(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット信号１又は０のいずれかを所定強度の光パルスで表した複数ビットの入力信号Ａの光パルス列と同じく入力信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を出力する光信号結合器と、
連続波光信号を発生する可変波長レーザダイオードと、
前記光信号結合器から出力された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と前記可変波長レーザダイオードが発生した連続波光信号とを結合する光信号結合器と、
該光信号結合器で結合された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を前記可変波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃを発生させる第１半導体光増幅器と、
該第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記可変波長レーザダイオードが発生する波長に波長変換された光信号Ｃのみを通過させる第１光フィルタと、
前記可変波長レーザダイオードとは異なる波長の連続波光信号を発生する分布帰還型レーザダイオードと、
前記半導体光増幅器が発生して前記第１光フィルタが通過させた光信号Ｃと前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号とを結合させる光信号結合器と、
該光信号結合器で結合された光信号の内の波長変換された光信号Ｃをポンピング信号として、前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号をプローブ信号としてそれぞれ利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記光信号結合器で結合された光信号を前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号を出力する第２半導体光増幅器と、
該第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長のみを通過させることにより、前記入力信号ＡとＢとの論理和信号の光パルス列の光信号を出力する第２光フィルタと
を備えたことを特徴とする半導体光増幅器を用いた全光論理和素子。
【請求項２】
ビット信号１又は０のいずれかを所定強度の光パルスで表した複数ビットの信号Ａの光パルス列と同じく信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を入力信号として前記信号ＡとＢとの論理和を表す光パルス列の光信号を半導体光増幅器を用いて発生する全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のために、前記信号Ａ、Ｂ及び算術和信号Ａ＋Ｂを生成する信号生成装置であって、
光パルス発生器と、
該光パルス発生器によって所定周波数で駆動されるモードロックレーザと、
該モードロックレーザから出力される光パルス信号を５０：５０に二分離する第１光信号結合器と、
該第１光信号結合器が分離した一方の光パルス信号を、前記モードロックレーザの駆動周波数に応じて遅延器及び単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）により所定時間遅延させる第１光遅延手段と、
前記第１光信号結合器が分離した他方の光パルス信号の強度と偏光とを調節する第１光調節手段と、
前記第１光遅延手段及び第１光調節手段から出力される光信号を結合して前記信号Ａの光パルス信号を発生させる第２光信号結合器と、
該第２光信号結合器から出力された前記信号Ａの光パルス信号を所定の比率で二分離する第３光信号結合器と、
前記第２光信号結合器から出力された前記信号Ａの光パルス信号を所定時間遅延させることにより前記信号Ｂの光パルス信号を発生させる第２光遅延手段と、
該第２光遅延手段から出力された前記信号Ｂの光パルス信号を所定の比率で二分離する第４光信号結合器と、
前記第３光信号結合器が分離した一方の前記信号Ａの光パルス信号の強度と偏光とを調節する第２光調節手段と、
該第２光調節手段から出力される前記信号Ａの光パルス列と前記第４光信号結合器が分離した一方の前記信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を発生する第５光信号結合器と、
前記第３及び第４光信号結合器それぞれから分離された他方の光パルス信号及び前記第５光信号結合器から出力された光パルス信号を検出して前記信号Ａ、Ｂ及び算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列を測定する光検出及び測定手段と
を備えたことを特徴とする全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置。
【請求項３】
前記モードロックレーザの変調波形を２．５Gbit/sで多重化して（１１００）のビットパターンの前記信号Ａと（０１１０）のビットパターンの前記信号Ｂとを生成することを特徴とする請求項２に記載の全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の信号生成装置と、
前記第５光信号結合器から出力された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を増幅する第１エルビウム添加光増幅器と、
連続波光信号を発生する可変波長レーザダイオードと、
前記第１エルビウム添加光増幅器へ入力される前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と前記可変波長レーザダイオードが発生する連続波光信号とを結合させる第６光信号結合器と、
該第６光信号結合器で結合された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を前記可変波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃを発生する第１半導体光増幅器と、
該第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記可変波長レーザダイオードが発生する波長に波長変換された光信号Ｃのみを通過させる第１光フィルタと
を備えたことを特徴とする全光論理和素子の動作検証装置。
【請求項５】
前記第１半導体光増幅器から出力される前記光信号Ｃを増幅する第２エルビウム添加光増幅器と、
前記可変波長レーザダイオードとは異なる波長の連続波光信号を発生する分布帰還型レーザダイオードと、
前記第２エルビウム添加光増幅器で増幅された光信号Ｃと前記分布帰還型レーザダイオードが発生する連続波光信号とを結合する第７光信号結合器と、
該第７光信号結合器で結合された光信号の内の前記光信号Ｃをポンピング信号として、前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号をプローブ信号としてそれぞれ利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記第７光信号結合器で結合された光信号を前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号を出力する第２半導体光増幅器と、
該第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長のみを通過させることにより、前記信号ＡとＢとの論理和信号の光パルス列の光信号を出力する第２光フィルタと、
該第２光フィルタから出力された光信号の光パルス列を検出し、測定する光検出及び測定手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier)の利得飽和と波長変換特性とを利用した全光論理和（ＯＲ）素子及びその動作検証装置に関する。より詳しくは、光コンピュータのような光回路の任意の地点で伝送される光信号をポンピング信号及びプローブ信号として利用して全光論理動作をする全光論理和素子及びその動作検証装置、更には動作検証装置のための信号生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータ技術の傾向を鑑みるとシステムの高速化と大容量化とに対する要求は幾何級数的に増加している。また、未来情報通信網の目的は、音声信号、静止画像、動画像等のマルチメディアサービスを提供するために、通信網の情報処理容量が数百Ｇbit/s 乃至数Ｔbit/s で増加されると予想されている。従って、大容量のデータを高速で伝送、処理、交換するための核心技術として、全光信号処理技術が注目されている。
【０００３】
特に、複雑な電気−光学変換を避けることが可能な全光論理動作は全光信号処理システムの核心技術として注目されている。従って、次世代光コンピュータ及び全光信号処理分野で重要な全光論理素子の技術開発が現在活発に行なわれている。
【０００４】
従来の超高速光情報処理のための全光論理素子は主として半導体光増幅器（ＳＯＡ）の非線型特性を利用している。しかし、全光論理素子では、ＦＷＭ（four-wave mixing）、ＸＧＭ（cross gain modulation)、ＸＰＭ（cross phase modulation) 、ＸＡＭ（cross-absorption modulation)等と、これらを混合したメカニズムによって実現可能な全光論理素子の種類が限られている。
【０００５】
従って、従来の全光論理和素子はＳＯＡの非線型利得と屈折率変化とを利用する超高速非線型干渉系（ultrafast nonlinear infererometer:ＵＮＩ）を用いる方法 [N. S. Patel, K.L.Hall and K.A. Rauschenbach, Opt. Lett., Vol. 21, 1466（1966) ] と、ＳＯＡが集積されたマイケルソン干渉系（Michelson interferometer) を用いる方法 [T. Fjelde, D. Wolfson, A,Kloch, C.Janz, A.Coquelin, I.Guillemot, F. Gaboritt, F.Poingt, B. Dagens, and M. Renaud, Electron. Lett., Vol. 36, 813 （2000)]とで実現されていた。
【０００６】
しかしながら、いくつかの全光論理素子（ＡＮＤ、ＮＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＲ、ＸＯＲ）が光コンピュータ及び全光信号処理システムの複雑な光回路に用いられるためには、それぞれの論理素子が同様な動作原理で実現されれば、システムの構成が有利になる。ＳＯＡの利得飽和と波長変換特性とを用いることにより、本発明の全光論理和素子、即ち全光ＯＲ素子のみならず、全光ＮＯＲ[BYUN, Young Tae, WOO, Deok Ha, KIM Dong Hwan, KIM Seon Ho, 新物理、第４０券、５６０（２０００）] 、ＸＯＲ、ＮＡＮＤ等の素子を実現することが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような問題点の解決のためになされたのものであり、その主たる目的は半導体光増幅器（ＳＯＡ）の利得飽和と波長変換特性とを利用した全光論理和素子の提供にある。更に本発明は、上記のような全光論理和素子の動作検証のための信号を生成する信号生成装置、及びこの信号生成装置が生成した信号を使用して全光論理和素子の動作を検証する全光論理和素子の動作検証装置の提供をも目的とする。
【０００８】
また、上述の本発明の目的を達成するための技術的な思想として、本発明は２．５Ｇbit/s の入力信号がモードロック光ファイバレーザと多重化方法とによって４ビットの論理信号を生成し、これらの論理信号とプローブ信号とが半導体光増幅器（ＳＯＡ）を通過する際に利得飽和と波長変換特性とによって実現される全光論理和素子の動作検証のための信号生成装置及び動作検証装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子は、ビット信号１又は０のいずれかを所定強度の光パルスで表した複数ビットの入力信号Ａの光パルス列と同じく入力信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を出力する光信号結合器と、連続波光信号を発生する可変波長レーザダイオードと、前記光信号結合器から出力された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と前記可変波長レーザダイオードが発生した連続波光信号とを結合する光信号結合器と、該光信号結合器で結合された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を前記可変波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃを発生させる第１半導体光増幅器と、該第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記可変波長レーザダイオードが発生する波長に波長変換された光信号Ｃのみを通過させる第１光フィルタと、前記可変波長レーザダイオードとは異なる波長の連続波光信号を発生する分布帰還型レーザダイオードと、前記半導体光増幅器が発生して前記第１光フィルタが通過させた光信号Ｃと前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号とを結合させる光信号結合器と、該光信号結合器で結合された光信号の内の波長変換された光信号Ｃをポンピング信号として、前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号をプローブ信号としてそれぞれ利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記光信号結合器で結合された光信号を前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号を出力する第２半導体光増幅器と、該第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長のみを通過させることにより、前記入力信号ＡとＢとの論理和信号の光パルス列の光信号を出力する第２光フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような本発明の半導体光増幅器を用いた全光論理和素子では、光信号結合器により入力信号Ａのビットパターンを表す光パルス列と入力信号Ｂのビットパターンを表す光パルス列とが算術和結合されて両者の算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号が出力され、可変波長レーザダイオードから連続波光信号が発生され、前記の光信号結合器から出力された算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と可変波長レーザダイオードが発生した連続波光信号とが光信号結合器により結合され、この光信号結合器で結合された算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号として利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を可変長波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃが第１半導体光増幅器により発生され、第１光フィルタがこの第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の波長変換された光信号Ｃのみを通過させる。また、分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号と第１半導体光増幅器が発生して第１光フィルタが通過させた光信号Ｃとが光信号結合器により結合され、この光信号結合器で結合された光信号の内の光信号Ｃをポンピング信号として、連続波光信号をプローブ信号としてそれぞれ利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号を第２半導体光増幅器が出力する。そして、この第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長のみを第２光フィルタが通過させることにより、入力信号Ａと入力信号Ｂとの論理和信号の各ビットを表す光パルス列の光信号が出力される。
【００１１】
また本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置は、ビット信号１又は０のいずれかを所定強度の光パルスで表した複数ビットの信号Ａの光パルス列と同じく信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を入力信号として前記信号ＡとＢとの論理和を表す光パルス列の光信号を半導体光増幅器を用いて発生する全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のために、前記信号Ａ、Ｂ及び算術和信号Ａ＋Ｂを生成する信号生成装置であって、光パルス発生器と、該光パルス発生器によって所定周波数で駆動されるモードロックレーザと、該モードロックレーザから出力される光パルス信号を５０：５０に二分離する第１光信号結合器と、該第１光信号結合器が分離した一方の光パルス信号を、前記モードロックレーザの駆動周波数に応じて遅延器及び単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）により所定時間遅延させる第１光遅延手段と、前記第１光信号結合器が分離した他方の光パルス信号の強度と偏光とを調節する第１光調節手段と、前記第１光遅延手段及び第１光調節手段から出力される光信号を結合して前記信号Ａの光パルス信号を発生させる第２光信号結合器と、該第２光信号結合器から出力された前記信号Ａの光パルス信号を所定の比率で二分離する第３光信号結合器と、前記第２光信号結合器から出力された前記信号Ａの光パルス信号を所定時間遅延させることにより前記信号Ｂの光パルス信号を発生させる第２光遅延手段と、該第２光遅延手段から出力された前記信号Ｂの光パルス信号を所定の比率で二分離する第４光信号結合器と、前記第３光信号結合器が分離した一方の前記信号Ａの光パルス信号の強度と偏光とを調節する第２光調節手段と、該第２光調節手段から出力される前記信号Ａの光パルス列と前記第４光信号結合器が分離した一方の前記信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を発生する第５光信号結合器と、前記第３及び第４光信号結合器それぞれから分離された他方の光パルス信号及び前記第５光信号結合器から出力された光パルス信号を検出して前記信号Ａ、Ｂ及び算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列を測定する光検出及び測定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
またこのような本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置では、光パルス発生器が発生する光パルスを、モードロックレーザが信号Ａのビットパターンを表す光パルス列の光パルス信号と信号Ｂのビットパターンを表す光パルス列の光パルス信号とを生成するために変調して出力し、このモードロックレーザから出力される光パルス信号を第１光信号結合器が二分離し、この第１光信号結合器が分離した一方の光パルス信号をモードロックレーザの駆動周波数に応じて第１光遅延手段の遅延器と単一モード光ファイバとにより所定時間遅延させ、第１光信号結合器が分離した他方の光パルス信号の強度と偏光とを第１光調節手段が調節し、第１光遅延手段及び第１光調節手段から出力される光パルス信号を結合して信号Ａの光パルス信号を第２光信号結合器が発生する。この第２光信号結合器から出力された信号Ａの光パルス信号を第３光信号結合器が二分離し、第２光信号結合器から出力された信号Ａの光パルス信号を第２光遅延手段が所定時間遅延させることにより、信号Ｂの光パルス信号を発生させる。この第２光遅延手段から出力された信号Ｂの光パルス信号を第４光信号結合器が二分離する。更に、第３光信号結合器が分離した一方の信号Ａの光パルス信号の強度と偏光とを第２光調節手段が調節し、この第２光調節手段から出力される信号Ａの光パルス列と第４光信号結合器が分離した一方の信号Ｂの光パルス列との対応するビットの光パルスの強度を第５光信号結合器が算術和結合した算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を発生する。そして、第３及び第４光信号結合器それぞれから分離された他方の光パルス信号及び第５光信号結合器から出力された光パルス信号を測定して信号Ａ、Ｂ及び算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列を検出する。
【００１３】
また本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置は、上記発明において、前記モードロックレーザの変調波形を２．５Gbit/sで多重化して（１１００）のビットパターンの前記信号Ａと（０１１０）のビットパターンの前記信号Ｂとを生成することを特徴とする。
【００１４】
このような本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証を行なう動作検証装置のための信号生成装置は、上記発明において、モードロックレーザの変調波形が２．５Gbit/sで多重化されることにより、（１１００）のビットパターンの前記信号Ａと（０１１０）ビットパターンの前記信号Ｂの光信号とが生成される。
【００１５】
更に本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置は、前記の発明の信号生成装置と、前記第５光信号結合器から出力された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を増幅する第１エルビウム添加光増幅器と、連続波光信号を発生する可変波長レーザダイオードと、前記第１エルビウム添加光増幅器へ入力される前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と前記可変波長レーザダイオードが発生する連続波光信号とを結合させる第６光信号結合器と、該第６光信号結合器で結合された前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を前記可変波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃを発生する第１半導体光増幅器と、該第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記可変波長レーザダイオードが発生する波長に波長変換された光信号Ｃのみを通過させる第１光フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このような本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置では、第５光信号結合器から出力された算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列の光パルス信号を第１エルビウム添加光増幅器が増幅し、第１エルビウム添加光増幅器へ入力される算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と可変波長レーザダイオードが発生する連続波光信号とを第６光信号結合器が結合し、この第６光信号結合器が結合した光信号の内の算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号と連続波光信号とを第１半導体光増幅器がそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス信号を可変波長レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号Ｃを発生し、この第１半導体光増幅器から出力される光信号の内の連続波光信号成分のみを第１光フィルタが通過させる。
【００１７】
更にまた本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置は、前記発明において、前記第１半導体光増幅器から出力される前記光信号Ｃを増幅する第２エルビウム添加光増幅器と、前記可変波長レーザダイオードとは異なる波長の連続波光信号を発生する分布帰還型レーザダイオードと、前記第２エルビウム添加光増幅器で増幅された光信号Ｃと前記分布帰還型レーザダイオードが発生する連続波光信号とを結合する第７光信号結合器と、該第７光信号結合器で結合された光信号の内の前記光信号Ｃをポンピング信号として、前記分布帰還型レーザダイオードが発生した連続波光信号をプローブ信号としてそれぞれ利用することにより、ポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって、前記第７光信号結合器で結合された光信号を前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長に波長変換した光信号を出力する第２半導体光増幅器と、該第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の前記分布帰還型レーザダイオードが発生する光信号の波長のみを通過させることにより、前記信号ＡとＢとの論理和信号の光パルス列の光信号を出力する第２光フィルタと、該第２光フィルタから出力された光信号の光パルス列を検出し、測定する光検出及び測定手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１８】
更にこのような本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置では、分布帰還型レーザダイオードが連続波光信号を発生し、第２エルビウム添加光増幅器で増幅された光信号Ｃと分布帰還型レーザダイオードからの連続波光信号とを第７光信号結合器が結合し、この第７光信号結合器が結合した光信号の内の光信号Ｃと連続波光信号とをそれぞれポンピング信号とプローブ信号として用いて第２半導体光増幅器がポンピング信号による利得飽和と所定の波長変換特性とによって分布帰還型レーザダイオードが発生する連続波光信号の波長に波長変換した光信号を出力する。そして、この第２半導体光増幅器から出力される光信号の内の分布帰還型レーザダイオードが発生する連続波光信号の波長のみを第２光フィルタが通過させ、この第２光フィルタが通過させた光信号の光パルス列を光検出及び測定手段が検出し、測定することにより、半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証が行なわれる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例について、その構成及び作用を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る全光論理和素子及びその動作検証装置、更には動作検証装置が動作検証を行なうために必要な信号を生成する信号生成装置の具現的構成例を示すブロック図である。図２は信号生成装置により生成され、本発明に係る全光論理和素子へ入力される入力信号Ａ及びＢと、これらの二つの入力信号の算術和信号Ａ＋Ｂとの光パルス列を示す波形図の模式図である。図３は本発明に係る全光論理和素子の入力信号Ａ及びＢと、これらの入力信号の算術和信号Ａ＋Ｂをポンピング信号として利用して後述する第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０において発生された波長変換された後の光信号Ｃの光パルス列を示す波形図の模式図である。図４は２．５Ｇbit/s で動作する本発明に係る全光論理和素子の動作特性を示す模式図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る全光論理和素子の動作検証装置は、光パルス発生器１００と、この光パルス発生器１００が発生する光パルスを入力信号Ａの光パルス列と入力信号Ｂの光パルス列とを生成するために変調して出力するモードロック光ファイバレーザ（ＭＬＦＬ）１０２と、このモードロック光ファイバレーザ１０２からの出力光を光アイソレーター（ＩＳＯ）１０４を通じて入力し、５０：５０に分離する第１光ファイバ結合器（ＦＣ１）１０６と、この第１光ファイバ結合器１０６から出力光を遅延器１０８と単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）１１０とを通過させて時間遅延させる第１光遅延手段と、第１光ファイバ結合器１０６から出力光を減衰器（ＡＴＴＮ）１１２と偏光調節器（ＰＣ）１１４とを通過させて強度と偏光とを調節する第１光調節手段と、第１光遅延手段（１０８，１１０）及び第１光調節手段（１１２，１１４）からの出力光を結合させて入力信号Ａ（１１００）の各ビットに対応した光パルス列を発生させる第２光ファイバ結合器（ＦＣ２）１１６と、この第２光ファイバ結合器（ＦＣ２）１１６からの出力光を１０：９０に分離する第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８と、第２光ファイバ結合器１１６からの出力光を遅延器１２０と単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）１２２とを通過させて時間遅延させる第２光遅延手段と、この第２光遅延手段で遅延された入力信号Ｂ（０１１０）の各ビットに対応した光パルス列を検出する第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）１２４と、第３光ファイバ結合器１１８からの出力光を減衰器（ＡＴＴＮ）１２６と偏光調節器（ＰＣ）１２８とを通過させて強度と偏光とを調節する第２光調節手段と、第３光ファイバ結合器１１８から第２光調節手段（１２６，１２８）を経由して入力される入力信号Ａと第４光ファイバ結合器１２４から第２光遅延手段（１２０，１２２）を経由して入力される入力信号Ｂとを算術和結合させて算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列を発生する第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０と、この第５光ファイバ結合器１３０から発生された算術和信号Ａ＋Ｂのパルス列を検出し、測定する光検出及び測定手段１５６，１５８とを含んで構成されている。
【００２２】
また、本発明に係る全光論理和素子の動作検証装置は、前述の第５光ファイバ結合器１３０が発生した算術和信号Ａ＋Ｂを増幅する第１エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１）１３２と、偏光調節器（ＰＣ）１３６を通過する連続波光信号の光源である可変波長レーザダイオード（Tunable ＬＤ）１３４と、第１エルビウム添加光ファイバ増幅器１３２への算術和信号Ａ＋Ｂと可変波長レーザダイオード１３４からの連続波光信号とを５０：５０で結合させる第６光ファイバ結合器（ＦＣ６）１３８と、この第６光ファイバ結合器１３８で連続波光信号と同時に入射されて結合された算術和信号Ａ＋ＢがＳＯＡの利得飽和と所定の波長変換特性とによって波長変換された光信号Ｃを発生させる第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０と、この第１半導体光増幅器１４０からの出力信号の内のプローブ信号の波長、即ち可変波長レーザダイオード（Tunable ＬＤ）１３４が発生する連続波光信号の波長のみを通過させる第１光フィルタ１４２とを更に含んで構成されている。
【００２３】
更に、本発明に係る全光論理和素子の動作検証装置は、前述の第１半導体光増幅器１４０で波長変換されて第１光フィルタ１４２を通過した信号、即ち波長変換された後の光信号Ｃを増幅する第２エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ２）１４４と、偏光調節器（ＰＣ）１４８を通過して連続波光信号を発生させる分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）１４６と、第２エルビウム添加光ファイバ増幅器１４４で増幅された波長変換後の光信号Ｃと分布帰還型レーザダイオード１４６からの連続波光信号とを５０：５０で結合させる第７光ファイバ結合器（ＦＣ７）１５０と、この第７光ファイバ結合器１５０からのプローブ信号であるである連続波光信号と同時に入射された波長変換後の光信号Ｃがポンピング信号として作用し、ポンピング信号によるＳＯＡの利得飽和と所定の波長変換特性とによって波長変換された新たな光信号のパルス列を発生させる第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２と、前記第２半導体光増幅器１５２からプローブ信号の波長のみを通過させる第２光フィルタ１５４と、前記第２光フィルタからの出力光を検出する光検出器（ＰＤ）１５６と、前記光検出器１５６からの検出された出力光を測定するサンプリングオシロスコープ１５８とを更に含んで構成されている。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、上述の各構成要素の間はそれぞれ光ファイバにより接続されているものとする。また、各光ファイバ結合器の結合比率、分離比率はいずれも一例であって、上記の数値に限定されるものではない。
【００２５】
また、以上の構成の内の、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０までの範囲が本発明の全光論理和素子の動作検証装置のための信号生成装置として、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０以降の第２光フィルタ１５４までの範囲が本発明の全光論理和素子として機能する。
【００２６】
次に、上述のような本発明に係る全光論理和素子及びその動作検証装置の動作を図２、図３、図４を参照して説明する。
【００２７】
まず、全光論理和素子の動作を証明するための入力信号Ａと入力信号Ｂとは、光パルス発生器１００が発生する光パルスから生成され、出力光の波長λが１５５０ｎｍであるモードロック光ファイバレーザ（mode-locked fiber laser:ＭＬＦＬ）１０２で駆動される。モードロック光ファイバレーザ１０２の出力光は５０：５０の分離比率を有する第１光ファイバ結合器（ＦＣ１）１０６によって二分離される。この第１光ファイバ結合器（ＦＣ１）１０６によって二分離された一方の出力光は４００ｐｓの時間遅延を得るために遅延器１０８と長さ４ｍの単一モード光ファイバ（Single Mode optical Fiber:ＳＭＦ）１１０とで構成される第１遅延手段を通過し、他方の出力光は光減衰器（Attenuator：ＡＴＴＮ）１１２と偏光調節器（Polarization Controller:ＰＣ）１１４とで構成される第１光調節手段を通過した後、５０：５０の分離比率を有する第２光ファイバ結合器（ＦＣ２）１１６で結合されることにより、２．５Ｇbit/s で動作する入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列が発生される。
【００２８】
そして、第２光ファイバ結合器１１６の一方の出力光は１０：９０の分離比率を有する第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８で１０：９０に二分離される。この第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８で二分離された一方（分離比率１０側）の出力光である入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列は図示しない２０ＧＨｚのサンプリングオシロスコープで測定される（図２参照）。また、第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８で二分離された他方（分離比率９０側）の出力光である入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列は光減衰器（ＡＴＴＮ）１２６と偏光調節器（ＰＣ）１２８とで構成される第２光調節手段を通過した後、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０へ入力され、後述するように、入力信号パターンＢ（０１１０）と結合される。
【００２９】
一方、第２光ファイバ結合器（ＦＣ２）１１６の他方の出力光である入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列は４００ｐｓの時間遅延を得るために遅延器１２０と長さ４ｍの単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）１２２とで構成される第２遅延手段を通過することにより、入力信号Ｂの各ビット（０１１０）に対応した光パルス列となる。この信号は１０：９０の分離比率を有する第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）１２４で１０：９０に二分離され、その一方（分離比率１０側）の出力光（０１１０）は図示しない４５ＧＨｚの光検出器とサンプリングオシロスコープとで測定される（図２参照）。そして、第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）１２４で１０：９０に二分離された他方（分離比率９０側）の出力光は第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０へ入力される。
【００３０】
従って、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０へは、この第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）１２４で二分離された他方（分離比率９０側）の出力光である入力信号Ｂの各ビット（０１１０）に対応した光パルス列と、前述した第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８、光減衰器（ＡＴＴＮ）１２６、偏光調節器（ＰＣ）１２８を通過した入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列とが入力されて結合されることにより、入力信号ＡとＢとの光パルス列を算術和した算術和信号Ａ＋Ｂが生成される。そして、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０の一方の出力光、即ち入力信号ＡとＢとの算術和信号Ａ＋Ｂは、図示しない４５ＧＨｚの光検出器とサンプリングオシロスコープとで測定される（図２参照）。
【００３１】
図２は第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）１１８の一方（分離比率１０側）の出力光を測定した２．５Ｇbit/s の入力信号Ａの各ビット（１１００）に対応した光パルス列を上側に、第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）１２４の一方（分離比率１０側）の出力光を測定した２．５Ｇbit/s の入力信号Ｂの各ビット（０１１０）に対応した光パルス列を中央に、第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０の一方の出力光を測定した２．５Ｇbit/s の算術和信号Ａ＋Ｂの各ビット（１１１０）の光パルス列を下側にそれぞれ示している。この図２では、上側に示した入力信号Ａと中央に示した入力信号Ｂとを算術和した算術和信号Ａ＋Ｂが下側に示されていることが判る。
【００３２】
第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）１３０の他方の出力光、即ち算術和信号Ａ＋Ｂは第１エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１）１３２で増幅された後、波長λが１５３５ｎｍである可変波長レーザダイオード１３４が発生する連続波光信号と共に５０：５０の分離比率を有する第６光ファイバ結合器（ＦＣ６）１３８へ入力されて結合され、その出力光は第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０へ入射される。
【００３３】
この第６光ファイバ結合器（ＦＣ６）１３８からの出力光が入射されると、算術和信号Ａ＋Ｂと連続波光信号とがそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用されることにより、第１半導体増幅器（ＳＯＡ１）１４０はポンピング信号による利得飽和と波長変換特性とによって波長変換された光信号Ｃを発生する。即ち、第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０の出力信号の内のプローブ信号の波長は第１光フィルタ１４２を通過するが、ポンピング信号である算術和信号Ａ＋Ｂは第１光フィルタ１４２を通過することができないため、第１光フィルタ１４２を通過した波長変換後の信号Ｃの波長は１５３５ｎｍになる。
【００３４】
図３は２．５Ｇbit/s の入力信号Ａを上側に、同じく入力信号Ｂを中央に、第１エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１）１３２と第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０との駆動電流がそれぞれ８０ｍＡと１５０ｍＡとである場合の第１光フィルタ１４２の出力側で測定された２．５Ｇbit/s に波長変換された光信号Ｃを下側にそれぞれ示している。入力信号ＡとＢとの光パルス列の対応する二つのビット信号が論理（１、０）、（１、１）、（０、１）である場合は波長変換後の光信号Ｃの光パルス列には出力光がなく、（０、０）である場合にのみ波長変換後の光信号Ｃのパルス列には出力光が出ていることが判る。但し、入力信号はパルス形態であるため、パルス間で波長変換された後の光信号Ｃが出力されていることも判る。
【００３５】
波長変換された後の光信号Ｃは第２エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ２）１４４で増幅された後、分布帰還型形レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）１４６から発生された波長λが１５５４ｎｍである連続波光信号と共に、５０：５０の分離比率を有する第７光ファイバ結合器（ＦＣ７）１５０で結合され、第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２へ入射される。この際、第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０から出力された波長変換後の光信号Ｃは第２半導体増幅器（ＳＯＡ２）１５２でポンピング信号として使用され、分布帰還型形レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）１４６の連続波光信号がプローブ信号として使用される。従って、高い光強度を有するポンピング信号は第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２内でキャリアを枯渇させることによって利得を飽和させる。その結果、プローブ信号はポンピング信号がない時にのみ、第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２から出力される。従って、第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２の出力光が第２光フィルタ１５４を通過する際、プローブ信号の波長のみが通過して出力され、この信号は４５ＧＨｚの光検出器（Photo Detector: ＰＤ）１５６とサンプリングオシロスコープ１５８とで測定される。
【００３６】
図４は２．５Ｇbit/s で動作する全光論理和素子の動作特性を示している。上側に示す波長変換後の光信号Ｃは二つの入力信号Ａ（１１００）及びＢ（０１１０）の各ビットに対応した光パルス列が第１半導体光増幅器（ＳＯＡ）１４０を通過する際に生成された波形であり、入力信号ＡとＢとの光パルス列に対応する二つのビット信号が論理（１、０）、（１、１）、（０、１）である場合は出力光がなく、（０、０）である場合にのみ出力光が存在することが判る。下側に示すプローブ信号は第２エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ２）１４４と第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２との駆動電流がそれぞれ１７０ｍＡと１５０ｍＡとである場合の全光論理和素子の動作特性、即ち入力信号ＡとＢとの論理和（ＯＲ）である（１１１０）に対応する光パルス列になっていることが確認される。
【００３７】
以上のように、同一波長の二つの入力信号ＡとＢとの光パルス列が第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）１４０によってそれぞれの対応するビット信号（（１、０）、（１、１）、（０、１）、（０、０））の四組の論理和信号を有する波長変換された光信号Ｃが得られ、この信号と分布帰還型形レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）１４６からの連続波光信号とがそれぞれポンピング信号とプローブ信号とに利用されて第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２を通過する際に第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）１５２の利得飽和と波長変換特性とによって２．５Ｇbit/s の全光論理和素子が実現される。従って、本発明によれば、光コンピュータと全光信号処理システムとの複雑な光回路上で全光論理動作を容易に実現することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明に係る半導体光増幅器を用いた全光論理和素子によれば、２．５Ｇbit/s の入力信号がモードロック光ファイバレーザと多重化の方法とによって四つの論理信号を生成し、この論理信号とプローブ信号とが半導体光増幅器（ＳＯＡ）を通過する際にその半導体光増幅器（ＳＯＡ）の利得飽和と波長変換特性とによって全光論理和素子が実現される。
【００３９】
従って、本発明は光コンピュータと全光信号処理システムとの複雑な光回路上の任意の位置で全光論理和素子の動作を実現するために容易に適用可能である。また、全光ＮＯＲ、ＮＡＮＤ、ＸＯＲ、ＡＮＤ等の全光論理素子の実現に応用可能であるのみならず、１０Ｇbit/s 以上で動作する超高速全光論理素子を作ることもできる。
【００４０】
更に、本発明の半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作検証装置によれば、上述のような本発明の半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作を、２個の入力信号ＡとＢ、算術和信号Ａ＋Ｂ、及び最終的に得られた全光論理和信号によって確認することが出来るので、本発明の半導体光増幅器を用いた全光論理和素子の動作を確実に検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    図１は本発明に係る全光論理和素子及びその動作検証装置、更には動作検証装置が動作検証を行なうために必要な信号を生成する信号生成装置の具現的構成例を示すブロック図である。
【図２】  本発明に係る全光論理和素子の入力信号Ａ及びＢと、それらの算術和信号Ａ＋Ｂの光パルス列を示す波形図の模式図である。
【図３】  本発明に係る全光論理和素子への入力信号Ａ及びＢと、それらの算術和信号Ａ＋Ｂによって波長変換された後の光信号Ｃとの光パルス列を示す波形図の模式図である。
【図４】  本発明に係る、２．５Ｇbit/s で動作する全光論理和素子の動作特性を示す模式図である。
【符号の説明】
１００  光パルス発生器
１０２  モードロック光ファイバレーザ（ＭＬＦＬ）
１０６  第１光ファイバ結合器（ＦＣ１）
１０８  遅延器
１１０  単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）
１１２  出力光を減衰器（ＡＴＴＮ）
１１４  偏光調節器（ＰＣ）
１１６  第２光ファイバ結合器（ＦＣ２）
１１８  第３光ファイバ結合器（ＦＣ３）
１２０  遅延器
１２２  単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）
１２４  第４光ファイバ結合器（ＦＣ４）
１２６  減衰器（ＡＴＴＮ）
１２８  偏光調節器（ＰＣ）
１３０  第５光ファイバ結合器（ＦＣ５）
１３２  第１エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１）
１３４  可変波長レーザダイオード（Tunable ＬＤ）
１３８  第６光ファイバ結合器（ＦＣ６）
１４０  第１半導体光増幅器（ＳＯＡ１）
１４２  第１光フィルタ
１４４  第２エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ２）
１４６  分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）
１５０  第７光ファイバ結合器（ＦＣ７）
１５２  第２半導体光増幅器（ＳＯＡ２）
１５４  第２光フィルタ
１５８  サンプリングオシロスコープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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