向へ進行方向を変える。このように、光信号１５２の有無によって光の強度を変化させることにより、光の進行方向を変えることができる。
【００２７】
光信号１５２には、消光時のＯＦＦを示す「０」の信号と、点灯時のＯＮおよびレベル１を示す「１」の信号と、点灯時のＯＮおよびレベル１よりも高レベルのレベル２を示す「２」の信号と、がある。レベルが「１」または「２」の光信号１５２が入射している場合、いずれも光は光路１３０から逸れた光路１３１へと進む。
【００２８】
光信号１５２が「１」の場合と「２」の場合とでは、それぞれ光路１３０に対する光路１３１の角度が異なる。具体的には、光路１３１は、例えば、光信号１５２の強度が高い場合ほどｙ軸方向側に傾いた方向となり、つまり、光路１３０から逸れる角度が大きくなる。光リミッタ１００においては、強い光１５３が入射しているため、光信号１５２の強度が弱くても、光路１３０から逸れる角度を大きくすることができ、すなわち、非線形効果を顕著化することができる。
【００２９】
光信号１５２が「０」の場合、つまり、基準連続パルス１５１と強い光１５３との光が導波路媒質１１０へ入射している場合、入射した光は、ハーフミラー部１２０へ出射する。すなわち、基準連続パルス１５１および強い光１５３との光が導波路媒質１１０へ入射している場合には、ハーフミラー部１２０へＯＮを示す光が出射する。
【００３０】
一方、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３との光が導波路媒質１１０へ入射している場合、光は、光路１３０を直進せずに光路１３１を進むため、ハーフミラー部１２０へ出射しない。すなわち、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３との光が導波路媒質１１０へ入射している状態では、ハーフミラー部１２０へＯＦＦを示す光が出射する。なお、導波路媒質１１０とハーフミラー部１２０との間は、導波路媒質１１０から出射する光が光路１３０に対して逸れているか否かを判別することができる程度の距離が設けられている。
【００３１】
このように、光信号１５２の入射がない場合にＯＮを示す光がハーフミラー部１２０へ出射し、また、光信号１５２が「１」であるか「２」であるかに関係なく、光信号１５２の入射がある場合にＯＦＦを示す光がハーフミラー部１２０へ出射する。すなわち、光信号１５２の有無に対して、反転論理の光がハーフミラー部１２０へ出射する。
【００３２】
ハーフミラー部１２０の詳細については、図２を用いて後述するが、ハーフミラー部１２０には、例えば２つの接続部が設けられており、一方の接続部には導波路媒質１１０から出射した光が入射する。また、他方の接続部には導波路媒質１１０に入射する基準連続パルス１５１と同様の基準連続パルス１５１が入射する。
【００３３】
ハーフミラー部１２０は、反転出射部の一例であり、光信号１５２の消光時に非線形媒質１１１から出射する基準連続パルス１５１が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる。ハーフミラー部１２０は、入射した光を反転論理して基準レベルの光信号を出射させることが可能である。
【００３４】
光信号１５２の消光時に導波路媒質１１０から出射した光に含まれる強い光１５３は、例えば、後述する波長分離部（図１５参照）において除去されてから、ハーフミラー部１２０に入射する。なお、強い光１５３を除去する段階は、ハーフミラー部１２０に入射する前に限らず、ハーフミラー部１２０から出射した後としてもよい。
【００３５】
ここで、外部から供給される強い光１５３の電界強度をＥｅｘｔとし、光信号１５２の強度をＥとした場合、屈折率Ｎ１は、下記（１）式によって表すことができる。
【００３６】
Ｎ１＝Ｎ＋ｄＮ×（Ｅ＋Ｅｅｘｔ）2…（１）式
【００３７】
Ｎは、非線形媒質毎の定数であり、電界強度が０のときの屈折率を示す。ｄＮは、非線形媒質毎の係数である。上記（１）式によれば、非線形屈折率ｄＮや光信号１５２の強度Ｅが小さくても、電界による屈折率の変化は、ｄＮ×｛Ｅ2＋２×Ｅ×Ｅｅｘｔ＋Ｅｅｘｔ2｝となり、Ｅの変化が小さくても、Ｅｅｘｔが大きいと、Ｅ×Ｅｅｘｔに示すようにＥを含む項の変化が大きくなる。このように、光信号１５２を増幅させなくても、外部から強い光１５３を混合することにより、屈折率Ｎ１を変化させることができる。
【００３８】
（ハーフミラー部の一例）
図２は、ハーフミラー部の一例を示す説明図である。図２に示すように、ハーフミラー部１２０は、接続部２０１，２０２，２０３，２０４と、ハーフミラー２１０と、を有する。接続部２０１には、導波路媒質１１０から出射した光（ＯＮパルスまたはＯＦＦパルス）が入射する。接続部２０２には、導波路媒質１１０に入射する基準連続パルス１５１と同様の基準レベルの２倍の基準連続パルス１５１が入射する。
【００３９】
ハーフミラー２１０は、接続部２０１，２０２から入射した光を反射および透過させて、接続部２０３，２０４へ出力させる。具体的には、接続部２０１から入射した光を、位相をπラジアンシフトさせた反射光（点線）と、この反射光とほぼ同強度の位相をシフトさせていない透過光と、に分岐させる。ハーフミラー２１０は、接続部２０１から入射した光の反射光を接続部２０３へ出射し、接続部２０１から入射した光の透過光を接続部２０４へ出射する。
【００４０】
また、ハーフミラー２１０は、接続部２０２から入射した光の位相をシフトさせずに、それぞれほぼ同強度の反射光と透過光とに分岐する。ハーフミラー２１０は、接続部２０２から入射した光の透過光を接続部２０３へ出射し、接続部２０２から入射した光の反射光を接続部２０４へ出射する。なお、ハーフミラー２１０には、例えば、金属薄膜が用いられる。
【００４１】
また、接続部２０３は、接続部２０１に入射した光の反射光と、接続部２０２に入射した光の透過光と、を合波して出射させる。接続部２０４は、接続部２０１に入射した光の透過光と、接続部２０２に入射した光の反射光と、を合波して出射させる。
【００４２】
接続部２０１および接続部２０２の双方に同じ波長のＯＮパルスを入射させた場合には、接続部２０３からは、ＯＦＦパルスが出射する。接続部２０１および接続部２０２の一方に、ある波長のＯＮパルスを入射させ、他方に同じ波長のＯＦＦパルスを入射させた場合、接続部２０３からは、強度がほぼ半分のＯＮパルスが出射する。
【００４３】
また、接続部２０１および接続部２０２の双方に同じ波長のＯＦＦパルスを入射させた場合には、接続部２０３からは、ＯＦＦパルスが出射する。このため、接続部２０３からは、接続部２０１に入射させたパルスに対して、強度が半分の反転論理の信号を出射させることができる。
【００４４】
また、接続部２０１および接続部２０２の双方に同じ波長のＯＮパルスを入射させた場合には、接続部２０４からは、強度がほぼ同じＯＮパルスが出射する。また、接続部２０１および接続部２０２の一方に、ある波長のＯＮパルスを入射させ、他方に同じ波長のＯＦＦパルスを入射させた場合、接続部２０４からは、強度がほぼ半分のＯＮパルスが出射する。また、接続部２０１および接続部２０２の双方にＯＦＦパルスを入射させた場合には、接続部２０４からは、ＯＦＦパルスが出射する。なお、光リミッタ１００において、接続部２０４から出射する光を用いずに、接続部２０３から出射する光のみを用いるようにしてもよい。
【００４５】
（入射光パワーと出射光パワーの関係の一例）
図３は、入射光パワーと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。図３において、横軸は入射光パワーを示しており、縦軸は出射光パワーを示している。入射光パワーは、導波路媒質１１０に入射する光の強度であり、具体的には、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３とを含む光の強度である。出射光パワーは、導波路媒質１１０から出射する光の強度である。
【００４６】
関係３００に示すように、入射光パワーがｐ１付近において、出射光パワーが高くなっており、ｐ１付近を除く入射光パワーに対応する出射光パワーは０になっている。具体的には、関係３００は、入射光パワーがｐ１付近において、光が透過することを示している。入射光パワーがｐ１となるのは、光信号１５２が入射せずに、基準連続パルス１５１および強い光１５３の光が入射しているときである。つまり、基準連続パルス１５１および強い光１５３の光が導波路媒質１１０に入射している状態において、光は、境界面１１３で反射せずに、非線形媒質１１１および線形媒質１１２を透過し、光路１３０を直進することを示している。
【００４７】
一方、ｐ１を除く入射光パワーとなる場合、例えば、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３との光が導波路媒質１１０へ入射する場合、出射光パワーは０となる。つまり、入射光に光信号１５２が含まれる場合、非線形媒質１１１における屈折率が変化し、光が光路１３１の方向へ進行方向を変えることを示している。このように、光信号１５２の有無による光の強度に応じて、屈折率を変化させて光の出射方向を変えることができる。つまり、光信号１５２の有無による光の強度に応じて、出射光パワーを変えることができる。
【００４８】
なお、導波路媒質１１０としては、線形媒質１１２を用いない構成とすることも可能である。具体的には、導波路媒質１１０としては、線形媒質１１２を真空にし、非線形媒質１１１のみを用いた構成とすることも可能である。なお、以下に説明する変形例や他の実施の形態においても、線形媒質１１２を真空にし、非線形媒質１１１のみを用いる構成とすることも可能である。
【００４９】
光リミッタ１００では、均一なパルスの光信号１５２のほかにも、不均一なパルスを用いることもできる。不均一なパルスとは、光信号１５２が、「０」、「１」、「２」の信号ではなく、例えば、「０．７」といった信号である。光リミッタ１００は、「０．７」の光信号１５２が入射した場合に、この光信号１５２を、例えば「１」に成形する。
【００５０】
このように、光信号１５２が不均一なパルスである場合でも、データパルスの有無によって屈折率の不一致を生じさせることができるため、直進方向には、均一のパルスデータを得ることができる。つまり、レベルが異なる光信号１５２を基準レベルのデータにするといった転写を行うことができ、光トランジスタ動作と同様の光増幅の効果を得ることができる。
【００５１】
実施の形態１によれば、非線形媒質１１１に強い光１５３を入射することにより、光信号１５２の強度が弱くても非線形媒質１１１において非線形効果を効率よく発生させることができる。このため、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、非線形効果を得るために光リミッタの光路を長くしなくても、所望強度の光信号を効率よく得ることができるため、装置が大型化することを抑えることができる。
【００５２】
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１について説明する。実施の形態１の変形例１は、強い光１５３の導波路媒質１１０への入射方向が、基準連続パルス１５１および光信号１５２の導波路媒質１１０への入射方向と相違する点で、実施の形態１と異なる。なお、以下の説明において、上述した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。以下に説明する他の変形例や他の実施の形態においても、同様に、既に説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図４は、実施の形態１の変形例１を示す説明図である。図４に示すように、光リミッタ１００は、導波路媒質１１０と、複数のプリズム４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄと、を有する。プリズム４００ａには、基準連続パルス１５１が常時入射し、また、光信号１５２が随時入射する。プリズム４００ａは、基準連続パルス１５１および光信号１５２をそれぞれ波長分離してプリズム４００ｂへ出射させる。
【００５４】
なお、プリズム４００ａは、説明の便宜上、光を光路４０１および光路４０２の２つに分離する場合について説明するが、実際には光を連続的な多数の波長に分離する。プリズム４００ｂは、プリズム４００ａから出射した光を、コリメート（平行化）して導波路媒質１１０へ出射させる。
【００５５】
導波路媒質１１０は、例えば、三角形状の非線形媒質１１１と、台形状の線形媒質１１２とを有する。導波路媒質１１０には、プリズム４００ｂからの基準連続パルス１５１および光信号１５２と、プリズム４００ｂからの光とは異なる方向からの強い光１５３と、が入射する。基準連続パルス１５１および光信号１５２を含む光と、強い光１５３とは、いずれも例えば境界面１１３に入射する。
【００５６】
このように、強い光１５３は、基準連続パルス１５１および光信号１５２の入射方向と異なる方向から入射する。また、強い光１５３は、波長分離した基準連続パルス１５１および光信号１５２の各波長成分が透過する部分に入射する。
【００５７】
境界面１１３によって反射した強い光１５３の反射光は、基準連続パルス１５１および光信号１５２を妨げずに外部に出射する。言い換えれば、境界面１１３には、各反射光を外部に逃がすように角度が付けられている。このように、強い光１５３は、導波路媒質１１０へ入射する方向が基準連続パルス１５１および光信号１５２とは異なるため、相互に干渉することがない。そのため、強い光１５３の波長は、基準連続パルス１５１および光信号１５２と同じ波長または同じ偏光方向としてもよい。
【００５８】
入射光に光信号１５２が含まれない場合、導波路媒質１１０は、基準連続パルス１５１および光信号１５２の光をプリズム４００ｃへ出射させる。一方、入射光に光信号１５２が含まれる場合、導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１の非線形効果により、光の進行方向を光路４０１，４０２から逸らし、光をプリズム４００ｃへ出射させない。
【００５９】
基準連続パルス１５１および光信号１５２の入射方向とは異なる方向から強い光１５３が入射する構成では、強い光１５３を後段へ出射させずに外部へ出射させるため、導波路媒質１１０から出射させる光に強い光１５３が含まれない。そのため、強い光１５３を除去する波長分離部（図１５参照）を設けないようにすることができる。なお、以下に説明する他の変形例や他の実施の形態においても、基準連続パルス１５１と異なる方向から強い光１５３を入射させる構成では、強い光１５３を除去する波長分離部（図１５参照）を設けないようにすることができる。
【００６０】
プリズム４００ｃは、最も後段の導波路媒質１１０から出射した光を、光の進行方向を変えてプリズム４００ｄへ出射させる。プリズム４００ｄは、プリズム４００ｃから出射した光を合波して、後段のハーフミラー部１２０へ出射させる。プリズム４００ｄは、合波部の一例であり、光信号１５２の消光時に導波路媒質１１０から出射する基準連続パルス１５１の各波長成分が入射する位置に設けられ、入射した光を合波して、ハーフミラー部１２０へ出射させる。
【００６１】
強い光１５３が、光路４０１，４０２上の基準連続パルス１５１および光信号１５２を妨げることがないようにするために、光路４０１，４０２を含む平面であるｘｙ平面以外の方向から強い光１５３を入射させる構成としてもよい。言い換えれば、光リミッタ１００は、非線形媒質１１１から出射する基準連続パルス１５１の各波長成分の光路４０１，４０２を含む平面（ｘｙ平面）上の方向とは異なる方向から強い光１５３を非線形媒質１１１へ入射させる構成としてもよい。
【００６２】
以下に説明する他の変形例や他の実施の形態においても、光信号１５２とは異なる方向から強い光１５３を入射させる構成では、強い光１５３を入射させる方向を、光路４０１，４０２を含むｘｙ平面以外の方向としてもよい。
【００６３】
また、非線形効果によって反射した反射光が、光路４０１，４０２上の光を妨げることがないようにするために、導波路媒質１１０の境界面１１３は、光路４０１，４０２を含むｘｙ平面以外の方向に光を反射させる構成にしてもよい。言い換えれば、光リミッタ１００は、非線形媒質１１１から出射する基準連続パルス１５１の各波長成分の光路４０１，４０２を含む平面（ｘｙ平面）上の方向とは異なる方向に光信号１５２を出射させる構成としてもよい。
【００６４】
このようにするには、図４に示す導波路媒質１１０を、例えばｘ軸方向を回転軸として回転させた構成とすればよい。以下に説明する他の変形例や他の実施の形態においても、非線形効果によって反射した反射光を、光路４０１，４０２を含むｘｙ平面以外の方向に反射させるようにしてもよい。
【００６５】
実施の形態１の変形例１によれば、実施の形態１と同様に、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、基準連続パルス１５１および光信号１５２をそれぞれ波長分離してから強い光１５３を入射させるため、波長毎に非線形効果を得ることができ、クロストークを抑えることができる。また、光リミッタ１００は、強い光１５３を後段へ出射させずに外部へ出射させるため、強い光１５３を除去しなくて済むという効果を得ることができる。
【００６６】
（実施の形態１の変形例２）
次に、実施の形態１の変形例２について説明する。実施の形態１の変形例２は、複数の導波路媒質１１０を直列に配置した構成（多段構成）にした点で実施の形態１と異なる。
【００６７】
図５は、実施の形態１の変形例２を示す説明図である。図５に示すように、プリズム４００ａには、基準連続パルス１５１および強い光１５３が常時入射し、また、基準連続パルス１５１および強い光１５３に加えて光信号１５２が随時入射する。プリズム４００ｂは、プリズム４００ａからの出射光を、進行方向を変えて、コリメートして導波路媒質群５００へ出射する。
【００６８】
導波路媒質群５００は、媒質群の一例であり、複数の導波路媒質１１０が光の進行方向（ｘ軸方向）に直列配置されたものである。具体的には、導波路媒質群５００は、非線形媒質１１１と、非線形媒質１１１に比べて非線形効果が小さい線形媒質１１２と、の組が、基準連続パルス１５１および光信号１５２の進行方向に対して複数直列に配置された媒質群である。
【００６９】
導波路媒質１１０の非線形媒質１１１は、例えば台形状または三角形状の形状を有する。また、線形媒質１１２は、例えば台形状の形状を有する。導波路媒質群５００には、無反射コーティング部５０１が設けられている。無反射コーティング部５０１は、反射抑制部の一例であり、光信号１５２の点灯時に非線形媒質１１１から出射する光信号１５２が入射する位置に設けられており、入射した光の反射を抑える機能を有する。
【００７０】
具体的には、無反射コーティング部５０１は、導波路媒質群５００に入射した、基準連続パルス１５１と光信号１５２と強い光１５３とを含む光が非線形効果によって光路４０１，４０２から逸れた光が反射して光路４０１，４０２に進入しないようにする。これにより、反射光が、光路４０１，４０２上の光を妨げないようにすることができる。
【００７１】
入射光に光信号１５２が含まれない場合、導波路媒質群５００は、プリズム４００ｃへ光を出射させる。入射光に光信号１５２が含まれる場合、導波路媒質群５００は、非線形媒質１１１の非線形効果により、光の進行方向を光路４０１，４０２から逸らし、無反射コーティング部５０１の方向へ光を出射させることにより、プリズム４００ｃへ光を出射させない。
【００７２】
プリズム４００ｃは、導波路媒質群５００から出射した光を、光の進行方向を変えてプリズム４００ｄへ出射させる。プリズム４００ｄは、プリズム４００ｃから出射した光を合波して、後段へ出射させる。プリズム４００ｄの後段には、導波路媒質群５００から出射する基準連続パルス１５１が入射する位置に、強い光１５３を除去する波長分離部（図１５参照）や、ハーフミラー部１２０が設けられている。
【００７３】
実施の形態１の変形例２では、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、導波路媒質１１０を多段にしたため、一の導波路媒質１１０では非線形効果によって光路４０１，４０２からわずかにしか進路を逸らすことができなくても、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができる。つまり、非線形効果をより顕著化することができる。また、基準連続パルス１５１および光信号１５２をそれぞれ波長分離してから強い光１５３を入射させるため、波長毎に非線形効果を得ることができ、クロストークを抑えることができる。
【００７４】
また、無反射コーティング部５０１により、非線形効果によって光路４０１，４０２から逸れた光が反射し他の光に干渉することによる信号品質の劣化を抑えることができる。
【００７５】
（実施の形態１の変形例３）
次に、実施の形態１の変形例３について説明する。実施の形態１の変形例３は、導波路媒質群５００に含まれる導波路媒質１１０の形状が上述した変形例２と異なる。
【００７６】
図６は、実施の形態１の変形例３を示す説明図である。図６に示すように、導波路媒質群５００は、複数の導波路媒質１１０がｘ軸方向に直列に配置されている。導波路媒質１１０の非線形媒質１１１は、例えば平行四辺形状または三角形状の形状を有する。線形媒質１１２は、例えば平行四辺形状または台形状の形状を有する。実施の形態１の変形例３の構成では、上述した変形例２の構成に比べて導波路媒質１１０の数が多く、また、非線形効果によって光路４０１，４０２から光を逸らす方向が変形例２と異なる。
【００７７】
このような構成によれば、上述した変形例２と同様に、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができ、非線形効果をより顕著化することができる。したがって、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。
【００７８】
（実施の形態１の変形例４）
次に、実施の形態１の変形例４について説明する。実施の形態１の変形例４は、導波路媒質群５００に含まれる導波路媒質１１０の形状が上述した変形例２，３と異なる。
【００７９】
図７は、実施の形態１の変形例４を示す説明図である。図７に示すように、導波路媒質群５００は、複数の導波路媒質１１０がｘ軸方向に直列に配置されたものである。導波路媒質１１０の非線形媒質１１１および線形媒質１１２は、例えば、それぞれ三角形状に形成されている。変形例４の構成では、上述した変形例２，３の構成に比べて導波路媒質１１０の数が多く、また、非線形効果によって光路４０１，４０２から光を逸らす方向が変形例２，３と異なる。
【００８０】
このような構成によれば、上述した変形例２，３と同様に、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができ、非線形効果をより顕著化することができる。したがって、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。
【００８１】
（実施の形態１の変形例５）
次に、実施の形態１の変形例５について説明する。実施の形態１の変形例５は、導波路媒質群５００に含まれる導波路媒質１１０の形状が上述した変形例２〜４と異なる。
【００８２】
図８は、実施の形態１の変形例５を示す説明図である。図８に示すように、導波路媒質群５００は、複数の導波路媒質１１０ａ，１１０ｂがｘ軸方向に直列に配置されている。複数の導波路媒質１１０ａ，１１０ｂは、それぞれ異なる形状を有する。導波路媒質１１０ａ，１１０ｂにおいて、非線形媒質１１１や線形媒質１１２は、それぞれ異なる形状を有する。
【００８３】
実施の形態１の変形例５の構成では、非線形効果によって光路４０１，４０２から光を逸らす方向を段階的に大きくすることができ、つまり、１段目よりも２段目を大きくすることができる。このような構成によれば、上述した変形例２〜４と同様に、非線形効果をより顕著化することができる。また、少ない段数で、光路４０１，４０２から光を逸らすことができ、より非線形効果を顕著化することができる。したがって、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。
【００８４】
（実施の形態１の変形例６）
次に、実施の形態１の変形例６について説明する。実施の形態１の変形例６は、複数の導波路媒質１１０を直列に配置した構成にし、強い光１５３の導波路媒質１１０への入射方向が基準連続パルス１５１および光信号１５２の導波路媒質１１０への入射方向とは相違する点で、実施の形態１と異なる。
【００８５】
図９は、実施の形態１の変形例６を示す説明図である。図９に示すように、プリズム４００ａには、基準連続パルス１５１が常時入射し、また、光信号１５２が随時入射する。
【００８６】
導波路媒質群５００は、複数の導波路媒質１１０がｘ軸方向に直列に配置されている。導波路媒質１１０の非線形媒質１１１は、例えば台形状または三角形状の形状を有する。線形媒質１１２は、例えば台形状に形成されている。導波路媒質群５００は、上述した変形例２のような無反射コーティング部５０１（図５参照）を有していない。導波路媒質群５００のうち、それぞれの導波路媒質１１０には、基準連続パルス１５１および光信号１５２とは異なる方向から、基準連続パルス１５１および光信号１５２の各波長成分に強い光１５３を入射させる。
【００８７】
導波路媒質１１０に入射した強い光１５３の反射光は、基準連続パルス１５１および光信号１５２を妨げずに外部に出射する。強い光１５３は、導波路媒質１１０へ入射する方向が基準連続パルス１５１および光信号１５２と異なるため、相互に干渉することがない。そのため、強い光１５３の波長は、基準連続パルス１５１および光信号１５２と同じ波長としてもよい。
【００８８】
入射光に光信号１５２が含まれない場合、導波路媒質群５００は、プリズム４００ｃへ光を出射させる。一方、入射光に光信号１５２が含まれる場合、導波路媒質群５００は、非線形媒質１１１の非線形効果により、基準連続パルス１５１および光信号１５２を含む光の進行方向を光路４０１，４０２から逸らし、光をプリズム４００ｃへ出射させない。
【００８９】
また、基準連続パルス１５１および光信号１５２の入射方向とは異なる方向から強い光１５３を入射させる構成では、強い光１５３は外部に出射するため、導波路媒質１１０から出射する光に強い光１５３が含まれない。そのため、強い光１５３を除去する波長分離部（図１５参照）を設けないようにすることができる。
【００９０】
実施の形態１の変形例６によれば、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができ、非線形効果をより顕著化することができる。したがって、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、強い光１５３を後段へ出射させずに外部へ出射させるため、強い光１５３を除去しなくて済むという効果を得ることができる。
【００９１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、導波路媒質１１０に入射する光の光路４０１，４０２と、導波路媒質１１０の境界面１１３と、が垂直になるように構成されている点で、実施の形態１と異なる。実施の形態２では、入射光の強度に応じて非線形媒質における透過率が異なるという点を利用しており、実施の形態１のように光信号１５２の有無に応じた反転論理の信号が出射する、という構成ではない。そのため、実施の形態２では、基準連続パルス１５１およびハーフミラー部１２０を用いない構成となっている。
【００９２】
（光リミッタの構成例）
図１０は、実施の形態２にかかる光リミッタの一例を示す説明図である。図１０において、光リミッタ１０００は、アイソレータ１００１と、複数のプリズム４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄと、導波路媒質１１０と、を有する。アイソレータ１００１は、アイソレータ１００１に入射した信号と、アイソレータ１００１から出射した信号との間を絶縁する機能を有する。
【００９３】
アイソレータ１００１には、光信号１５２と強い光１５３とを含む光が入射する。アイソレータ１００１は、入射した光をプリズム４００ａへ出射させる。アイソレータ１００１から出射した光は、プリズム４００ａや導波路媒質１１０等に反射したとしても、アイソレータ１００１に再度入射することはなく、アイソレータ１００１によって除去される。
【００９４】
プリズム４００ａには、アイソレータ１００１から出射した、光信号１５２および強い光１５３を含む光が入射する。プリズム４００ａは、光信号１５２および強い光１５３をそれぞれ波長分離してプリズム４００ｂに入射させる。導波路媒質１１０には、プリズム４００ｂからのコリメートした光が入射する。
【００９５】
導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１と、線形媒質１１２と、境界面１１３と、を有する。非線形媒質１１１は、入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を屈折率によって異なる透過率で透過させる。非線形媒質１１１は、入射光が低強度の第１範囲（例えば図１１の入射光パワーｐ２未満の範囲）である場合の透過率より、入射光の強度が第１範囲より高い第２範囲（例えば図１１の入射光パワーｐ２以上の範囲）である場合の透過率が小さい特性を有する。光リミッタ１０００は、非線形媒質１１１に強度変調の光信号１５２を入射させる第１入射部の機能を有する。
【００９６】
線形媒質１１２は、非線形媒質１１１に比べて非線形効果が小さく、光信号１５２の進行方向に対して非線形媒質１１１と直列に配置されて非線形媒質１１１から入射した光を透過させる。
【００９７】
境界面１１３は、入射する光の光路４０１，４０２に対して垂直になるように設けられている。導波路媒質１１０は、光の強度によって光の進む方向を変えずに、光を直進させる。強い光１５３は、光信号１５２の強度との合計の変動範囲が少なくとも低強度の第１範囲の一部および高強度の第２範囲の一部を含む範囲（例えば図１１の入射光パワーｐ２を跨ぐ変動範囲）の強度となる光である。
【００９８】
また、強い光１５３は、光信号１５２と波長または偏光方向が異なっているため、光信号１５２の入射方向と同方向で入射することが可能である。また、強い光１５３は、波長分離した光信号１５２の各波長成分が透過する部分に入射する。光リミッタ１０００は、非線形媒質１１１のうちの光信号１５２が透過する部分に強い光１５３を入射させる第２入射部の機能を有する。
【００９９】
実施の形態２にかかる光リミッタ１０００において、導波路媒質１１０に低強度の第１範囲の光が入射すると、非線形媒質１１１による反射によって光の強度を減衰させる。一方、導波路媒質１１０に高強度の強度以上の光が入射すると、非線形媒質１１１における反射による光の強度の減衰が止まり、入射した光は非線形媒質１１１および線形媒質１１２を透過する。
【０１００】
例えば、光リミッタ１０００は、導波路媒質１１０へ入射する光のパワーが「２」のときに透過率を１／２とし、「１」のときにはそのまま通過させる構成としている。なお、入射光パワーと出射光パワーの関係については、図１１を用いて後述する。線形媒質１１２を透過した光は、プリズム４００ｃへ出射する。
【０１０１】
プリズム４００ｃは、導波路媒質１１０から出射した光を、光の進行方向を変えてプリズム４００ｄへ出射させる。プリズム４００ｄは、プリズム４００ｃから出射した光を合波して、後段へ出射させる。また、出射する光に含まれる強い光１５３は、後述する波長分離部（図１５参照）において、除去される。プリズム４００ｄは、合波部の一例であり、導波路媒質１１０から出射する光の各波長成分が入射する位置に設けられ、入射した光を合波して後段へ出射させる。
【０１０２】
（入射光パワーと出射光パワーの関係の一例）
図１１は、入射光パワーと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。図１１において、横軸は入射光パワーを示しており、縦軸は出射光パワーを示している。入射光パワーは、導波路媒質１１０に入射する光の強度であり、具体的には、光信号１５２と強い光１５３との光の強度である。出射光パワーは、導波路媒質１１０から出射する光の強度である。
【０１０３】
関係１１００に示すように、入射光パワーが第１範囲であるｐ２未満の場合には、入射するパワーが増加すると透過する光のパワーも増加する。入射光パワーが第２範囲の最小値であるｐ２になると、出射光パワーもほぼｐ２で飽和し、入射光パワーがｐ２以上になっても出射光パワーはｐ２以上には上がらない。また、導波路媒質１１０は、ｐ２の２倍の入射光パワーを有する光が入射した場合、入射光の強度を半減させたｐ２の光を出射させる。このように、導波路媒質１１０は、入射光パワーがｐ２以上の光の出射光パワーをｐ２に抑えることができる。
【０１０４】
このような関係１１００を満たすには、例えば、導波路媒質１１０の媒質の長さについても一定の条件を満たす必要がある。ここで、導波路媒質１１０の媒質の長さと出射光パワーの関係について説明する。
【０１０５】
（媒質の長さと出射光パワーの関係の一例）
図１２は、媒質の長さと出射光パワーの関係の一例を示す説明図である。図１２において、横軸は媒質の長さを示しており、縦軸は出射光パワーを示している。媒質の長さは、例えば導波路媒質１１０の長さである。出射光パワーは、導波路媒質１１０から出射する光の強度である。
【０１０６】
関係１２０１は、あるパワー（例えばｐ３）の光が導波路媒質１１０に入射した際の媒質の長さと出射光パワーの関係を示している。関係１２０２は、関係１２０１の倍のパワー（２×ｐ３）の入射信号が導波路媒質１１０に入射した際の媒質の長さと出射光パワーの関係を示している。関係１２０１，１２０２に示すように、導波路媒質１１０の媒質の長さがＬ１未満では反射によって出射光パワーは低下する。
【０１０７】
一方、導波路媒質１１０の媒質の長さがＬ１以上では、出射光パワーは飽和し、出射光パワーは低下しない。このように、導波路媒質１１０の媒質の長さと出射光パワーとに一定の関係がある。そのため、光リミッタ１０００は、出射光パワーが飽和する程度の長さを有する導波路媒質１１０を用いている。
【０１０８】
実施の形態２によれば、非線形媒質１１１に光信号１５２および強い光１５３を入射することにより、光信号１５２を含む光の強度が弱くても非線形媒質１１１において非線形効果を発生させることができる。このため、光信号を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、光信号１５２をそれぞれ波長分離してから強い光１５３を入射させるため、波長毎に非線形効果を得ることができ、クロストークを抑えることができる。
【０１０９】
（実施の形態２の変形例１）
次に、実施の形態２の変形例１について説明する。実施の形態２の変形例１は、導波路媒質１１０を直列に配置した構成（例えば２段）とした点で、実施の形態２と異なる。
【０１１０】
図１３は、実施の形態２の変形例１を示す説明図である。図１３に示すように、導波路媒質１１０は、非線形媒質１１１と、入射する光の強度にかかわらず屈折率がほぼ一定であり、非線形媒質１１１から出射した光をそれぞれ透過させる線形媒質１１２と、の組である。
【０１１１】
導波路媒質群５００は、複数の導波路媒質１１０をｘ軸方向に直列に配置した構成である。導波路媒質群５００の複数の導波路媒質１１０は、それぞれ、所定レベル以上のパワーを有する光が入射すると、それぞれの導波路媒質１１０の屈折率が等しくなって、透過率が１００％になるように設定されている。強い光１５３は、導波路媒質群５００のうちの非線形媒質１１１のそれぞれに入射する。光リミッタ１０００において、１面あたりの反射の割合を十分に小さくすることにより、反射光の影響を小さくすることができる。
【０１１２】
実施の形態２の変形例１の構成により、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、導波路媒質１１０を多段にしたため、一の導波路媒質１１０では非線形効果によって光路４０１，４０２からわずかにしか進路を逸らすことができなくても、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができる。つまり、非線形効果をより顕著化することができる。
【０１１３】
（実施の形態２の変形例２）
次に、実施の形態２の変形例２について説明する。実施の形態２の変形例２は、強い光１５３の導波路媒質１１０への入射方向が、光信号１５２の導波路媒質１１０への入射方向と相違する点で、実施の形態２の変形例１とは異なる。
【０１１４】
図１４は、実施の形態２の変形例２を示す説明図である。図１４に示すように、光リミッタ１０００は、導波路媒質群５００と、アイソレータ１００１と、複数のプリズム４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄと、偏波分離部１４０１と、偏波回転部１４０２と、合波部１４０３と、を有する。
【０１１５】
アイソレータ１００１には、光信号１５２を含む光が入射する。この光は、例えばｚ軸方向の電界振幅を有する。アイソレータ１００１は、入射した光をプリズム４００ａへ出射させる。プリズム４００ａには、アイソレータ１００１から出射した光が入射する。
【０１１６】
導波路媒質群５００の導波路媒質１１０のそれぞれには、光信号１５２と、強い光１５３と、が入射する。強い光１５３は、例えば、電界振幅をｚ軸方向とした偏光面を整えた強い連続パルス（またはＣＷ光）であり、全ての波長信号に対して共通に作用する。強い光１５３は、光信号１５２の入射方向と異なる方向で非線形媒質１１１に入射する。強い光１５３の反射光は、光信号１５２を妨げずに外部に出射する。また、強い光１５３は、非線形媒質１１１から出射する光の各波長成分の光路４０１，４０２を含むｘｙ平面上の方向とは異なる方向から入射する。
【０１１７】
ここで、導波路媒質群５００は、例えば、非線形屈折率の異なる物質を一定間隔毎に配置した構成である。このような構成では、例えば、強い光１５３を入れて非線形効果が顕著になるタイミングに調整することによって、反射光が出射光と逆方向の結晶の反射面（境界面１１３）付近にあるときは非線形効果が起きないようにすることができる。なお、上述したタイミングは、例えば各反射面の間隔と強い光１５３のパルス間隔とによって調整することができる。
【０１１８】
ここで、例えば、非線形媒質１１１の厚さをｄとし、パルス伝搬速度をｖとすると、伝搬時間ｔ＝ｄ／ｖで手前の反射面に戻ることになるので、パルス間隔Ｔは、Ｔ＞ｔとして設計される。Ｎ段に層を重ねると、伝搬時間Ｎ×ｔがＴより大きくなり、Ｎ層手前の反射面で反射光が反射し得るため、周期的に層の厚さを調整してずらしたり、パルス間隔を長くしたりしている。
【０１１９】
プリズム４００ｄは、プリズム４００ｃから出射した光を合波して、偏波分離部１４０１へ出射させる。偏波分離部１４０１は、プリズム４００ｄから出射した光を分離し、分離した光を、偏波回転部１４０２および合波部１４０３へ出射させる。
【０１２０】
偏波回転部１４０２は、偏波分離部１４０１から出射した光を９０度回転させて、回転させた光を合波部１４０３へ出射させる。合波部１４０３は、偏波分離部１４０１から出射した光と、偏波回転部１４０２から出射した光と、を合波する。これにより、導波路媒質群５００における非線形効果の影響により偏波回転が生じても、出射する光の偏波を一定にすることができる。
【０１２１】
なお、偏波を特定方向に固定して出射させる方法として、数ターン巻いたファイバに磁界をかけるなどして、そこに光を通して偏波角を一方の方向に整える方法などがあるが、このような方法では、伝搬遅延が生じるため、処理能力が低下するおそれがある。
【０１２２】
実施の形態２の変形例２の構成では、多段構成によって光路４０１，４０２からの進路を大きく逸らすことができ、非線形効果をより顕著化することができる。したがって、光信号を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。また、伝搬遅延を小さくすることができ、処理能力の低下を抑えることができる。また、強い光１５３を後段へ出射させずに外部へ出射させるため、強い光１５３を除去しなくて済むという効果を得ることができる。
【０１２３】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１，２に示した光リミッタ１００，１０００の適用例について説明する。なお、実施の形態３では、実施の形態２に示した光リミッタ１０００を適用する場合について説明するが、実施の形態１に示した光リミッタ１００を適用する場合も同様である。
【０１２４】
（光リミッタの構成例）
図１５は、実施の形態３にかかる光リミッタの構成例を示す説明図である。図１５に示すように、光リミッタ１０００は、アイソレータ１００１と、複数のプリズム群４００Ａ，４００Ｂと、導波路媒質群５００と、生成部１５０１と、一括周波数シフト部１５０２と、波長分離部１５０３と、を有する。
【０１２５】
アイソレータ１００１には、多波長の光が入射する。アイソレータ１００１は、入射した光をプリズム群４００Ａへ出射させる。生成部１５０１は、強い光１５３を生成する。生成部１５０１の詳細については、図１８を用いて後述する。生成部１５０１は、生成した強い光１５３を一括周波数シフト部１５０２へ出射させる。
【０１２６】
一括周波数シフト部１５０２は、強い光１５３の各周波数を、光の各周波数（各波長）に対して例えばｄｆだけずらした周波数とするために、強い光１５３の各周波数を一括してシフトさせる。一括周波数シフト部１５０２は、各周波数をシフトさせた強い光１５３をプリズム群４００Ａへ出射させる。
【０１２７】
プリズム群４００Ａは、アイソレータ１００１から出射した光と、一括周波数シフト部１５０２から出射した強い光１５３とをコリメートして、導波路媒質群５００へ出射させる。強い光１５３および光信号１５２は、それぞれ波長（周波数）が異なるので、波長多重してから同一レンズで拡散させて照射したとしても、空間的にずれてしまう。そのため、プリズム群４００Ａは、各々をレンズやプリズム等で拡散させてコリメートしてから、位置を合わせて光を導波路媒質群５００へ入射させる。光信号１５２のパルスのタイミングと、強い光１５３を連続パルスとした場合のパルスのタイミングと、については図１７を用いて後述する。
【０１２８】
所定の強度以上の光が導波路媒質群５００へ入射すると、光が導波路媒質群５００を透過する。透過した光は、プリズム群４００Ｂへ出射する。プリズム群４００Ｂは、導波路媒質群５００から出射した光を合波して、波長分離部１５０３へ出射させる。
【０１２９】
波長分離部１５０３は、プリズム群４００Ｂから出射した光から、光信号１５２の波長と強い光１５３の波長とを分離させる。波長分離部１５０３は、分離した波長に対応する強い光１５３を、強い光１５３を再利用する所定の機能部へ出射させる。所定の機能部は、例えば、生成部１５０１などの光源を有さない他の光リミッタ１０００であり、具体的には、図１９，２０に示すＯＲ論理回路１９００内の光リミッタ１０００である。また、波長分離部１５０３は、波長分離した光信号１５２を後段へ出射させる。
【０１３０】
なお、強い光１５３については、光信号１５２の入射方向と同方向から入射させる構成に限らず、光信号１５２の入射方向と逆方向から入射させる構成としてもよい。ここで、光信号１５２の入射方向と逆方向から強い光を導波路媒質群５００へ入射させる構成について、図１６を用いて補足する。
【０１３１】
（光信号の入射方向と逆方向から強い光を導波路媒質群へ入射させる構成）
図１６は、光信号の入射方向と逆方向から強い光を導波路媒質群へ入射させる構成の一例を示す説明図である。図１６に示すように、光リミッタ１０００は、多波長ＣＷ光源１６０１と、フィルタ１６０２と、光論理回路１６０３と、プリズム群４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃと、を有する。多波長ＣＷ光源１６０１は、強い光である、多波長のＣＷ光を生成する。多波長ＣＷ光源１６０１は、生成した強い光をフィルタ１６０２へ出射する。
【０１３２】
強い光を逆方向から導波路媒質群５００へ入射させる構成においては、パルスのタイミングを一致させることを不要にするという観点から、連続パルスではなくＣＷ光を用いている。なお、パルスのタイミングを一致させるようにすれば、強い光に連続パルスを用いることも可能である。
【０１３３】
フィルタ１６０２は、例えば多波長ＣＷ光源１６０１から出射した強い光の各波長をｄｆだけずらした成分を抽出し、プリズム群４００Ｃへ出射させる。プリズム群４００Ｃは、フィルタ１６０２から出射した強い光を導波路媒質群５００へ出射させる。光論理回路１６０３には、光信号１５２が入射する。光論理回路１６０３は、入射した光信号１５２をプリズム群４００Ａへ出射させる。プリズム群４００Ａは、光論理回路１６０３から出射した光信号１５２を導波路媒質群５００へ出射させる。
【０１３４】
プリズム群４００Ａから出射した光信号１５２と、プリズム群４００Ｃから出射した強い光と、を合わせた光の強度が所定値以上の場合、プリズム群４００Ａから出射した光信号１５２が導波路媒質群５００を透過する。透過した光信号１５２は、プリズム群４００Ｂへ出射する。
【０１３５】
プリズム群４００Ｃから導波路媒質群５００へ出射した強い光は、プリズム群４００Ａへ出射する。プリズム群４００Ａは、導波路媒質群５００から出射した強い光を光論理回路１６０３へ出射させる。光論理回路１６０３は、プリズム群４００Ａから出射した強い光を、例えば強い光を再利用する所定の機能部へ出射させる。所定の機能部は、例えば、多波長ＣＷ光源１６０１などの光源を有さない他の光リミッタ１０００であり、具体的には、図１９，２０に示すＯＲ論理回路１９００内の光リミッタ１０００である。このように、強い光１５３を逆方向から導波路媒質群５００へ入射させる構成とすることも可能である。
【０１３６】
このような構成を用いて、非線形媒質１１１に強い光１５３を入射することにより、光信号１５２の強度が弱くても非線形媒質１１１において非線形効果を発生させることができる。このため、強度が低い光信号１５２を前段で強く増幅しなくてもリミッタ機能を得ることができる。
【０１３７】
（強い光および光信号の各パルスのタイミング）
図１７は、強い光および光信号の各パルスのタイミングの一例を示す説明図である。なお、図１７の説明では、強い光１５３を例えば連続パルスとして説明する。光信号１５２と、強い光１５３とは、それぞれ波長が異なる。そのため、各々をレンズやプリズム等で拡散させコリメートしてから、位置を合わせて入射させる。具体的には、周波数ｆ０の光信号１５２と、周波数ｆ０＋ｄｆの強い光１５３と、のタイミングを合わせるようにする。
【０１３８】
同様に、それぞれ周波数ｆｎの光信号１５２と、対応する周波数ｆｎ＋ｄｆの強い光１５３と、のタイミングを合わせるようにする。これにより、光信号１５２および強い光１５３を波長多重する際の空間的なずれを抑え、コリメートさせることができる。なお、図１７の説明では、強い光１５３を連続パルスとしたが、ＣＷ光でも同様である。
【０１３９】
（生成部の詳細構成の一例）
図１８は、生成部の詳細構成の一例を示す説明図である。図１８に示すように、生成部１５０１は、連続パルス光源１８０１と、周波数シフト部１８０２と、合波部１８０３と、ＣＷ光源１８０４と、交互３ｄＢ変調部１８０５と、アイソレータ１８０６と、波長分離部１８０７と、干渉部１８０８と、ループ利得部１８０９と、プリズム群４００Ａ，４００Ｂと、導波路媒質群５００と、を有する。
【０１４０】
連続パルス光源１８０１は、連続パルスを生成する。連続パルス光源１８０１は、生成した連続パルスを周波数シフト部１８０２へ出射させる。周波数シフト部１８０２は、連続パルス光源１８０１から出射した連続パルスの周波数を調整し、調整した連続パルスを合波部１８０３へ出射させる。合波部１８０３は、周波数シフト部１８０２から出射した連続パルスと、ループ利得部１８０９から出射した連続パルスと、を合波する。
【０１４１】
合波部１８０３は、合波した連続パルスを交互３ｄＢ変調部１８０５へ出射させる。ＣＷ光源１８０４は、ＣＷ光を生成し、生成したＣＷ光をプリズム群４００Ａへ出射させる。交互３ｄＢ変調部１８０５は、合波部１８０３から出射した連続パルスのレベルを調整し、レベルを調整した連続パルスをアイソレータ１８０６へ出射させる。アイソレータ１８０６は、交互３ｄＢ変調部１８０５から出射した連続パルスをプリズム群４００Ａへ出射させる。
【０１４２】
プリズム群４００Ａは、ＣＷ光源１８０４から出射したＣＷ光と、アイソレータ１８０６から出射した連続パルスとをコリメートして、導波路媒質群５００へ出射させる。所定の強度以上の光が導波路媒質群５００へ入射すると、入射した光が導波路媒質群５００を透過する。透過した光は、プリズム群４００Ｂへ出射する。プリズム群４００Ｂは、導波路媒質群５００から出射した光を合波して、波長分離部１８０７へ出射させる。波長分離部１８０７は、プリズム群４００Ｂから出射した光を波長分離することにより、プリズム群４００Ｂから出射した光を強い光とループ用の光とに分離する。
【０１４３】
波長分離部１８０７によって波長分離された強い光が、光リミッタ１０００の強い光１５３として用いられる。また、波長分離部１８０７は、分離した波長に対応する連続パルスを干渉部１８０８へ出射させる。干渉部１８０８は、波長分離部１８０７から出射した光の全ての波長の位相を合わせるとともに、リミッタ動作に必要な特定の波長のみを抽出する。
【０１４４】
干渉部１８０８は、必要な波長のみが抽出された特定の波長の光を、光信号１５２を変調する信号変調部へ出力する。また、干渉部１８０８は、必要な波長のみが抽出された特定の波長の光をループ利得部１８０９へ出射させる。ループ利得部１８０９は、干渉部１８０８から出射した光を増幅し、合波部１８０３へ出射させる。このようにして、生成部１５０１は、強い光１５３を生成することができるとともに、光信号１５２を変調するためのパルスを生成することができる。生成部１５０１によって生成された強い光１５３は、実施の形態１，２に示した光リミッタ１００，１０００にも用いることができる。
【０１４５】
このようにして強い光１５３を生成することにより、各光リミッタ１００，１０００において強い光１５３を使い回すことができる。そのため、光信号１５２を増幅しなくても、リミッタ機能を得ることができるので、消費電力を抑えることができる。また、強い光１５３を用いてリミッタ機能を実現する構成では、信号に歪みが生じにくいため、歪みによる調整を行わなくて済むという効果を得ることができる。
【０１４６】
（光リミッタを用いたＯＲ論理回路の構成例）
図１９は、光リミッタを用いたＯＲ論理回路の構成例を示す説明図である。図１９に示すように、ＯＲ論理回路１９００は、増幅部１９０１（１９０１ａ，１９０１ｂ）と、位相調整部１９０２（１９０２ａ，１９０２ｂ）と、合波部１９０３と、光リミッタ１０００（１０００ａ，１０００ｂ，１０００ｃ）と、を有する。光リミッタ１０００（１０００ａ，１０００ｂ，１０００ｃ）としては、実施の形態２に示したものに限らず、実施の形態１に示した光リミッタ１００を用いることも可能である。
【０１４７】
増幅部１９０１ａ（１９０１ｂ）には、光信号１５２が入射する。増幅部１９０１ａ（１９０１ｂ）は、入射した光信号１５２が「１」であるときのレベルが基準レベル以上となるように光信号１５２を増幅し、増幅した光信号１５２を光リミッタ１０００ａ（１０００ｂ）へ出射させる。
【０１４８】
また、光リミッタ１０００ａ（１０００ｂ）は、増幅部１９０１ａ（１９０１ｂ）から出射した出射信号が「１」以上とならないようにレベル調整を行って、「０」または「１」を示す光信号１５２を位相調整部１９０２ａ（１９０２ｂ）へ出射させる。なお、ＯＲ論理回路１９００は、光リミッタ１０００ａ（１０００ｂ）に代えて、不均一なパルスを均一のパルスにする増幅効果を得ることができる光リミッタ１００を用いた場合、増幅部１９０１ａ（１９０１ｂ）を設けない構成とすることができる。
【０１４９】
位相調整部１９０２ａと位相調整部１９０２ｂとは、光リミッタ１０００ａ，１０００ｂから出射した各光信号１５２の位相が相互に合うようにそれぞれ調整する。位相調整部１９０２ａ（１９０２ｂ）は、位相を調整した光信号１５２を合波部１９０３へ出射させる。位相調整部１９０２ａおよび位相調整部１９０２ｂは、例えば、それぞれ導波路の長さを合わせた光ファイバによって実現することができる。
【０１５０】
合波部１９０３は、強度変調の複数の光信号１５２を合波する。具体的には、合波部１９０３は、位相調整部１９０２ａ（１９０２ｂ）から出射した光信号１５２を合波し、合波した光信号１５２を光リミッタ１０００ｃへ出射させる。合波部１９０３は、例えば、「０」、「１」、「２」のいずれかの信号を光リミッタ１０００ｃへ出射させる。
【０１５１】
光リミッタ１０００ｃは、合波部１９０３から出射した光信号１５２を「０」または「１」の光信号１５２に変換する。光リミッタ１０００ｃは、上述したリミッタ機能により、例えば、合波部１９０３から出射した光信号１５２が、「０」であれば「０」の光信号１５２を出射させ、「１」または「２」であれば「１」の光信号１５２を出射させる。このようなＯＲ論理回路を用いて、ＮＯＴ回路と組み合わせることにより、いかなる光論理回路も実現することができる。ここで、ＯＲ論理回路１９００を用いた光論理回路の一例について、図２０を用いて以下に説明する。
【０１５２】
（ＯＲ論理回路を用いた光論理回路の構成例）
図２０は、ＯＲ論理回路を用いた光論理回路の構成例を示す説明図である。図２０では、生成部１５０１によって生成された強い光１５３を入射させる第１光リミッタ（例えば論理セル２００３ａ）と、第１光リミッタから出射した強い光１５３を入射させる第２光リミッタ（例えば論理セル２００３ｂ）と、を含む構成について説明する。
【０１５３】
図２０に示すように、光論理回路２０００は、生成部１５０１と、一括周波数シフト部２００１と、複数のアンプ２００２ａ，２００２ｂ，２００２ｃ，２００２ｄと、複数の論理セル２００３と、を有する。生成部１５０１は、強い光１５３を生成し、生成した強い光１５３を一括周波数シフト部２００１およびアンプ２００２ａへ出射させる。
【０１５４】
アンプ２００２ａは、生成部１５０１から出射した特定の波長の光を増幅して、信号変調部へ出射させる。例えば、信号変調部は、生成部１５０１によって生成されたパルスを用いて光信号１５２を変調する。信号変調部で変調された光信号１５２は、論理セル２００３で処理される。つまり、光信号１５２を変調する信号変調部と、光信号１５２を処理する論理セル２００３と、において、生成部１５０１で生成された共通の光源が用いられる。このように、光源を一つとすることにより、位相を整合させることができる。
【０１５５】
一括周波数シフト部２００１は、生成部１５０１から出射した連続パルスの各周波数を一括して所定量シフトさせる。一括周波数シフト部２００１は、周波数をシフトさせた連続パルスをアンプ２００２ｂ，２００２ｃ，２００２ｄへ出射させる。アンプ２００２ｂ（２００２ｃ，２００２ｄ）は、一括周波数シフト部２００１から出射した強い光１５３を増幅して、論理セル２００３ａ（２００３ｂ，２００３ｃ）へ出射させる。
【０１５６】
論理セル２００３ａ（２００３ｂ，２００３ｃ）は、ＯＲ論理回路１９００ａ（１９００ｂ，１９００ｃ）を有し、アンプ２００２ｂ（２００２ｃ，２００２ｄ）から出射した強い光１５３を用いて、所定の処理を実行する。論理セル２００３ａ（２００３ｂ，２００３ｃ）は、所定の処理に用いた強い光１５３を、下段の論理セル２００３ｄ（２００３ｅ，２００３ｆ）に出射させる。
【０１５７】
論理セル２００３ｄ（２００３ｅ，２００３ｆ）は、論理セル２００３ａ（２００３ｂ，２００３ｃ）から出射した、論理セル２００３ａ（２００３ｂ，２００３ｃ）と共通の強い光１５３を用いて、所定の処理を実行する。論理セル２００３ｄ（２００３ｅ，２００３ｆ）は、所定の処理に用いた強い光１５３を、下段の論理セル２００３ｇ（２００３ｈ，２００３ｉ）に出射させる。
【０１５８】
論理セル２００３ｇ（２００３ｈ，２００３ｉ）は、論理セル２００３ｄ（２００３ｅ，２００３ｆ）から出射した、論理セル２００３ｄ（２００３ｅ，２００３ｆ）と共通の強い光１５３を用いて、所定の処理を実行する。
【０１５９】
実施の形態３によれば、各論理セル２００３のＯＲ論理回路１９００（光リミッタ１０００）において、強い光１５３を共通に用いることができる。つまり、ＯＲ論理回路１９００毎に強い光１５３を供給し、位相整合を行って、強い光１５３を再利用することができる。また、実施の形態３によれば、複数の論理回路を用いて各々の光信号１５２を増幅して非線形効果を得る構成に比べて、全体として簡単な制御にすることができるとともに、消費電力を小さくすることができる。
【０１６０】
なお、生成部１５０１は、独立して配置される構成に限らず、例えば一の論理セル２００３に含まれる構成としてもよい。この場合、光論理回路２０００は、一の論理セル２００３に含まれる生成部１５０１によって生成された強い光１５３を、他の論理セル２００３において流用する構成とすればよい。また、光論理回路２０００は、同一の論理セル２００３に複数のＯＲ論理回路１９００を設け、強い光１５３を複数のＯＲ論理回路１９００において共通に用いる構成とすることも可能である。
【０１６１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４では、実施の形態１，２に示した光リミッタ１００，１０００の適用例について説明する。
【０１６２】
（光リミッタを用いたデジタル変換器の構成例）
図２１は、光リミッタを用いたデジタル変換器の構成例を示す説明図である。図２１に示すように、デジタル変換器２１００は、分岐部２１０１と、コンパレータ２１１０と、を有する。コンパレータ２１１０は、光リミッタ１０００と、光リミッタ１００と、を有する。光リミッタ１００は実施の形態１において説明した構成であり、また、光リミッタ１０００は実施の形態２において説明した構成である。分岐部２１０１には、連続パルスが入射する。ここで、分岐部２１０１の詳細構成について説明する。
【０１６３】
図２２は、分岐部の詳細構成の一例を示す説明図である。図２２に示すように、分岐部２１０１は、入射した光のパワーＰを１：１で分岐していき、それぞれ分岐比の異なるパワーに分岐する。分岐部２１０１は、パワーを分岐させた光を光リミッタ１０００に出射させる。
【０１６４】
図２１に戻り、光リミッタ１０００は、分岐部２１０１から出射したパワーＰの光のうち、一定強度以上の光を後段の光リミッタ１００へ出射させる。ここで光リミッタ１０００は、図１１に示したように、入射した光のパワーがある一定パワー（ｐ２）以上の光を透過させる、という特性を有している。また、光リミッタ１００は、図３に示したように、入射光パワーが特定のパワー（ｐ１）のときに光を透過させる、という特性を有している。
【０１６５】
そのため、デジタル変換器２１００は、分岐部２１０１によって分岐された各パワーの光について、後段の光リミッタ１００において設定されるパワー（ｐ１）以上の場合に光を透過させることができる。これにより、デジタル変換器２１００は、例えば、入射したアナログ信号の連続パルスをデジタル信号に変換することができる。
【０１６６】
なお、デジタル変換器２１００は、分岐比を異ならせて各コンパレータ２１１０において閾値（ｐ１）以上の光を透過させる構成としたが、これに限らず、分岐比を同一にして各コンパレータ２１１０の閾値をそれぞれ異なる閾値とする構成とすることも可能である。
【０１６７】
なお、前段の光リミッタ１０００については、例えば、入射光の低強度の範囲（図１１の入射光パワーｐ２未満の範囲）の透過率より、高強度の範囲（図１１の入射光パワーｐ２以上の範囲）の透過率が小さい特性を有する光リミッタであればよい。例えば、デジタル変換器２１００へ入射する光信号が１波長のみの光信号である場合には、前段の光リミッタ１０００に代えて、利得飽和状態にした半導体光アンプなどを用いることも可能である。デジタル値をアナログ値に戻す構成は、単に各デジタル値のビットに相当する光パワーの桁（オーダー）に相当する強度を調整して足すだけの構成で実現できる。
【０１６８】
（実施の形態４の変形例）
次に、実施の形態４の変形例について説明する。実施の形態４の変形例では、実施の形態４に示したコンパレータ２１１０の適用例について説明する。
【０１６９】
図２３は、コンパレータの適用例を示す説明図である。実施の形態４では、コンパレータ２１１０を光ニューロン２３００に適用した場合について説明する。図２３に示すように、光ニューロン２３００は、各入力に対する重みづけに相当する可変減衰部２３０１と、合波部２３０２と、コンパレータ２１１０と、を有する。可変減衰部は重みに相当するものでよいので実際は増幅手段であってもよい。また上述した光リミッタ１００または光リミッタ１０００の構成そのもので構成して外部からの強い光の強度を調整することにより減衰率を調整する方法を利用することもできる。可変減衰部２３０１には、光信号１５２が入射する。可変減衰部２３０１は、入射した光信号１５２を、例えば、それぞれ所定量減衰させる。可変減衰部２３０１は、減衰させた光信号１５２を合波部２３０２へ出射させる。
【０１７０】
合波部２３０２は、可変減衰部２３０１から出射した光信号１５２を合波する。合波部２３０２は、合波した光信号１５２をコンパレータ２１１０へ出射させる。コンパレータ２１１０は、合波部２３０２から出射した光信号１５２を比較し、コンパレータ２１１０における後段の光リミッタ１００において設定されるパワー（ｐ１）以上の場合に光を透過させることができる。
【０１７１】
このような、実施の形態４の変形例によれば、光ニューロン２３００同士を接続することにより、光ニューロコンピュータを構成でき、光の伝搬速度で思考する人工知能を実現することが可能になる。
【０１７２】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５について説明する。実施の形態５では、実施の形態１に示した光リミッタ１００を光伝送装置に適用した一例について説明する。
【０１７３】
（光リミッタの光伝送装置への適用例）
図２４は、光リミッタの光伝送装置への適用例を示す説明図である。図２４に示すように、光伝送システム２４００は、光伝送装置２４０１ａ，２４０１ｂ，２４０１ｃと、光伝送路２４１０と、を有する。光伝送装置２４０１ａ、光伝送装置２４０１ｂおよび光伝送装置２４０１ｃは、光伝送路２４１０を介してそれぞれ接続されており光信号を送受信する。光伝送装置２４０１ｂは、光伝送装置２４０１ａと光伝送装置２４０１ｃとの間で送受信される光信号を再生中継する。光伝送システム２４００において、光伝送路２４１０内の光信号は、光伝送路２４１０の長さが長いほど波形が劣化する。
【０１７４】
光伝送装置２４０１ａ，２４０１ｂ，２４０１ｃは、それぞれ光リミッタ１００を有している。ここで、光伝送装置２４０１ｂを介して光伝送装置２４０１ａから光伝送装置２４０１ｃへ光信号を送信する場合について説明する。この場合、光伝送装置２４０１ｂの光リミッタ１００においては、光伝送装置２４０１ａから送信された光信号が図１に示す光信号１５２として導波路媒質１１０に入射することとなる。また、光伝送装置２４０１ｂは、例えば、光伝送装置２４０１ｂの光リミッタ１００から出射された基準レベルの光信号を光伝送装置２４０１ｃへ送信する。
【０１７５】
上述したように光リミッタ１００は、光信号が不均一なパルスである場合でも、データパルスの有無によって屈折率の不一致を生じさせることができるため、直進方向には、均一のパルスデータを得ることができる。つまり、光リミッタ１００は、レベルが異なる光信号を基準レベルのデータにするといった転写を行うことができ、光トランジスタ動作と同様の光増幅の効果を得ることができる。
【０１７６】
例えば、光伝送装置２４１０に光リミッタ１００を適用することにより、リジェネレーション（Ｒｅ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と、リシェイピング（Ｒｅ−ｓｈａｐｉｎｇ）と、リタイミング（Ｒｅ−ｔｉｍｉｎｇ）と、の３Ｒ再生中継を実現することができる。
【０１７７】
したがって、光リミッタ１００を有する光伝送装置２４０１ａ，２４０１ｂ，２４０１ｃは、光伝送路２４１０内で波形が劣化する光信号を、電気信号に変換しなくても光のまま元の波形に再生することができる。このように、光伝送装置２４０１ａ，２４０１ｂ，２４０１ｃは、光伝送路２４１０において光信号の波形が劣化するという問題に対して、非線形効果によって光信号の波形を再生することができるという効果を得ることができる。
【０１７８】
上述した実施の形態１〜５に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１７９】
（付記１）入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光リミッタ。
【０１８０】
（付記２）前記第２入射部は、前記基準光と波長または偏光方向が異なる前記補助光を、前記第１入射部による光の入射方向と同方向で入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射した光のうちの前記補助光を除去する除去部を有することを特徴とする付記１に記載の光リミッタ。
【０１８１】
（付記３）前記第２入射部は、前記第１入射部による光の入射方向と異なる方向で前記補助光を入射させることを特徴とする付記１に記載の光リミッタ。
【０１８２】
（付記４）前記非線形媒質に比べて非線形効果が小さく、前記基準光および前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質と直列に配置される線形媒質を有し、
前記線形媒質は、前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射した光を、前記非線形媒質へ入射した光の入射方向と平行方向に出射させ、
前記反転出射部は、前記光信号の消光時に前記線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１８３】
（付記５）前記線形媒質は、前記非線形媒質と接触して配置されることを特徴とする付記４に記載の光リミッタ。
【０１８４】
（付記６）前記基準光および前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質が複数直列に配置された媒質群を有し、
前記第１入射部は、前記媒質群に前記基準光および前記光信号を入射させ、
前記第２入射部は、前記媒質群のうちの前記非線形媒質のそれぞれに前記補助光を入射させ、
前記反転出射部は、前記媒質群から出射する前記基準光が入射する位置に設けられることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１８５】
（付記７）前記媒質群は、前記非線形媒質と、前記非線形媒質に比べて非線形効果が小さい線形媒質と、の組が、前記基準光および前記光信号の進行方向に対して複数直列に配置された媒質群であり、
前記線形媒質は、前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射した光を、前記非線形媒質への光の入射方向と平行方向に出射させることを特徴とする付記６に記載の光リミッタ。
【０１８６】
（付記８）前記光信号の点灯時に前記非線形媒質から出射する前記光信号が入射する位置に設けられ、入射した光の反射を抑える反射抑制部を有することを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１８７】
（付記９）前記第１入射部は、前記基準光および前記光信号をそれぞれ波長分離して入射させ、
前記第２入射部は、波長分離した前記基準光および前記光信号の各波長成分が透過する部分に前記補助光を入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光の各波長成分が入射する位置に設けられ、入射した光を合波して前記反転出射部に出射させる合波部を有することを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１８８】
（付記１０）前記第２入射部は、前記非線形媒質から出射する前記基準光の各波長成分の光路を含む平面上の方向とは異なる方向から前記補助光を前記非線形媒質へ入射させることを特徴とする付記９に記載の光リミッタ。
【０１８９】
（付記１１）前記非線形媒質は、前記非線形媒質から出射する前記基準光の各波長成分の光路を含む平面上の方向とは異なる方向に前記光信号を出射させることを特徴とする付記１０に記載の光リミッタ。
【０１９０】
（付記１２）入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を前記屈折率によって異なる透過率で透過させ、入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する非線形媒質と、
前記非線形媒質に強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記光信号の強度との合計の変動範囲が少なくとも前記第１範囲の一部および前記第２範囲の一部を含む範囲となる強度の補助光を、前記非線形媒質のうちの前記光信号が透過する部分に入射させる第２入射部と、
を有することを特徴とする光リミッタ。
【０１９１】
（付記１３）前記第２入射部は、前記光信号と波長または偏光方向が異なる前記補助光を、前記第１入射部による光の入射方向と同方向で入射させ、
前記非線形媒質から出射した光のうちの前記補助光を除去する除去部を有することを特徴とする付記１２に記載の光リミッタ。
【０１９２】
（付記１４）前記第２入射部は、前記第１入射部による光の入射方向と異なる方向で前記補助光を入射させることを特徴とする付記１２に記載の光リミッタ。
【０１９３】
（付記１５）前記非線形媒質に比べて非線形効果が小さく、前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質と直列に配置されて前記非線形媒質から出射した光を透過させる線形媒質を有することを特徴とする付記１２〜１４のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１９４】
（付記１６）前記光信号の進行方向に対して前記非線形媒質が複数直列に配置された媒質群を有し、
前記第１入射部は、前記媒質群に前記光信号を入射させ、
前記第２入射部は、前記媒質群のうちの前記非線形媒質のそれぞれに前記補助光を入射させることを特徴とする付記１２〜１４のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１９５】
（付記１７）前記媒質群は、前記非線形媒質と、前記非線形媒質に比べて非線形効果が小さく、前記非線形媒質から出射した光をそれぞれ透過させる線形媒質と、の組が、前記光信号の進行方向に対して複数直列に配置された媒質群であることを特徴とする付記１６に記載の光リミッタ。
【０１９６】
（付記１８）前記第１入射部は、前記光信号を波長分離して入射させ、
前記第２入射部は、波長分離した前記光信号の各波長成分が透過する部分に前記補助光を入射させ、
前記非線形媒質から出射する光の各波長成分が入射する位置に設けられ、入射した光を合波して出射させる合波部を有することを特徴とする付記１１〜１６のいずれか一つに記載の光リミッタ。
【０１９７】
（付記１９）前記第２入射部は、前記非線形媒質から出射する光の各波長成分の光路を含む平面上の方向とは異なる方向から前記補助光を前記非線形媒質へ入射させることを特徴とする付記１８に記載の光リミッタ。
【０１９８】
（付記２０）強度変調の複数の光信号を合波する合波部と、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光、および前記合波部によって合波された前記光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光論理回路。
【０１９９】
（付記２１）強度変調の複数の光信号を合波する合波部と、
入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を前記屈折率によって異なる透過率で透過させ、入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する非線形媒質と、
前記合波部によって合波された前記光信号を前記非線形媒質に入射させる第１入射部と、
前記光信号の強度との合計の変動範囲が少なくとも前記第１範囲の一部および前記第２範囲の一部を含む範囲となる強度の補助光を、前記非線形媒質のうちの前記光信号が透過する部分に入射させる第２入射部と、
を有することを特徴とする光論理回路。
【０２００】
（付記２２）付記１〜１９のいずれか一つに記載の複数の光リミッタを含む光論理回路であって、
前記複数の光リミッタは、光源によって生成された前記補助光を前記第２入射部が入射させる第１光リミッタと、前記第１光リミッタから出射した前記補助光を前記第２入射部が入射させる第２光リミッタと、を含むことを特徴とする光論理回路。
【０２０１】
（付記２３）入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する光リミッタと、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および前記光リミッタから出射した強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とするコンパレータ。
【０２０２】
（付記２４）入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を前記屈折率によって異なる透過率で透過させ、入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する第１非線形媒質と、
前記第１非線形媒質に強度変調の光信号を入射させる第１入射部と、
前記光信号の強度との合計の変動範囲が少なくとも前記第１範囲の一部および前記第２範囲の一部を含む範囲となる強度の補助光を、前記第１非線形媒質のうちの前記光信号が透過する部分に入射させる第２入射部と、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる第２非線形媒質と、
前記第２非線形媒質に所定強度の基準光および前記第１非線形媒質から出射する前記光信号を入射させる第３入射部と、
前記第２非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第４入射部と、
前記光信号の消光時に前記第２非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とするコンパレータ。
【０２０３】
（付記２５）強度変調の光信号を分岐する分岐部と、
前記分岐部によって分岐された各光信号が入射する複数の付記２３または２４に記載のコンパレータと、
を有することを特徴とするデジタル変換器。
【０２０４】
（付記２６）光伝送路を介して送信された強度変調の光信号を再生中継する光伝送装置であって、
入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質と、
前記非線形媒質に所定強度の基準光および前記光信号を入射させる第１入射部と、
前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させる第２入射部と、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられ、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる反転出射部と、
を有することを特徴とする光伝送装置。
【０２０５】
（付記２７）第１入射部が、入射する光の強度に応じて屈折率が変化し、入射した光を前記屈折率によって異なる方向へ出射させる非線形媒質に、所定強度の基準光および強度変調の光信号を入射させ、
第２入射部が、前記非線形媒質のうちの前記基準光および前記光信号が透過する部分に補助光を入射させ、
前記光信号の消光時に前記非線形媒質から出射する前記基準光が入射する位置に設けられる反転出射部が、入射した光を強度反転することによって得られる光信号を出射させる、
ことを特徴とする光処理方法。
【０２０６】
（付記２８）第１入射部が、入射光の強度に応じて屈折率が変化し、入射光を前記屈折率によって異なる透過率で透過させ、入射光の強度が第１範囲である場合の透過率より、入射光の強度が前記第１範囲より高い第２範囲である場合の透過率が小さい特性を有する非線形媒質に、強度変調の光信号を入射させ、
第２入射部が、前記光信号の強度との合計の変動範囲が少なくとも前記第１範囲の一部および前記第２範囲の一部を含む範囲となる強度の補助光を、前記非線形媒質のうちの前記光信号が透過する部分に入射させる、
ことを特徴とする光処理方法。
【符号の説明】
【０２０７】
１００，１０００  光リミッタ
１１０  導波路媒質
１１１  非線形媒質
１１２  線形媒質
１１３  境界面
１２０  ハーフミラー部
１３０，１３１  光路
４００ａ，４００ｂ，４００ｃ，４００ｄ  プリズム
４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ  プリズム群
５００  導波路媒質群
５０１  無反射コーティング部
１５０１  生成部
１５０２  一括周波数シフト部
１５０３  波長分離部
１９００  ＯＲ論理回路
２０００  光論理回路
２１００  デジタル変換器
２１１０  コンパレータ
２３００  光ニューロン
２４００  光伝送システム
２４０１ａ，２４０１ｂ，２４０１ｃ  光伝送装置
２４１０  光伝送路
【図１】
2015118135.tif 000003
【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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