光ファイバメモリ並びに光信号の記録及び読出し方法
【課題】光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号も記録できる光メモリを提供する。
【解決手段】コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６からなり、第１の端面８から第１の光信号が入射する光記録ファイバ１２と、第１の光信号が光記録ファイバ１２の第２の端面２６に到達する前に、第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ第１の光信号と干渉して、複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する書込み光パルスを、第２の端面２６から光記録ファイバ６に入射させる書込み光パルス供給ユニット２８とを有する。
【解決手段】コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６からなり、第１の端面８から第１の光信号が入射する光記録ファイバ１２と、第１の光信号が光記録ファイバ１２の第２の端面２６に到達する前に、第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ第１の光信号と干渉して、複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する書込み光パルスを、第２の端面２６から光記録ファイバ６に入射させる書込み光パルス供給ユニット２８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバメモリ並びに光信号の記録及び読出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力した光信号を電気信号に変換せずに、光信号のまま処理して出力する光ルータは、通信速度を飛躍的に向上させる技術として期待されている。この光ルータには、光信号を電気信号に変換せず直接記録し読み出す、光メモリが欠かせない。しかし、従来の光メモリは、２進数に対応する光デジタル信号を記録することはできたが、光多値信号や光位相変調信号を記録することはできなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】光永正治, " フォトンエコーメモリー一原理と応用一 ", 応用物理60, 21 (1991).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号も記録できる光ファイバメモリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり、第１の端面から第１の光信号が入射する光記録ファイバと、前記第１の光信号が前記光記録ファイバの第２の端面に到達する前に、前記第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる書込み光パルス供給ユニットとを有し、前記書込み光パルスにより、前記第１の光信号を前記光記録ファイバに記録する光ファイバメモリが提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり第１の光信号が入射する光記録ファイバと、前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットとを有し、前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す光ファイバメモリが提供される。
【０００７】
また、本発明の第３の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程とを有する光信号の記録方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第４の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程と、前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第３の工程を有する光信号の記録及び読出し方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第５の観点によれば 第１の光パルスに対応して非線形光ファイバに形成された回折格子により反射されて、第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記非線形光ファイバに入射させる第１の工程と、第１の工程の後、前記回折格子により前記読み出し光パルスを反射して、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第２の工程を有し、前記非線形光ファイバが、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバであり、前記回折格子が、前記非線形光ファイバに入射した前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子である、光信号の読出し方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号も記録できる光メモリと、光信号の記録方法及び光信号の読出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図２】第１の光信号と書込みパルスが入射した非線形光ファイバの動作を説明する図である。
【図３】光信号の種類を説明する図である。
【図４】読出し光パルスが入射した光非線形ファイバの状態を説明する図である。
【図５】書込み光パルスの電界強度スぺクトル及び第１の光信号の点灯ビットの電界強度スぺクトルを説明する図である。
【図６】実施の形態２の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図７】実施の形態３の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図８】実施の形態４の光ファイバメモリ１１６の構成を説明する図である。
【図９】実施の形態４における読出し光パルスが入射した光非線形ファイバの状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
（実施の形態１）
（１）構 成
図１は、本実施の形態の光ファイバメモリ２の構成を説明する図である。図１に示すように、光ファイバメモリ２を形成する各光学部材は、実線で示す通常の光ファイバにより光学的に接続されている。
【００１４】
本光ファイバメモリ２は、図１に示すように、コア４の複素屈折率が伝搬光の強度（光パワー）に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６からなり、その第１の端面８から第１の光信号１０が入射する光記録ファイバ１２を有している。この光記録ファイバ１２の長さは、例えば、１０〜１００ｍである。
【００１５】
ここで、第１の光信号１０は、本光ファイバメモリ２に記録される入力信号である。第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスのパルス幅は、例えば、１ｐｓ−１ｎｓである。尚、光パルスのパルス幅とは、光パルスの光強度が、その最大値の−３ｄＢより強くなる期間の長さ（時間）のことである。
【００１６】
本実施の形態の光記録ファイバ１２は、光ファイバ増幅器１４である。本光ファイバメモリ２は、この光ファイバ増幅器１４に励起光２０（その光強度は、時間に対して一定）を供給する励起光供給ユニット１６を有している。励起光供給ユニット１６は、光ファイバ増幅器１４の励起光を生成する励起光源１８と、励起光２０と第１の光信号１０を結合する光結合器２２（例えば、方向性結合器）を有している。励起光源１８は、例えば、半導体レーザとその制御装置を有している。
【００１７】
ここで、本実施の形態の光ファイバ増幅器１４は、コア４にエリビウムが添加されたエリビウム添加光ファイバ増幅器である。励起光２０の波長は、０.９８μｍ又は１.４８μｍである。一方、第１の光信号の波長λは、１.５５μｍである。
【００１８】
また、本光ファイバメモリ２は、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ第１の光信号１０と干渉して、コア４の複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する書込み光パルス２４を、光記録ファイバ１２にその第２の端面２６から入射させる書込み光パルス供給ユニット２８を有している。この書込み光パルス供給ユニット２８は、第１の光信号１０が第２の端面２６に到達する前に、第２の端面２６から光記録ファイバ１２に書込み光パルス２４を入射させる。ここで、書込み光パルス２４の波長は、第１の光信号１０の波長に略一致していることが好ましい。尚、書込み光パルス２４のパルス幅は、例えば、０．１ｆｓ―１００ｐｓである。
【００１９】
本実施の形態の書込み光パルス供給ユニット２８は、第１の光パルス源３０と、第１の光サーキュレータ３２を有している。ここで、第１の光パルス源３０は、例えば、電界吸収型光変調器と分布帰還型半導体レーザが集積化されたＥＡ−ＤＦＢ（Electro-Absorption Distributed Feed-Back）レーザとその制御装置を有している。
【００２０】
また、本光ファイバメモリ２は、上記回折格子により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６に変化する読出し光パルス３８を、上記第２の端面２６から光記録ファイバ１２に入射させる読出し光パルス供給ユニット４０を有している。
【００２１】
本実施の形態では、書込み光パルス供給ユニット２８が、読出し光パルス供給ユニット４０を兼ねている。しかし、実施の形態３で説明するように、書込み光パルス供給ユニット２８と読出し光パルス供給ユニット４０は、別々の装置であってもよい。但し、生成する光パルスの波長、波形、パルス幅等は、なるべく同じものであることが好ましい。
【００２２】
また、本光ファイバメモリ２は、光記録ファイバ１２から出射した第２の光信号３６を、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路から分離して出力する光信号出力ユニット４２を有している。本実施の形態の光信号出力ユニット４２は、図１に示すように、読出し光パルス供給ユニット４０に含まれる第１の光サーキュレータ３２である。また、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路とは、第１の光パルス源３０から、第１の光サーキュレータ３２を経由して、光記録ファイバ１２に至る光路である。
【００２３】
以上の構成により、本光ファイバメモリ２は、書込み光パルス２４により、第１の光信号１０を光記録ファイバ１２に記録する。また、本光ファイバメモリ２は、読出し光パルス３８により、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６を光記録ファイバ１２から読み出す。
【００２４】
（２）光信号の記録及び読出し方法並びに光ファイバメモリの動作
次に、光ファイバメモリ２を用いた光信号の記録及び読出し方法、並びに光ファイバメモリ２の動作を説明する。
【００２５】
―光ファイバ増幅器の励起工程―
上述したように、光記録ファイバ１２を形成する非線形光ファイバ６は、エルビウム添加光ファイバ増幅器１４である。従って、本実施の形態では、まず、励起光供給ユニット１６を動作させて、光ファイバ増幅器１４に励起光２０を供給する（図１参照）。
【００２６】
この励起光２０は励起光源１８で生成され、光結合器２２の第２の光入射口９２に入射する。その後、第１の光信号１０と結合されて、光結合器２２の光出射口９４から出射する。その後、光ファイバ増幅器１４に、その第１の端面８から入射する。
【００２７】
励起光２０が供給されると、コア４に添加された、光増幅を担う原子（エリビウム原子）が励起状態になる。この状態で、被増幅光が光ファイバ増幅器１４に入射すると、被増幅光の強度に応じて、励起された原子の数が減少し、コア４の複素屈折率が変化する。この複素屈折率の変化は一時的であり、被増幅光がなくなると複素屈折率は漸次、元に戻る。この複素屈折率変化の持続時間は、例えば、エリビウム添加光ファイバ増幅器では、数百μｓ〜１０ｍｓ持続する。
【００２８】
複素屈折率の虚部は、光吸収係数または光利得係数に対応する消衰係数である。誘導吸収や誘導放出が起きると、励起状態の原子数が変化して、光吸収係数または光利得係数が変化する。その結果、消衰係数及び屈折率（複素屈折率の実部）が変化して、複素屈折率が変化する。この変化は、励起準位の原子数が基底状態に戻るまで、暫く持続する。また、この変化は、誘導放出及び誘導吸収を起こす被増幅光の強度に応じて増減する。このように、光ファイバ増幅器は、コアの複素屈折率が伝搬光（被増幅光）の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバとして機能する。
【００２９】
尚、光ファイバ増幅器１４が十分に励起され光利得が発生した場合、或いは励起が不十分で光ファイバ増幅器１４が光信号を吸収する場合いずれでも、被増幅光（伝搬光）の強度に応じてコア４の複素屈折率が変化するので、光信号を記録し読出すことができる。
【００３０】
しかし、光ファイバ増幅器１４の光利得が大き過ぎると、光ファイバ増幅器１４に先に入射するビット（以下、先行ビットと呼ぶ）が成長し過ぎて光利得を低下させ、後から光ファイバ増幅器１４に入射するビット（以下、後続ビットと呼ぶ）の光増幅が妨げられる。このような場合、光増幅により先行ビットと後続ビットの強度が不揃いになるので、光ファイバ増幅器１４の光利得は、０ｄＢ又はその近傍が好ましい。
【００３１】
―光信号の書込み工程―
次に、非線形光ファイバ６の第１の端面８から、第１の光信号１０を非線形光ファイバ６に入射させる（図１参照）。ここで、第１の光信号１０は、光ファイバ増幅器１４（非線形光ファイバ６）の被増幅光である。また、第１の光信号１０は、光ファイバメモリ２への入力信号でもある。
【００３２】
第１の光信号１０は、例えば、外部の光回路から光ファイバメモリ２に入射する。この第１の光信号１０は、第２の光サーキュレータ４８にその光入射口４６から入射し、その光入出射口５０から出射する。次に、第１の光信号１０は、光結合器２２の第１の光入射口９０に入射し、励起光２０と結合された後、光結合器２２の光出射口９４から出射する。次に、第１の光信号１０は、非線形光ファイバ６の第１の端面８から、非線形光ファイバ６に入射する。
【００３３】
尚、第２の光サーキュレータ４８の光入出射口５０に入射した戻り光５４は、第２の光サーキュレータ４８の光入出射口５６から出射する。このように、第２の光サーキュレータ４８は、光アイソレータとして機能する。従って、第２の光サーキュレータ４８の代わりに、光アイソレータを設けてもよい。
【００３４】
次に、第１の光信号１０が非線形光ファイバ６の第２の端面２６に到達する前に、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭い書込み光パルス２４を、非線形光ファイバ６にその第２の端面２６から入射させて、第１の光信号１０を非線形光ファイバ６に記録する。この書込み光パルス２４は、第１の光信号１０と干渉して、コア４の複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する。
【００３５】
この書込み光パルス２４は、第１の光パルス源３０で生成され、第１の光サーキュレータ３２に、その光入射口５８から入射し、その光入出射口６２から出射する。次に、書込み光パルス２４は、第２の端面２６から非線形光ファイバ６に入射する。
【００３６】
図２は、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が入射した、非線形光ファイバ６の状態を説明する図である。状態図２Ａ乃至２Ｃは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が非線形光ファイバ６に入射してから出射する直前までの状態を説明する図である。断面図２Ｄは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図２Ａ乃至２Ｃの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【００３７】
状態図２Ａは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が入射した直後の、非線形光ファイバ６の状態を示している。状態図２Ａに示すように、第１の光信号１０と書込み光パルス２４は、互いに対向してコア４を伝搬する。ここで、書込み光パルス２４のパルス幅Δｔｐは、上述したように、光信号の１ビットに対応する光パルス６６のパルス幅Δｔｂより狭い。この光パルス６６は、第１の光信号１０の点灯状態（ＯＮ状態）の１ビット５２ａ（以下、点灯ビットと呼ぶ）を形成する光パルスである。
【００３８】
尚、書込み光パルス２４の光スぺクトルの中心光周波数は、後述するように、第１の光信号１０の搬送波の光周波数に近いほど好ましい。また、書込み光パルス２４の強度は、点灯ビット６６の強度より強い方が好ましい。これは、干渉光の強度が、書込み光パルス２４及び点灯ビット６６の強度に比例するからである。
【００３９】
状態図２Ｂは、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が、非線形光ファイバ内で衝突している状態を示している。第１の光信号１０の点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突し重なると、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が干渉して、コア４の長手方向に周期的に変化する光強度の分布が形成される。この光強度の周期的変化に応じて、コアの複素屈折率が一時的に変化し、回折格子４４が形成される（状態図２Ｂ参照）。尚、状態図２Ｂの矢印Ａは、最初に第１の光信号１０と書込み光パルス２４が衝突した位置を示している。
【００４０】
状態図２Ｃは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が非線形光ファイバ６を出射する直前の状態を説明する図である。この状態では、第１の光信号１０と書込み光パルス２４は衝突を終了し、互いに分離している。点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突した位置には、上述した回折格子４４が形成される。一方、消灯状態（ＯＦＦ状態）の１ビット５２ｂ（以下、消灯ビットと呼ぶ）と書込み光パルス２４が衝突した位置には、回折格子４４は形成されない。このため、第１の光信号１０に対応する回折格子４４の分布が、コア４に形成７２される（状態図２Ｃ参照）。
【００４１】
状態図２Ｃに示すように、点灯ビット６６Ａ,６６Ｂ,６６Ｃ夫々に対応する回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃが、コア４の長手方向に沿って順次形成される。一方、消灯ビット６８に対応する領域７０には、回折格子は形成されない。このように、第１の光信号１０に対応する回折格子４４の分布７２がコア４に形成され、非線形光ファイバ６に第１の光信号１０が記録される。ここで、非線形光ファイバ６に先に入射したビットに対応する回折格子ほど、第２の端面２６の近くに形成される。
【００４２】
図３は、光信号の種類を説明する図である。図３（ａ）は、二進数に対応するデジタル信号である。図３（ｂ）は、各ビットの光強度が３種類以上に亘る多値信号である。図３（ｃ）は、搬送波の位相が変調された光位相変調信号である。各図の横軸は、時間である。縦軸は光強度である。本光ファイバメモリ２は、図３に示す３種類の光信号全てを記録することができる。
【００４３】
図３（ａ）のデジタル信号は、上述した回折格子４４の分布７２により記録することができる。
【００４４】
図３（ｂ）の多値信号を第１の光信号１０として光ファイメモリ６に入力すると、各ビットの光強度に応じて、深さの異なる複数の回折格子（例えば、深い回折格子、浅い回折格子、回折格子がない領域）が形成される。この回折格子の深さの違いにより、多値信号を記録することができる。
【００４５】
図３（ｃ）の光位相変調信号を第１の光信号１０として光ファイメモリ６に入力すると、各ビットの位相に応じて、複素屈折率変化の位相が異なる複数の回折格子がコア４に形成される。この回折格子の位相の違いにより、位相変調信号を記録することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、デジタル信号だけでなく、多値信号や光位相変調信号も記録することができる。
【００４７】
尚、コア４に形成される回折格子４４の周期は、λ/２ｎである。ここで、ｎはコア４の等価屈折率であり、λは第１の光信号１０の波長である。すなわち、回折格子４４のブッラグ波長は、第１の光信号１０の波長λである。
【００４８】
尚、本実施の形態では、λは１.５５μｍである。また、ｎは略１.５である。従って、回折格子４４の周期は、０.５２μｍである。
【００４９】
―光信号の読出し工程―
本工程では、回折格子４４により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６に変化する読出し光パルス３８を第２の端面２６から非線形光ファイバ６に入射させる。これにより、非線形光ファイバ６から、第２の光信号３６を読み出す。
【００５０】
本実施の形態では、読出し光パルス３８は、第１の光パルス源３０により生成される。従って、読出し光パルス３８の波長は、書込み光パルス２４の波長と同じになる。ここで、書込み光パルス２４の波長は、上述したように、第１の信号光１０の波長に略等しい。故に、読出し光パルス３８の波長は、回折格子４４のブラック波長（＝第１の信号光１０の波長）に略等しくなる。このため、読出し光パルス３８は回折格子４４により反射され、第１の光信号１０に対応する第２の光信号が形成される。
【００５１】
ここで、読出し光パルス３８のパルス幅は、書込み光パルス２４と同様、第１の光信号の１ビットに対応する光パルス（点灯ビット６６）のパルス幅より狭い方が好ましい。尚、読出し光パルス３８の波長は、必ずしも書込み光パルス２４の波長と完全に一致していなくてもよいが、読出し光パルス３８の波長と書込み光パルス２４の波長は、近いほど好ましい。これは、読出し光パルス３８の波長と書込み光パルス２４の波長が近いほど、第２の光信号３６の強度が強くなるからである。
【００５２】
非線形光ファイバ６に入射した読出し光パルス３８は、コア４に形成された回折格子４４により反射される。図４は、読出し光パルス３８が入射した光非線形ファイバ６の状態を説明する図である。状態図４Ａ及び４Ｂは、夫々、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２の衝突前後の状態を説明する図である。また、断面図４Ｃは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図４Ａ及び４Ｂの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【００５３】
状態図４Ａは、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２との衝突前の非線形光ファイバ６の状態を示している。上述したように、非線形光ファイバ６には、第１の光信号１０に対応する回折格子の分布７２が形成されている。読出し光パルス３８は、第２の端面２６から入射し、この回折格子の分布７２に向かって伝搬する。やがて読出し光パルス３８は、回折格子の分布７２に衝突する。
【００５４】
状態図４Ｂは、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２の衝突後の非線形光ファイバ６の状態を示している。回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃは、読出し光パルス３８を順次反射して、第２の光信号３６を形成する。この時、第２の端面２６に近い回折格子ほど早く、読出し光パルス３８を反射する。ここで、非線形光ファイバ６に先に入射したビットに対応する回折格子ほど、第２の端面２６の近く形成されている。従って、第１の光信号１０と同じデジタル情報を有する、第２の光信号３６が形成される。その後、第２の光信号３６は、第２の端面２６から出射する。ここで、第２の信号３６は、ビットの配列順が入力信号と同じＦＩＦＯ(First in First out)信号である。尚、状態図４Ｂには、反射されずに回折格子の分布７２を通り抜けた読出し光パルス３８の一部３８ａが示されている。
【００５５】
以上の動作により、読出し光パルス３８は、回折格子の分布７２に反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６になる。
【００５６】
次に、光非線形ファイバ６から読み出した第２の光信号３６を、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路から分離して出力する。
【００５７】
非線形光ファイバ６の第２の端面２６から出射した第２の光信号３６は、第１の光サーキュレータ３２に、その光入出射口６２から入射し、その光出射口７４から出射する（図１参照）。以上の動作により、光非線形ファイバ６から読み出された第２の光信号３６が、読出し光パルス３８が光記録ファイバ１２に入射する光路から分離されて、光ファイバメモリ２から出力される。
【００５８】
以上の説明では、第１の光信号１０は、デジタル信号である。第１の光信号１０が多値信号の場合には、上述したように、各ビットの光強度に応じて、深さが異なる複数の回折格子がコア４に形成されている。従って、深い回折格子ほど、より多くの読出し光パルス３８を反射する。従って、第２の光信号３６は、多値信号になる。
【００５９】
また、第１の光信号１０が位相変調信号の場合には、上述したように、各ビットの位相に応じて、位相が異なる複数の回折格子がコア４に形成されている。回折格子の位相は、第２の光信号３６の位相に反映される。故に、第２の光信号３６は、位相変調信号になる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号を記録し、更に読み出すことができる。
【００６１】
（３）離調（detuning）
第１の光信号１０の波長と書込み光パルス２８の波長は、必ずしも一致していなくてもよい。このような波長の不一致が、回折格子４４の生成に及ぼす影響を、以下に説明する。
【００６２】
図５は、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトル７６及び第１の光信号１０の点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８を説明する図である。横軸は光周波数である。縦軸は、電界強度である。
【００６３】
図５に示すように、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトル７６及び点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８は広がっている。点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８はその搬送波の光周波数ｆｓを中心として広がり、その幅は、よく知られているように、点灯ビット６６のパルス幅Δｔｂに依存している。
【００６４】
一般的に、パルス幅が狭くなると、その光スぺクトル幅は広くなる。上述したように、書込み光パルス２４のパルス幅Δｔｐは、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルス（点灯ビット６６）のパルス幅より狭い。このため、書込み光パルス２４の光スぺクトル７６の幅は、図５に示すように、点灯ビット６６の光スぺクトル７８の幅より広くなっている。
【００６５】
第１の光信号１０及び書込み光パルス２４は、異なる光源により生成される。従って、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓと、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒを一致させることは困難である。しかし、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒと搬送波の光周波数ｆｓを接近させて、点灯ビット６６の光スぺクトル７８と書込み光パルス２４の光スぺクトル７６を重ね合わせることは、比較的容易である（図５参照）。ここで、第１の光信号１０のスペクトルの１／ｅ幅は、例えば、400 MHz〜400GHzである。一方、書込み光パルス２４の１／ｅ幅は、例えば、4 GHｚ〜4TＨｚである。
【００６６】
このような光スペクトルの重なりが生じると、重なった各光周波数で干渉が起きる。従って、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒを、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓに近づけることにより、回折格子４４を非線形光ファイバ６のコア４に形成することが可能になる。この時に形成される回折格子４４の深さ（複素屈折率の振幅）は、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調（＝ｆｓ−ｆｒ）が小さいほど大きくなる。従って、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調は、小さいほど好ましい。
【００６７】
次に、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調が、回折格子４４の深さに及ぼす影響を定量的に説明する。
【００６８】
光パルスの電界強度スペクトルは、一般的に、ガウス関数で近似することができる。そこで、第１の光信号１０の点灯ビット６６の電界強度スペクトルｓ（ω）及び書込み光パルス２４の電界強度スペクトルｒ（ω）を、夫々、以下のガウス関数で近似する。
【００６９】
【数１】
【００７０】
【数２】
【００７１】
ここで、ωは角周波数（＝２π/光周波数）である。ωｓは、第１の光信号１０の搬送波の角周波数である。ωｒは、書込み光パルス２４の中心角周波数である。また、Δｓ及びΔｒは、夫々、点灯ビット６６の電界強度スペクトルの１／e半幅及び書込み光パルス２４の電界強度スペクトルの１／e半幅である。尚、係数ｒ及びｓは、複素数である。
【００７２】
ここで、ｅは自然対数の底である。また、１／e半幅とは、ある関数（例えば、電界強度スペクトル）の値を、その最大値の１／ｅにする一対の変数値（例えば、角周波数）の差分の半分のことである。
【００７３】
上記式（１）及び（２）を用いると、点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突した時に生じる干渉光の光電界強度Ｅ（ω,t,z）は、次式のようになる。
【００７４】
【数３】
【００７５】
ここで、ｋは波数（＝２π／波長）である。ｚは、コア４の長手方向に沿った位置座標である。ｔは時間である。また、c.c.は、複素共役である。
【００７６】
干渉光の強度Ｐ(z)（光パワー）は、式（３）を用いると、次式のようになる。
【００７７】
【数４】
【００７８】
式（４）に式（１）〜（３）を代入すると、以下のようになる。
【００７９】
【数５】
【００８０】
ここで、式（５）の右辺第１項は、干渉光の直流成分（位置座標ｚによらない光強度）である。一方、式（５）の右辺第２項は、干渉光の振動成分（位置座標ｚの三角関数）である。この干渉成分により、コア４の複素屈折率が変化し、回折格子が形成される。尚、波数ｋは一定と仮定した。このように仮定しても、第１の信号光１０の広がりが狭いので、問題はない。
【００８１】
式（５）の右辺第２項から明らかなように、この振動成分の振幅は、次式で表される。
【００８２】
【数６】
【００８３】
ここで、コア４の複素屈折率の変化は、干渉光の強度に比例すると仮定できる。
【００８４】
式（６）は、周波数の離調（＝ωｒ−ωｓ）が零の場合に、回折格子の深さが最大になることを示している。また、式（６）は、角周波数の離調の絶対値がΔｒ２＋Δｓ２の平方根に等しい場合、回折格子４４の深さは、その最大深さの１／ｅ（約０．３７倍）になることを示している。更に、式（６）は、角周波数の離調の絶対値がΔｒ２＋Δｓ２の平方根の２倍に等しい場合、回折格子４４の深さは、最大深さの１／ｅ４（約０．０２倍）になることを示している。
【００８５】
ところで、Δｒ２＋Δｓ２の平方根は、Δｒより大きい。従って、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調の絶対値が、書込み光パルスの電界強度スペクトルの１／ｅ半幅の２倍（１／ｅ全幅）より小さければ、形成される回折格子の深さは、最大深さの０.０２倍以上になる。更に、上記離調の絶対値が、書込み光パルスの電界強度スペクトルの１／ｅ半幅より小さければ、形成される回折格子の深さは、最大深さの０.３７倍以上になる。
【００８６】
従って、第１の光信号１０と書込み光パルス２４を干渉させて回折格子４４を形成するためには、上記離調の絶対値が、上記１／ｅ半幅の２倍（＝１／ｅ全幅）より小さいことが好ましく、１／ｅ半幅より小さければ更に好ましい。
【００８７】
ところで、光角周波数を２πで割ると、光周波数になる。従って、上記結論は、以下のように言い換えることができる。
【００８８】
すなわち、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓと、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒとの差の絶対値は、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトルの１/ｅ全幅より小さいことが好ましく、１／ｅ半幅より小さければ更に好ましい。ここで、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒとは、１/ｅ全幅に対応する光周波数領域の中央値である。
【００８９】
(実施の形態２)
（１）構 成
図６は、本実施の形態の光ファイバメモリ８０の構成を説明する図である。
【００９０】
図６に示すように、本実施の形態の光ファイバメモリ８０は、実施の形態１の光ファイバメモリ２と略同じ構成を有している。従って、実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【００９１】
本光ファイバメモリ８０の励起光供給ユニット１６ａは、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下にする励起光２０ａを、光ファイバ増幅器１４に供給する。すなわち、本実施の形態では、励起光２０ａを弱くして、光ファイバ増幅器１４に光利得を生じさせないようにする。
【００９２】
更に、本光ファイバメモリ８０は、光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光２０に重畳されることにより光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４（光記録ファイバ１２）に入射させる励起光パルス供給ユニット８４を有している。
【００９３】
ここで、励起光パルス供給ユニット８４は、励起光パルス源８６と、励起光パルス８２と書込み光パルス２４を結合する光結合器８８（例えば、方向性結合器）を有している。励起光パルス源８６は、例えば、半導体レーザ（発振波長は、０.９８μｍ又は１.４８μｍ）とその電源（電圧パルス発生機を含む）を有している。尚、この光結合器８８は、書込み光パルス供給ユニット２８及び読出し光パルス供給ユニット４０の一部でもある。
【００９４】
実施の形態１で説明したように、光ファイバ増幅器１４の光利得が大きすぎると、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が衝突する前に、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が不均一になってしまう。
【００９５】
本実施の形態では、光利得が０ｄＢ以下に保たれた光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４に供給する。
【００９６】
この励起光パルス８２の強度は、励起光２０に重畳されることにより、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にするように設定されている。従って、励起光パルス８２が供給されると、励起光パルス８２が通過した領域で、光利得が０ｄＢ以上になる。しかし、この光利得は、後続する書込み光パルス２４を増幅させた後、直ちに減少する。このため、第１の光信号１０は殆ど増幅されず、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が不均一になることはない。但し、書込み光パルス２４が増幅されるので、コア４には、深い回折格子が形成される。
【００９７】
ここで、励起光パルス８２を供給する時点が、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる時点に近いほど、第１の光信号１０が、励起光パルス８２が形成した光利得により増幅される期間が短くなる。従って、励起光パルス８２を供給する時点は、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる時点に近いほど好ましい。すなわち、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる直前（例えば、Δｔｂ以内）に、励起光パルス８２を供給することが好ましい。
【００９８】
ところで、励起光２０ａによる光利得が０ｄＢに近いほど、第１の光信号１０が受ける吸収は小さくなる。従って、励起光２０ａによる光利得は、０ｄＢに近いほど好ましい。
【００９９】
（２）光信号の記録及び読み出し方法並びに光ファイバメモリの動作
本実施の形態の光信号の記録及び読出し方法は、実施の形態１の光信号の記録及び読出し方法と略同じである。従って、実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【０１００】
本実施の形態の光信号の記録及び読出し方法は、実施の形態１と同様、光ファイバ増幅器の励起工程、光信号の書込み工程、及び光信号の読出し工程を有する。
【０１０１】
本実施の形態では、光ファイバ増幅器の励起工程において、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下にする励起光２０ａを、光ファイバ増幅器１４に供給する。すなわち、本実施の形態では、弱い励起光２０ａを供給して、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下に抑制する。
【０１０２】
次に、光信号の書込み工程では、光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４に入射させる。この励起光パルス８２は、励起光２０ａに重畳されることにより光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にする光パルスである。
【０１０３】
この励起光パルス８２は、励起光パルス源８６で生成され、光結合器８８の第１の光入射口９６に入射する。その後、励起光パルス８２は、光結合器８８の第２の光入射口９８に入射した書込み光パルス２４と結合されて、光結合器８８の光出射口１００から出射する。その後、非線形光ファイバ６の第２の端面２６から、非線形光ファイバ６に入射する。
【０１０４】
一方、本実施の形態の光信号の読出し工程は、実施の形態１の光信号の読出し工程と殆ど同じである。但し、読出し光パルス３８は、光結合器８８の第２の光入射口９８に入射し、光出射口１００から出射した後、非線形光ファイバ６に入射する。
【０１０５】
以上の工程により、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が、均一になる。
【０１０６】
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態の光ファイバメモリ１０２の構成を説明する図である。
【０１０７】
実施の形態１及び２では、書込み光パルス供給ユニット２８が、読出し光パルス供給ユニット４０を兼ねている。しかし、本実施の形態の光ファイバメモリ１０２では、図７に示すように、書込み光パルス供給ユニット２８aと読出し光パルス供給ユニット４０ａは、夫々、別々に制御することが可能になる。
【０１０８】
書込み光パルス供給ユニット２８aの構成は、実施の形態１の書込み光パルス供給ユニット２８の構成と略同じである。但し、本光パルス供給ユニット２８aは、光結合器（例えば、分岐比１：１の方向性結合器）１０４を有している。
【０１０９】
一方、読出し光パルス供給ユニット４０ａは、第２の光パルス源１０６と、光結合器１０４と、第１の光サーキュレータ３２を有している。ここで、第２の光パルス源１０６の構成は、書込み光パルス供給ユニット２８aの第１の光パルス源３０と略同じである。従って、読出し光パルス３８ａの中心周波数、波形、及びパルス幅等は、書込み光パルスのそれと殆ど同じである。
【０１１０】
本実施の形態では、光結合器１０４の一方の光入射口１０８に書込み光パルス２４が入射し、他方の光入射口１１０には読出し光パルス３８ａが入射する。書込み光パルス２４及び読出し光パルス３８ａは、夫々、光結合器１０４の光出射口１１２から出射し、第１の光サーキュレータ３２を経由して、光記録ファイバ１２の第２の端面２６に入射する。
【０１１１】
光記録ファイバ１２に入射した読み出し光パルス３８ａは、一時的に形成された回折格子４４により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６ａになる。その後、第２の光信号３６ａは、第１の光サーキュレータ３２に、その光入出射口６２から入射し、その光出射口７４から出射する（図７参照）。
【０１１２】
本実施の形態によれば、書込み光パルス供給ユニット２８aと読出し光パルス供給ユニット４０ａが分離しているので、夫々の制御が容易になる。
【０１１３】
（実施の形態４）
図８は、本実施の形態の光ファイバメモリ１１６の構成を説明する図である。図８に示すように、本実施の形態の光ファイバメモリ１１６の構成及び動作は、実施の形態１の光ファイバメモリ２の構成及び動作と多くの部分で共通する。従って、共通する部分については、説明を省略する。
【０１１４】
実施の形態１乃至３では、読出し光パルス供給ユニット４０,４０aが、第２の端面２６から読出し光パルス３８,３８ａを光記録ファイバ１２に入射させる（図１、図６、及び図７参照）。しかし、本実施の形態の読出し光パルス供給ユニット４０ｂは、図８に示すように、第１の端面８から読出し光パルス３８ｂを光記録ファイバ１２に入射させる。
【０１１５】
ここで、本実施の形態の読出し光パルス３８ｂは、第３の光パルス源１１８と、光結合器１２０（例えば、分岐比１：１の方向性結合器）を有している。第３の光パルス源１１８の構成は、書込み光パルス供給ユニット２８の第１の光パルス源３０と略同じである。従って、読出し光パルス３８ｂの中心周波数、波形、及びパルス幅等は、書込み光パルス２４のそれと殆ど同じである。
【０１１６】
本実施の形態の光ファイバメモリ１１６では、光結合器１２０の一方の光入射口１２２に第１の信号光１０が入射し、他方の光入射口１２４には読出し光パルス３８ｂが入射する。第１の信号光１０及び読出し光パルス３８ｂは、夫々、光結合器１２０の光出射口１２６から出射し、第２の光サーキュレータ４８と光結合器２２を経由して、光記録ファイバ１２の第１の端面８に入射する。
【０１１７】
図９は、本実施の形態における読出し光パルス３８ｂが入射した光非線形ファイバ６の状態を説明する図である。状態図９Ａ及び９Ｂは、夫々、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２の衝突前後の状態を説明する図である。また、断面図９Ｃは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図９Ａ及び９Ｂの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【０１１８】
状態図９Ａは、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２が衝突する前の非線形光ファイバ６の状態を示している。非線形光ファイバ６には、書込み光パルス２４により、第１の光信号１０に対応する回折格子の分布７２が形成されている（実施の形態１参照）。読出し光パルス３８ｂは、第１の端面８から入射し、この回折格子の分布７２に向かって伝搬する。やがて読出し光パルス３８ｂは、回折格子の分布７２に衝突する。
【０１１９】
状態図９Ｂは、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２の衝突後の非線形光ファイバ６の状態を示している。回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃは、読出し光パルス３８を順次反射して、第２の光信号３６ｂを形成する。この時、第１の端面８に近い回折格子ほど早く、読出し光パルス３８ｂを反射する。ここで、非線形光ファイバ６に遅く入射したビット（第１の光信号１０のビット）に対応する回折格子ほど、第１の端面８の近く形成されている。従って、ビットの配列順が入力信号と逆のＦＩＬＯ(First in Last out)信号３６ｂが形成される。尚、状態図９Ｂには、反射されずに回折格子の分布７２を通り抜けた読出し光パルス３８の一部３８ｃが示されている。
【０１２０】
次に、非線形光ファイバ６の第１の端面８から出射した光信号３６ｂは、光結合器２２を経由した後、第２の光サーキュレータ４８に、その光入出射口５０から入射し、その光出射口５６から出射する（図８参照）。このように、本実施の形態によれば、ＦＩＬＯ光ファイバメモリを提供することができる。
【０１２１】
尚、本光ファイバメモリ１１６に係る光信号の記録及び読出し方法は、以上の説明から明らかように、非線形光ファイバ６の第１の端面８から読出し光パルス３８ｂを入射させて、第１の端面８から光信号３６ｂを読み出す点を除き、実施の形態１の光信号の記録及び読出し方法と殆ど同じである。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態は、実施の形態１と共通点が多い。従って、実施の形態２の装置及び方法を、本実施の形態の方法及び装置に適用することは容易である。
【０１２３】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至４では、光記録ファイバ１２と、書込み光パルス供給ユニット２８と、読出し光パルス供給ユニット４０が、一体化している。しかし、読出し光パルス供給ユニット４０を削除し、読出し光パルス３８を外部から供給してもよい。尚、この光ファイバメモリにおいて行われる光信号の書込み方法は、実施の形態１で説明した「光信号の書込み工程」と略同じである。
【０１２４】
また、書込み光パルス供給ユニット２８を削除し、光記録ファイバ１２と読出し光パルス供給ユニット４０により、光ファイバメモリを形成してもよい。この光ファイバメモリにおいて行われる光信号の読出し方法は、実施の形態１で説明した「光信号の読出し工程」と略同じである。
【０１２５】
すなわち、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６のコア４に、第１の光信号１０が、書込み光パルス２４と干渉して回折格子４４を形成した後に、読出し光パルス３８を、非線形光ファイバ６に入射させる。その後、回折格子４４によりこの読み出し光パルス３８を反射させて、非線形光ファイバ６から第２の光信号３８を読み出す。ここで、読出し光パルス３８は、上述したように、第１の光信号１０に対応して非線形光ファイバ６に形成された回折格子４４により反射されて、第２の光信号３６に変化する光パルスである。
【０１２６】
以上の実施の形態では、光ファイバ増幅器１４は、エルビウム添加光ファイバ増幅器である。しかし、記録する光信号の波長に応じて、他の希土類添加光ファイバ増幅器（例えば、ネオジウム添加光ファイバ増幅器）を用いてもよい。
【０１２７】
また、以上の実施の形態では、第１の光信号１０の波長は、１.５５μｍである。しかし、第１の光信号１０の波長は、１.５５μｍに限られない。例えば、第１の光信号１０の波長は、１.３μｍや０.８５μｍであってもよい。
【０１２８】
また、以上の実施の形態では、光記録ファイバ１２は、光ファイバ増幅器である。しかし、光記録ファイバ１２として使用できる光ファイバは、光ファイバ増幅器に限られない。例えば、光記録ファイバ１２として、コアに希土類金属（例えば、エリビウム）が添加された、光ファイバ吸収体を用いてもよい。この場合、光吸収ファイバであってもよい。この場合には、光吸収ファイバの過飽和吸収によりコアの複素屈折率が変化して、回折格子が形成される。
【符号の説明】
【０１２９】
２・・・光ファイバメモリ
４・・・コア
６・・・非線形光ファイバ
８・・・第１の端面
１０・・・第１の光信号
１２・・・光記録ファイバ
１４・・・光ファイバ増幅器
１６・・・励起光供給ユニット
２４・・・書込み光パルス
２６・・・第２の端面
２８・・・書込み光パルス供給ユニット
３６・・・第２の光信号
３８・・・読出し光パルス
４０・・・読出し光パルス供給ユニット
４４・・・回折格子
８０・・・実施の形態２の光ファイバメモリ
８４・・・励起光パルス供給ユニット
１０２・・・実施の形態３の光ファイバメモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバメモリ並びに光信号の記録及び読出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力した光信号を電気信号に変換せずに、光信号のまま処理して出力する光ルータは、通信速度を飛躍的に向上させる技術として期待されている。この光ルータには、光信号を電気信号に変換せず直接記録し読み出す、光メモリが欠かせない。しかし、従来の光メモリは、２進数に対応する光デジタル信号を記録することはできたが、光多値信号や光位相変調信号を記録することはできなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】光永正治, " フォトンエコーメモリー一原理と応用一 ", 応用物理60, 21 (1991).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号も記録できる光ファイバメモリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり、第１の端面から第１の光信号が入射する光記録ファイバと、前記第１の光信号が前記光記録ファイバの第２の端面に到達する前に、前記第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる書込み光パルス供給ユニットとを有し、前記書込み光パルスにより、前記第１の光信号を前記光記録ファイバに記録する光ファイバメモリが提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり第１の光信号が入射する光記録ファイバと、前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットとを有し、前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す光ファイバメモリが提供される。
【０００７】
また、本発明の第３の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程とを有する光信号の記録方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第４の観点によれば、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程と、前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第３の工程を有する光信号の記録及び読出し方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第５の観点によれば 第１の光パルスに対応して非線形光ファイバに形成された回折格子により反射されて、第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記非線形光ファイバに入射させる第１の工程と、第１の工程の後、前記回折格子により前記読み出し光パルスを反射して、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第２の工程を有し、前記非線形光ファイバが、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバであり、前記回折格子が、前記非線形光ファイバに入射した前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子である、光信号の読出し方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号も記録できる光メモリと、光信号の記録方法及び光信号の読出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図２】第１の光信号と書込みパルスが入射した非線形光ファイバの動作を説明する図である。
【図３】光信号の種類を説明する図である。
【図４】読出し光パルスが入射した光非線形ファイバの状態を説明する図である。
【図５】書込み光パルスの電界強度スぺクトル及び第１の光信号の点灯ビットの電界強度スぺクトルを説明する図である。
【図６】実施の形態２の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図７】実施の形態３の光ファイバメモリの構成を説明する図である。
【図８】実施の形態４の光ファイバメモリ１１６の構成を説明する図である。
【図９】実施の形態４における読出し光パルスが入射した光非線形ファイバの状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
（実施の形態１）
（１）構 成
図１は、本実施の形態の光ファイバメモリ２の構成を説明する図である。図１に示すように、光ファイバメモリ２を形成する各光学部材は、実線で示す通常の光ファイバにより光学的に接続されている。
【００１４】
本光ファイバメモリ２は、図１に示すように、コア４の複素屈折率が伝搬光の強度（光パワー）に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６からなり、その第１の端面８から第１の光信号１０が入射する光記録ファイバ１２を有している。この光記録ファイバ１２の長さは、例えば、１０〜１００ｍである。
【００１５】
ここで、第１の光信号１０は、本光ファイバメモリ２に記録される入力信号である。第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスのパルス幅は、例えば、１ｐｓ−１ｎｓである。尚、光パルスのパルス幅とは、光パルスの光強度が、その最大値の−３ｄＢより強くなる期間の長さ（時間）のことである。
【００１６】
本実施の形態の光記録ファイバ１２は、光ファイバ増幅器１４である。本光ファイバメモリ２は、この光ファイバ増幅器１４に励起光２０（その光強度は、時間に対して一定）を供給する励起光供給ユニット１６を有している。励起光供給ユニット１６は、光ファイバ増幅器１４の励起光を生成する励起光源１８と、励起光２０と第１の光信号１０を結合する光結合器２２（例えば、方向性結合器）を有している。励起光源１８は、例えば、半導体レーザとその制御装置を有している。
【００１７】
ここで、本実施の形態の光ファイバ増幅器１４は、コア４にエリビウムが添加されたエリビウム添加光ファイバ増幅器である。励起光２０の波長は、０.９８μｍ又は１.４８μｍである。一方、第１の光信号の波長λは、１.５５μｍである。
【００１８】
また、本光ファイバメモリ２は、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ第１の光信号１０と干渉して、コア４の複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する書込み光パルス２４を、光記録ファイバ１２にその第２の端面２６から入射させる書込み光パルス供給ユニット２８を有している。この書込み光パルス供給ユニット２８は、第１の光信号１０が第２の端面２６に到達する前に、第２の端面２６から光記録ファイバ１２に書込み光パルス２４を入射させる。ここで、書込み光パルス２４の波長は、第１の光信号１０の波長に略一致していることが好ましい。尚、書込み光パルス２４のパルス幅は、例えば、０．１ｆｓ―１００ｐｓである。
【００１９】
本実施の形態の書込み光パルス供給ユニット２８は、第１の光パルス源３０と、第１の光サーキュレータ３２を有している。ここで、第１の光パルス源３０は、例えば、電界吸収型光変調器と分布帰還型半導体レーザが集積化されたＥＡ−ＤＦＢ（Electro-Absorption Distributed Feed-Back）レーザとその制御装置を有している。
【００２０】
また、本光ファイバメモリ２は、上記回折格子により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６に変化する読出し光パルス３８を、上記第２の端面２６から光記録ファイバ１２に入射させる読出し光パルス供給ユニット４０を有している。
【００２１】
本実施の形態では、書込み光パルス供給ユニット２８が、読出し光パルス供給ユニット４０を兼ねている。しかし、実施の形態３で説明するように、書込み光パルス供給ユニット２８と読出し光パルス供給ユニット４０は、別々の装置であってもよい。但し、生成する光パルスの波長、波形、パルス幅等は、なるべく同じものであることが好ましい。
【００２２】
また、本光ファイバメモリ２は、光記録ファイバ１２から出射した第２の光信号３６を、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路から分離して出力する光信号出力ユニット４２を有している。本実施の形態の光信号出力ユニット４２は、図１に示すように、読出し光パルス供給ユニット４０に含まれる第１の光サーキュレータ３２である。また、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路とは、第１の光パルス源３０から、第１の光サーキュレータ３２を経由して、光記録ファイバ１２に至る光路である。
【００２３】
以上の構成により、本光ファイバメモリ２は、書込み光パルス２４により、第１の光信号１０を光記録ファイバ１２に記録する。また、本光ファイバメモリ２は、読出し光パルス３８により、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６を光記録ファイバ１２から読み出す。
【００２４】
（２）光信号の記録及び読出し方法並びに光ファイバメモリの動作
次に、光ファイバメモリ２を用いた光信号の記録及び読出し方法、並びに光ファイバメモリ２の動作を説明する。
【００２５】
―光ファイバ増幅器の励起工程―
上述したように、光記録ファイバ１２を形成する非線形光ファイバ６は、エルビウム添加光ファイバ増幅器１４である。従って、本実施の形態では、まず、励起光供給ユニット１６を動作させて、光ファイバ増幅器１４に励起光２０を供給する（図１参照）。
【００２６】
この励起光２０は励起光源１８で生成され、光結合器２２の第２の光入射口９２に入射する。その後、第１の光信号１０と結合されて、光結合器２２の光出射口９４から出射する。その後、光ファイバ増幅器１４に、その第１の端面８から入射する。
【００２７】
励起光２０が供給されると、コア４に添加された、光増幅を担う原子（エリビウム原子）が励起状態になる。この状態で、被増幅光が光ファイバ増幅器１４に入射すると、被増幅光の強度に応じて、励起された原子の数が減少し、コア４の複素屈折率が変化する。この複素屈折率の変化は一時的であり、被増幅光がなくなると複素屈折率は漸次、元に戻る。この複素屈折率変化の持続時間は、例えば、エリビウム添加光ファイバ増幅器では、数百μｓ〜１０ｍｓ持続する。
【００２８】
複素屈折率の虚部は、光吸収係数または光利得係数に対応する消衰係数である。誘導吸収や誘導放出が起きると、励起状態の原子数が変化して、光吸収係数または光利得係数が変化する。その結果、消衰係数及び屈折率（複素屈折率の実部）が変化して、複素屈折率が変化する。この変化は、励起準位の原子数が基底状態に戻るまで、暫く持続する。また、この変化は、誘導放出及び誘導吸収を起こす被増幅光の強度に応じて増減する。このように、光ファイバ増幅器は、コアの複素屈折率が伝搬光（被増幅光）の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバとして機能する。
【００２９】
尚、光ファイバ増幅器１４が十分に励起され光利得が発生した場合、或いは励起が不十分で光ファイバ増幅器１４が光信号を吸収する場合いずれでも、被増幅光（伝搬光）の強度に応じてコア４の複素屈折率が変化するので、光信号を記録し読出すことができる。
【００３０】
しかし、光ファイバ増幅器１４の光利得が大き過ぎると、光ファイバ増幅器１４に先に入射するビット（以下、先行ビットと呼ぶ）が成長し過ぎて光利得を低下させ、後から光ファイバ増幅器１４に入射するビット（以下、後続ビットと呼ぶ）の光増幅が妨げられる。このような場合、光増幅により先行ビットと後続ビットの強度が不揃いになるので、光ファイバ増幅器１４の光利得は、０ｄＢ又はその近傍が好ましい。
【００３１】
―光信号の書込み工程―
次に、非線形光ファイバ６の第１の端面８から、第１の光信号１０を非線形光ファイバ６に入射させる（図１参照）。ここで、第１の光信号１０は、光ファイバ増幅器１４（非線形光ファイバ６）の被増幅光である。また、第１の光信号１０は、光ファイバメモリ２への入力信号でもある。
【００３２】
第１の光信号１０は、例えば、外部の光回路から光ファイバメモリ２に入射する。この第１の光信号１０は、第２の光サーキュレータ４８にその光入射口４６から入射し、その光入出射口５０から出射する。次に、第１の光信号１０は、光結合器２２の第１の光入射口９０に入射し、励起光２０と結合された後、光結合器２２の光出射口９４から出射する。次に、第１の光信号１０は、非線形光ファイバ６の第１の端面８から、非線形光ファイバ６に入射する。
【００３３】
尚、第２の光サーキュレータ４８の光入出射口５０に入射した戻り光５４は、第２の光サーキュレータ４８の光入出射口５６から出射する。このように、第２の光サーキュレータ４８は、光アイソレータとして機能する。従って、第２の光サーキュレータ４８の代わりに、光アイソレータを設けてもよい。
【００３４】
次に、第１の光信号１０が非線形光ファイバ６の第２の端面２６に到達する前に、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭い書込み光パルス２４を、非線形光ファイバ６にその第２の端面２６から入射させて、第１の光信号１０を非線形光ファイバ６に記録する。この書込み光パルス２４は、第１の光信号１０と干渉して、コア４の複素屈折率を一時的に変化させることにより、コア４に回折格子を形成する。
【００３５】
この書込み光パルス２４は、第１の光パルス源３０で生成され、第１の光サーキュレータ３２に、その光入射口５８から入射し、その光入出射口６２から出射する。次に、書込み光パルス２４は、第２の端面２６から非線形光ファイバ６に入射する。
【００３６】
図２は、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が入射した、非線形光ファイバ６の状態を説明する図である。状態図２Ａ乃至２Ｃは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が非線形光ファイバ６に入射してから出射する直前までの状態を説明する図である。断面図２Ｄは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図２Ａ乃至２Ｃの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【００３７】
状態図２Ａは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が入射した直後の、非線形光ファイバ６の状態を示している。状態図２Ａに示すように、第１の光信号１０と書込み光パルス２４は、互いに対向してコア４を伝搬する。ここで、書込み光パルス２４のパルス幅Δｔｐは、上述したように、光信号の１ビットに対応する光パルス６６のパルス幅Δｔｂより狭い。この光パルス６６は、第１の光信号１０の点灯状態（ＯＮ状態）の１ビット５２ａ（以下、点灯ビットと呼ぶ）を形成する光パルスである。
【００３８】
尚、書込み光パルス２４の光スぺクトルの中心光周波数は、後述するように、第１の光信号１０の搬送波の光周波数に近いほど好ましい。また、書込み光パルス２４の強度は、点灯ビット６６の強度より強い方が好ましい。これは、干渉光の強度が、書込み光パルス２４及び点灯ビット６６の強度に比例するからである。
【００３９】
状態図２Ｂは、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が、非線形光ファイバ内で衝突している状態を示している。第１の光信号１０の点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突し重なると、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が干渉して、コア４の長手方向に周期的に変化する光強度の分布が形成される。この光強度の周期的変化に応じて、コアの複素屈折率が一時的に変化し、回折格子４４が形成される（状態図２Ｂ参照）。尚、状態図２Ｂの矢印Ａは、最初に第１の光信号１０と書込み光パルス２４が衝突した位置を示している。
【００４０】
状態図２Ｃは、第１の光信号１０及び書込み光パルス２４が非線形光ファイバ６を出射する直前の状態を説明する図である。この状態では、第１の光信号１０と書込み光パルス２４は衝突を終了し、互いに分離している。点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突した位置には、上述した回折格子４４が形成される。一方、消灯状態（ＯＦＦ状態）の１ビット５２ｂ（以下、消灯ビットと呼ぶ）と書込み光パルス２４が衝突した位置には、回折格子４４は形成されない。このため、第１の光信号１０に対応する回折格子４４の分布が、コア４に形成７２される（状態図２Ｃ参照）。
【００４１】
状態図２Ｃに示すように、点灯ビット６６Ａ,６６Ｂ,６６Ｃ夫々に対応する回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃが、コア４の長手方向に沿って順次形成される。一方、消灯ビット６８に対応する領域７０には、回折格子は形成されない。このように、第１の光信号１０に対応する回折格子４４の分布７２がコア４に形成され、非線形光ファイバ６に第１の光信号１０が記録される。ここで、非線形光ファイバ６に先に入射したビットに対応する回折格子ほど、第２の端面２６の近くに形成される。
【００４２】
図３は、光信号の種類を説明する図である。図３（ａ）は、二進数に対応するデジタル信号である。図３（ｂ）は、各ビットの光強度が３種類以上に亘る多値信号である。図３（ｃ）は、搬送波の位相が変調された光位相変調信号である。各図の横軸は、時間である。縦軸は光強度である。本光ファイバメモリ２は、図３に示す３種類の光信号全てを記録することができる。
【００４３】
図３（ａ）のデジタル信号は、上述した回折格子４４の分布７２により記録することができる。
【００４４】
図３（ｂ）の多値信号を第１の光信号１０として光ファイメモリ６に入力すると、各ビットの光強度に応じて、深さの異なる複数の回折格子（例えば、深い回折格子、浅い回折格子、回折格子がない領域）が形成される。この回折格子の深さの違いにより、多値信号を記録することができる。
【００４５】
図３（ｃ）の光位相変調信号を第１の光信号１０として光ファイメモリ６に入力すると、各ビットの位相に応じて、複素屈折率変化の位相が異なる複数の回折格子がコア４に形成される。この回折格子の位相の違いにより、位相変調信号を記録することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、デジタル信号だけでなく、多値信号や光位相変調信号も記録することができる。
【００４７】
尚、コア４に形成される回折格子４４の周期は、λ/２ｎである。ここで、ｎはコア４の等価屈折率であり、λは第１の光信号１０の波長である。すなわち、回折格子４４のブッラグ波長は、第１の光信号１０の波長λである。
【００４８】
尚、本実施の形態では、λは１.５５μｍである。また、ｎは略１.５である。従って、回折格子４４の周期は、０.５２μｍである。
【００４９】
―光信号の読出し工程―
本工程では、回折格子４４により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６に変化する読出し光パルス３８を第２の端面２６から非線形光ファイバ６に入射させる。これにより、非線形光ファイバ６から、第２の光信号３６を読み出す。
【００５０】
本実施の形態では、読出し光パルス３８は、第１の光パルス源３０により生成される。従って、読出し光パルス３８の波長は、書込み光パルス２４の波長と同じになる。ここで、書込み光パルス２４の波長は、上述したように、第１の信号光１０の波長に略等しい。故に、読出し光パルス３８の波長は、回折格子４４のブラック波長（＝第１の信号光１０の波長）に略等しくなる。このため、読出し光パルス３８は回折格子４４により反射され、第１の光信号１０に対応する第２の光信号が形成される。
【００５１】
ここで、読出し光パルス３８のパルス幅は、書込み光パルス２４と同様、第１の光信号の１ビットに対応する光パルス（点灯ビット６６）のパルス幅より狭い方が好ましい。尚、読出し光パルス３８の波長は、必ずしも書込み光パルス２４の波長と完全に一致していなくてもよいが、読出し光パルス３８の波長と書込み光パルス２４の波長は、近いほど好ましい。これは、読出し光パルス３８の波長と書込み光パルス２４の波長が近いほど、第２の光信号３６の強度が強くなるからである。
【００５２】
非線形光ファイバ６に入射した読出し光パルス３８は、コア４に形成された回折格子４４により反射される。図４は、読出し光パルス３８が入射した光非線形ファイバ６の状態を説明する図である。状態図４Ａ及び４Ｂは、夫々、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２の衝突前後の状態を説明する図である。また、断面図４Ｃは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図４Ａ及び４Ｂの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【００５３】
状態図４Ａは、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２との衝突前の非線形光ファイバ６の状態を示している。上述したように、非線形光ファイバ６には、第１の光信号１０に対応する回折格子の分布７２が形成されている。読出し光パルス３８は、第２の端面２６から入射し、この回折格子の分布７２に向かって伝搬する。やがて読出し光パルス３８は、回折格子の分布７２に衝突する。
【００５４】
状態図４Ｂは、読出し光パルス３８と回折格子の分布７２の衝突後の非線形光ファイバ６の状態を示している。回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃは、読出し光パルス３８を順次反射して、第２の光信号３６を形成する。この時、第２の端面２６に近い回折格子ほど早く、読出し光パルス３８を反射する。ここで、非線形光ファイバ６に先に入射したビットに対応する回折格子ほど、第２の端面２６の近く形成されている。従って、第１の光信号１０と同じデジタル情報を有する、第２の光信号３６が形成される。その後、第２の光信号３６は、第２の端面２６から出射する。ここで、第２の信号３６は、ビットの配列順が入力信号と同じＦＩＦＯ(First in First out)信号である。尚、状態図４Ｂには、反射されずに回折格子の分布７２を通り抜けた読出し光パルス３８の一部３８ａが示されている。
【００５５】
以上の動作により、読出し光パルス３８は、回折格子の分布７２に反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６になる。
【００５６】
次に、光非線形ファイバ６から読み出した第２の光信号３６を、読出し光パルス３８を光記録ファイバ１２に入射させる光路から分離して出力する。
【００５７】
非線形光ファイバ６の第２の端面２６から出射した第２の光信号３６は、第１の光サーキュレータ３２に、その光入出射口６２から入射し、その光出射口７４から出射する（図１参照）。以上の動作により、光非線形ファイバ６から読み出された第２の光信号３６が、読出し光パルス３８が光記録ファイバ１２に入射する光路から分離されて、光ファイバメモリ２から出力される。
【００５８】
以上の説明では、第１の光信号１０は、デジタル信号である。第１の光信号１０が多値信号の場合には、上述したように、各ビットの光強度に応じて、深さが異なる複数の回折格子がコア４に形成されている。従って、深い回折格子ほど、より多くの読出し光パルス３８を反射する。従って、第２の光信号３６は、多値信号になる。
【００５９】
また、第１の光信号１０が位相変調信号の場合には、上述したように、各ビットの位相に応じて、位相が異なる複数の回折格子がコア４に形成されている。回折格子の位相は、第２の光信号３６の位相に反映される。故に、第２の光信号３６は、位相変調信号になる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態によれば、光デジタル信号だけでなく、光多値信号や光位相変調信号を記録し、更に読み出すことができる。
【００６１】
（３）離調（detuning）
第１の光信号１０の波長と書込み光パルス２８の波長は、必ずしも一致していなくてもよい。このような波長の不一致が、回折格子４４の生成に及ぼす影響を、以下に説明する。
【００６２】
図５は、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトル７６及び第１の光信号１０の点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８を説明する図である。横軸は光周波数である。縦軸は、電界強度である。
【００６３】
図５に示すように、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトル７６及び点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８は広がっている。点灯ビット６６の電界強度スぺクトル７８はその搬送波の光周波数ｆｓを中心として広がり、その幅は、よく知られているように、点灯ビット６６のパルス幅Δｔｂに依存している。
【００６４】
一般的に、パルス幅が狭くなると、その光スぺクトル幅は広くなる。上述したように、書込み光パルス２４のパルス幅Δｔｐは、第１の光信号１０の１ビットに対応する光パルス（点灯ビット６６）のパルス幅より狭い。このため、書込み光パルス２４の光スぺクトル７６の幅は、図５に示すように、点灯ビット６６の光スぺクトル７８の幅より広くなっている。
【００６５】
第１の光信号１０及び書込み光パルス２４は、異なる光源により生成される。従って、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓと、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒを一致させることは困難である。しかし、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒと搬送波の光周波数ｆｓを接近させて、点灯ビット６６の光スぺクトル７８と書込み光パルス２４の光スぺクトル７６を重ね合わせることは、比較的容易である（図５参照）。ここで、第１の光信号１０のスペクトルの１／ｅ幅は、例えば、400 MHz〜400GHzである。一方、書込み光パルス２４の１／ｅ幅は、例えば、4 GHｚ〜4TＨｚである。
【００６６】
このような光スペクトルの重なりが生じると、重なった各光周波数で干渉が起きる。従って、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒを、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓに近づけることにより、回折格子４４を非線形光ファイバ６のコア４に形成することが可能になる。この時に形成される回折格子４４の深さ（複素屈折率の振幅）は、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調（＝ｆｓ−ｆｒ）が小さいほど大きくなる。従って、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調は、小さいほど好ましい。
【００６７】
次に、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調が、回折格子４４の深さに及ぼす影響を定量的に説明する。
【００６８】
光パルスの電界強度スペクトルは、一般的に、ガウス関数で近似することができる。そこで、第１の光信号１０の点灯ビット６６の電界強度スペクトルｓ（ω）及び書込み光パルス２４の電界強度スペクトルｒ（ω）を、夫々、以下のガウス関数で近似する。
【００６９】
【数１】
【００７０】
【数２】
【００７１】
ここで、ωは角周波数（＝２π/光周波数）である。ωｓは、第１の光信号１０の搬送波の角周波数である。ωｒは、書込み光パルス２４の中心角周波数である。また、Δｓ及びΔｒは、夫々、点灯ビット６６の電界強度スペクトルの１／e半幅及び書込み光パルス２４の電界強度スペクトルの１／e半幅である。尚、係数ｒ及びｓは、複素数である。
【００７２】
ここで、ｅは自然対数の底である。また、１／e半幅とは、ある関数（例えば、電界強度スペクトル）の値を、その最大値の１／ｅにする一対の変数値（例えば、角周波数）の差分の半分のことである。
【００７３】
上記式（１）及び（２）を用いると、点灯ビット６６と書込み光パルス２４が衝突した時に生じる干渉光の光電界強度Ｅ（ω,t,z）は、次式のようになる。
【００７４】
【数３】
【００７５】
ここで、ｋは波数（＝２π／波長）である。ｚは、コア４の長手方向に沿った位置座標である。ｔは時間である。また、c.c.は、複素共役である。
【００７６】
干渉光の強度Ｐ(z)（光パワー）は、式（３）を用いると、次式のようになる。
【００７７】
【数４】
【００７８】
式（４）に式（１）〜（３）を代入すると、以下のようになる。
【００７９】
【数５】
【００８０】
ここで、式（５）の右辺第１項は、干渉光の直流成分（位置座標ｚによらない光強度）である。一方、式（５）の右辺第２項は、干渉光の振動成分（位置座標ｚの三角関数）である。この干渉成分により、コア４の複素屈折率が変化し、回折格子が形成される。尚、波数ｋは一定と仮定した。このように仮定しても、第１の信号光１０の広がりが狭いので、問題はない。
【００８１】
式（５）の右辺第２項から明らかなように、この振動成分の振幅は、次式で表される。
【００８２】
【数６】
【００８３】
ここで、コア４の複素屈折率の変化は、干渉光の強度に比例すると仮定できる。
【００８４】
式（６）は、周波数の離調（＝ωｒ−ωｓ）が零の場合に、回折格子の深さが最大になることを示している。また、式（６）は、角周波数の離調の絶対値がΔｒ２＋Δｓ２の平方根に等しい場合、回折格子４４の深さは、その最大深さの１／ｅ（約０．３７倍）になることを示している。更に、式（６）は、角周波数の離調の絶対値がΔｒ２＋Δｓ２の平方根の２倍に等しい場合、回折格子４４の深さは、最大深さの１／ｅ４（約０．０２倍）になることを示している。
【００８５】
ところで、Δｒ２＋Δｓ２の平方根は、Δｒより大きい。従って、第１の光信号１０の搬送波と書込み光パルス２４の離調の絶対値が、書込み光パルスの電界強度スペクトルの１／ｅ半幅の２倍（１／ｅ全幅）より小さければ、形成される回折格子の深さは、最大深さの０.０２倍以上になる。更に、上記離調の絶対値が、書込み光パルスの電界強度スペクトルの１／ｅ半幅より小さければ、形成される回折格子の深さは、最大深さの０.３７倍以上になる。
【００８６】
従って、第１の光信号１０と書込み光パルス２４を干渉させて回折格子４４を形成するためには、上記離調の絶対値が、上記１／ｅ半幅の２倍（＝１／ｅ全幅）より小さいことが好ましく、１／ｅ半幅より小さければ更に好ましい。
【００８７】
ところで、光角周波数を２πで割ると、光周波数になる。従って、上記結論は、以下のように言い換えることができる。
【００８８】
すなわち、第１の光信号１０の搬送波の光周波数ｆｓと、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒとの差の絶対値は、書込み光パルス２４の電界強度スぺクトルの１/ｅ全幅より小さいことが好ましく、１／ｅ半幅より小さければ更に好ましい。ここで、書込み光パルス２４の中心光周波数ｆｒとは、１/ｅ全幅に対応する光周波数領域の中央値である。
【００８９】
(実施の形態２)
（１）構 成
図６は、本実施の形態の光ファイバメモリ８０の構成を説明する図である。
【００９０】
図６に示すように、本実施の形態の光ファイバメモリ８０は、実施の形態１の光ファイバメモリ２と略同じ構成を有している。従って、実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【００９１】
本光ファイバメモリ８０の励起光供給ユニット１６ａは、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下にする励起光２０ａを、光ファイバ増幅器１４に供給する。すなわち、本実施の形態では、励起光２０ａを弱くして、光ファイバ増幅器１４に光利得を生じさせないようにする。
【００９２】
更に、本光ファイバメモリ８０は、光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光２０に重畳されることにより光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４（光記録ファイバ１２）に入射させる励起光パルス供給ユニット８４を有している。
【００９３】
ここで、励起光パルス供給ユニット８４は、励起光パルス源８６と、励起光パルス８２と書込み光パルス２４を結合する光結合器８８（例えば、方向性結合器）を有している。励起光パルス源８６は、例えば、半導体レーザ（発振波長は、０.９８μｍ又は１.４８μｍ）とその電源（電圧パルス発生機を含む）を有している。尚、この光結合器８８は、書込み光パルス供給ユニット２８及び読出し光パルス供給ユニット４０の一部でもある。
【００９４】
実施の形態１で説明したように、光ファイバ増幅器１４の光利得が大きすぎると、第１の光信号１０と書込み光パルス２４が衝突する前に、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が不均一になってしまう。
【００９５】
本実施の形態では、光利得が０ｄＢ以下に保たれた光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４に供給する。
【００９６】
この励起光パルス８２の強度は、励起光２０に重畳されることにより、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にするように設定されている。従って、励起光パルス８２が供給されると、励起光パルス８２が通過した領域で、光利得が０ｄＢ以上になる。しかし、この光利得は、後続する書込み光パルス２４を増幅させた後、直ちに減少する。このため、第１の光信号１０は殆ど増幅されず、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が不均一になることはない。但し、書込み光パルス２４が増幅されるので、コア４には、深い回折格子が形成される。
【００９７】
ここで、励起光パルス８２を供給する時点が、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる時点に近いほど、第１の光信号１０が、励起光パルス８２が形成した光利得により増幅される期間が短くなる。従って、励起光パルス８２を供給する時点は、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる時点に近いほど好ましい。すなわち、書込み光パルス２４を光ファイバ増幅器１４に入射させる直前（例えば、Δｔｂ以内）に、励起光パルス８２を供給することが好ましい。
【００９８】
ところで、励起光２０ａによる光利得が０ｄＢに近いほど、第１の光信号１０が受ける吸収は小さくなる。従って、励起光２０ａによる光利得は、０ｄＢに近いほど好ましい。
【００９９】
（２）光信号の記録及び読み出し方法並びに光ファイバメモリの動作
本実施の形態の光信号の記録及び読出し方法は、実施の形態１の光信号の記録及び読出し方法と略同じである。従って、実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【０１００】
本実施の形態の光信号の記録及び読出し方法は、実施の形態１と同様、光ファイバ増幅器の励起工程、光信号の書込み工程、及び光信号の読出し工程を有する。
【０１０１】
本実施の形態では、光ファイバ増幅器の励起工程において、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下にする励起光２０ａを、光ファイバ増幅器１４に供給する。すなわち、本実施の形態では、弱い励起光２０ａを供給して、光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以下に抑制する。
【０１０２】
次に、光信号の書込み工程では、光ファイバ増幅器１４に第１の光信号１０が入射した後であって、光ファイバ増幅器１４に書込み光パルス２４を入射させる前に、励起光パルス８２を、第２の端面２６から光ファイバ増幅器１４に入射させる。この励起光パルス８２は、励起光２０ａに重畳されることにより光ファイバ増幅器１４の光利得を０ｄＢ以上にする光パルスである。
【０１０３】
この励起光パルス８２は、励起光パルス源８６で生成され、光結合器８８の第１の光入射口９６に入射する。その後、励起光パルス８２は、光結合器８８の第２の光入射口９８に入射した書込み光パルス２４と結合されて、光結合器８８の光出射口１００から出射する。その後、非線形光ファイバ６の第２の端面２６から、非線形光ファイバ６に入射する。
【０１０４】
一方、本実施の形態の光信号の読出し工程は、実施の形態１の光信号の読出し工程と殆ど同じである。但し、読出し光パルス３８は、光結合器８８の第２の光入射口９８に入射し、光出射口１００から出射した後、非線形光ファイバ６に入射する。
【０１０５】
以上の工程により、第１の光信号１０に含まれる各ビットの光強度が、均一になる。
【０１０６】
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態の光ファイバメモリ１０２の構成を説明する図である。
【０１０７】
実施の形態１及び２では、書込み光パルス供給ユニット２８が、読出し光パルス供給ユニット４０を兼ねている。しかし、本実施の形態の光ファイバメモリ１０２では、図７に示すように、書込み光パルス供給ユニット２８aと読出し光パルス供給ユニット４０ａは、夫々、別々に制御することが可能になる。
【０１０８】
書込み光パルス供給ユニット２８aの構成は、実施の形態１の書込み光パルス供給ユニット２８の構成と略同じである。但し、本光パルス供給ユニット２８aは、光結合器（例えば、分岐比１：１の方向性結合器）１０４を有している。
【０１０９】
一方、読出し光パルス供給ユニット４０ａは、第２の光パルス源１０６と、光結合器１０４と、第１の光サーキュレータ３２を有している。ここで、第２の光パルス源１０６の構成は、書込み光パルス供給ユニット２８aの第１の光パルス源３０と略同じである。従って、読出し光パルス３８ａの中心周波数、波形、及びパルス幅等は、書込み光パルスのそれと殆ど同じである。
【０１１０】
本実施の形態では、光結合器１０４の一方の光入射口１０８に書込み光パルス２４が入射し、他方の光入射口１１０には読出し光パルス３８ａが入射する。書込み光パルス２４及び読出し光パルス３８ａは、夫々、光結合器１０４の光出射口１１２から出射し、第１の光サーキュレータ３２を経由して、光記録ファイバ１２の第２の端面２６に入射する。
【０１１１】
光記録ファイバ１２に入射した読み出し光パルス３８ａは、一時的に形成された回折格子４４により反射されて、第１の光信号１０に対応する第２の光信号３６ａになる。その後、第２の光信号３６ａは、第１の光サーキュレータ３２に、その光入出射口６２から入射し、その光出射口７４から出射する（図７参照）。
【０１１２】
本実施の形態によれば、書込み光パルス供給ユニット２８aと読出し光パルス供給ユニット４０ａが分離しているので、夫々の制御が容易になる。
【０１１３】
（実施の形態４）
図８は、本実施の形態の光ファイバメモリ１１６の構成を説明する図である。図８に示すように、本実施の形態の光ファイバメモリ１１６の構成及び動作は、実施の形態１の光ファイバメモリ２の構成及び動作と多くの部分で共通する。従って、共通する部分については、説明を省略する。
【０１１４】
実施の形態１乃至３では、読出し光パルス供給ユニット４０,４０aが、第２の端面２６から読出し光パルス３８,３８ａを光記録ファイバ１２に入射させる（図１、図６、及び図７参照）。しかし、本実施の形態の読出し光パルス供給ユニット４０ｂは、図８に示すように、第１の端面８から読出し光パルス３８ｂを光記録ファイバ１２に入射させる。
【０１１５】
ここで、本実施の形態の読出し光パルス３８ｂは、第３の光パルス源１１８と、光結合器１２０（例えば、分岐比１：１の方向性結合器）を有している。第３の光パルス源１１８の構成は、書込み光パルス供給ユニット２８の第１の光パルス源３０と略同じである。従って、読出し光パルス３８ｂの中心周波数、波形、及びパルス幅等は、書込み光パルス２４のそれと殆ど同じである。
【０１１６】
本実施の形態の光ファイバメモリ１１６では、光結合器１２０の一方の光入射口１２２に第１の信号光１０が入射し、他方の光入射口１２４には読出し光パルス３８ｂが入射する。第１の信号光１０及び読出し光パルス３８ｂは、夫々、光結合器１２０の光出射口１２６から出射し、第２の光サーキュレータ４８と光結合器２２を経由して、光記録ファイバ１２の第１の端面８に入射する。
【０１１７】
図９は、本実施の形態における読出し光パルス３８ｂが入射した光非線形ファイバ６の状態を説明する図である。状態図９Ａ及び９Ｂは、夫々、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２の衝突前後の状態を説明する図である。また、断面図９Ｃは、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った断面図である。尚、状態図９Ａ及び９Ｂの横軸は、非線形光ファイバ６の長手方向に沿った座標軸である。
【０１１８】
状態図９Ａは、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２が衝突する前の非線形光ファイバ６の状態を示している。非線形光ファイバ６には、書込み光パルス２４により、第１の光信号１０に対応する回折格子の分布７２が形成されている（実施の形態１参照）。読出し光パルス３８ｂは、第１の端面８から入射し、この回折格子の分布７２に向かって伝搬する。やがて読出し光パルス３８ｂは、回折格子の分布７２に衝突する。
【０１１９】
状態図９Ｂは、読出し光パルス３８ｂと回折格子の分布７２の衝突後の非線形光ファイバ６の状態を示している。回折格子４４Ａ,４４Ｂ,４４Ｃは、読出し光パルス３８を順次反射して、第２の光信号３６ｂを形成する。この時、第１の端面８に近い回折格子ほど早く、読出し光パルス３８ｂを反射する。ここで、非線形光ファイバ６に遅く入射したビット（第１の光信号１０のビット）に対応する回折格子ほど、第１の端面８の近く形成されている。従って、ビットの配列順が入力信号と逆のＦＩＬＯ(First in Last out)信号３６ｂが形成される。尚、状態図９Ｂには、反射されずに回折格子の分布７２を通り抜けた読出し光パルス３８の一部３８ｃが示されている。
【０１２０】
次に、非線形光ファイバ６の第１の端面８から出射した光信号３６ｂは、光結合器２２を経由した後、第２の光サーキュレータ４８に、その光入出射口５０から入射し、その光出射口５６から出射する（図８参照）。このように、本実施の形態によれば、ＦＩＬＯ光ファイバメモリを提供することができる。
【０１２１】
尚、本光ファイバメモリ１１６に係る光信号の記録及び読出し方法は、以上の説明から明らかように、非線形光ファイバ６の第１の端面８から読出し光パルス３８ｂを入射させて、第１の端面８から光信号３６ｂを読み出す点を除き、実施の形態１の光信号の記録及び読出し方法と殆ど同じである。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態は、実施の形態１と共通点が多い。従って、実施の形態２の装置及び方法を、本実施の形態の方法及び装置に適用することは容易である。
【０１２３】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至４では、光記録ファイバ１２と、書込み光パルス供給ユニット２８と、読出し光パルス供給ユニット４０が、一体化している。しかし、読出し光パルス供給ユニット４０を削除し、読出し光パルス３８を外部から供給してもよい。尚、この光ファイバメモリにおいて行われる光信号の書込み方法は、実施の形態１で説明した「光信号の書込み工程」と略同じである。
【０１２４】
また、書込み光パルス供給ユニット２８を削除し、光記録ファイバ１２と読出し光パルス供給ユニット４０により、光ファイバメモリを形成してもよい。この光ファイバメモリにおいて行われる光信号の読出し方法は、実施の形態１で説明した「光信号の読出し工程」と略同じである。
【０１２５】
すなわち、コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバ６のコア４に、第１の光信号１０が、書込み光パルス２４と干渉して回折格子４４を形成した後に、読出し光パルス３８を、非線形光ファイバ６に入射させる。その後、回折格子４４によりこの読み出し光パルス３８を反射させて、非線形光ファイバ６から第２の光信号３８を読み出す。ここで、読出し光パルス３８は、上述したように、第１の光信号１０に対応して非線形光ファイバ６に形成された回折格子４４により反射されて、第２の光信号３６に変化する光パルスである。
【０１２６】
以上の実施の形態では、光ファイバ増幅器１４は、エルビウム添加光ファイバ増幅器である。しかし、記録する光信号の波長に応じて、他の希土類添加光ファイバ増幅器（例えば、ネオジウム添加光ファイバ増幅器）を用いてもよい。
【０１２７】
また、以上の実施の形態では、第１の光信号１０の波長は、１.５５μｍである。しかし、第１の光信号１０の波長は、１.５５μｍに限られない。例えば、第１の光信号１０の波長は、１.３μｍや０.８５μｍであってもよい。
【０１２８】
また、以上の実施の形態では、光記録ファイバ１２は、光ファイバ増幅器である。しかし、光記録ファイバ１２として使用できる光ファイバは、光ファイバ増幅器に限られない。例えば、光記録ファイバ１２として、コアに希土類金属（例えば、エリビウム）が添加された、光ファイバ吸収体を用いてもよい。この場合、光吸収ファイバであってもよい。この場合には、光吸収ファイバの過飽和吸収によりコアの複素屈折率が変化して、回折格子が形成される。
【符号の説明】
【０１２９】
２・・・光ファイバメモリ
４・・・コア
６・・・非線形光ファイバ
８・・・第１の端面
１０・・・第１の光信号
１２・・・光記録ファイバ
１４・・・光ファイバ増幅器
１６・・・励起光供給ユニット
２４・・・書込み光パルス
２６・・・第２の端面
２８・・・書込み光パルス供給ユニット
３６・・・第２の光信号
３８・・・読出し光パルス
４０・・・読出し光パルス供給ユニット
４４・・・回折格子
８０・・・実施の形態２の光ファイバメモリ
８４・・・励起光パルス供給ユニット
１０２・・・実施の形態３の光ファイバメモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり、第１の端面から第１の光信号が入射する光記録ファイバと、
前記第１の光信号が前記光記録ファイバの第２の端面に到達する前に、前記第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる書込み光パルス供給ユニットとを有し、
前記書込み光パルスにより、前記第１の光信号を前記光記録ファイバに記録する、
光ファイバメモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバメモリにおいて、
更に、前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットを有し、
前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す、
光ファイバメモリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記光信号が、デジタル信号、多値信号、及び光位相変調信号からなる群の何れかの一つの信号であることを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記第１の光信号の搬送波の光周波数と前記書込み光パルスの中心光周波数との差の絶対値が、前記書込み光パルスの電界強度スぺクトルの１/ｅ全幅より小さいことを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記光記録ファイバが、光ファイバ増幅器であり、
更に、前記光ファイバ増幅器に励起光を供給する励起光供給ユニットを有することを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項６】
請求項５に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記励起光供給ユニットが、前記光ファイバ増幅器の光利得を０ｄＢ以下にする励起光を供給し、
更に、前記光ファイバ増幅器に第１の光信号が入射した後であって、且つ前記光ファイバ増幅器に前記書込み光パルスを入射させる前に、前記励起光に重畳されることにより前記光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルスを、前記第２の端面から前記光ファイバ増幅器に入射させる励起光パルス供給ユニットを有することを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項７】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり第１の光信号が入射する光記録ファイバと、
前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットとを有し、
前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す、
光ファイバメモリ。
【請求項８】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、
前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程とを有する、
光信号の記録方法。
【請求項９】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、
前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程と、
前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第３の工程を有する、
光信号の記録及び読出し方法。
【請求項１０】
請求項９の光信号の記録及び読出し方法において、
前記光非線形ファイバが光ファイバ増幅器であり、
前記第１の工程の前に、光ファイバ増幅器の光利得を０ｄＢ以下にする励起光を、前記光ファイバ増幅器に供給し、
前記第２の工程において、前記光ファイバ増幅器に第１の光信号が入射した後であって、前記光ファイバ増幅器に前記書込み光パルスを入射させる前に、前記励起光に重畳されることにより前記光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルスを、前記第２の端面から前記光ファイバ増幅器に入射させることを、
特徴とする光信号の記録及び読出し方法。
【請求項１１】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバの前記コアに、第１の光信号が、書込み光パルスと干渉して回折格子を形成した後に、
前記回折格子により反射され第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記非線形光ファイバに入射させる第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記回折格子により前記読み出し光パルスを反射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第２の工程を有する、
光信号の読出し方法。
【請求項１】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり、第１の端面から第１の光信号が入射する光記録ファイバと、
前記第１の光信号が前記光記録ファイバの第２の端面に到達する前に、前記第１の光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる書込み光パルス供給ユニットとを有し、
前記書込み光パルスにより、前記第１の光信号を前記光記録ファイバに記録する、
光ファイバメモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバメモリにおいて、
更に、前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットを有し、
前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す、
光ファイバメモリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記光信号が、デジタル信号、多値信号、及び光位相変調信号からなる群の何れかの一つの信号であることを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記第１の光信号の搬送波の光周波数と前記書込み光パルスの中心光周波数との差の絶対値が、前記書込み光パルスの電界強度スぺクトルの１/ｅ全幅より小さいことを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記光記録ファイバが、光ファイバ増幅器であり、
更に、前記光ファイバ増幅器に励起光を供給する励起光供給ユニットを有することを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項６】
請求項５に記載の光ファイバメモリにおいて、
前記励起光供給ユニットが、前記光ファイバ増幅器の光利得を０ｄＢ以下にする励起光を供給し、
更に、前記光ファイバ増幅器に第１の光信号が入射した後であって、且つ前記光ファイバ増幅器に前記書込み光パルスを入射させる前に、前記励起光に重畳されることにより前記光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルスを、前記第２の端面から前記光ファイバ増幅器に入射させる励起光パルス供給ユニットを有することを、
特徴とする光ファイバメモリ。
【請求項７】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバからなり第１の光信号が入射する光記録ファイバと、
前記第１の光信号が書込み光パルスと干渉して前記コアに形成した回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記光記録ファイバに入射させる読出し光パルス供給ユニットとを有し、
前記読出し光パルスにより、前記第２の光信号を前記光記録ファイバから読み出す、
光ファイバメモリ。
【請求項８】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、
前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程とを有する、
光信号の記録方法。
【請求項９】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバに、第１の光信号を、前記非線形光ファイバの第１の端面から入射させる第１の工程と、
前記第１の光信号が前記非線形光ファイバの第２の端面に到達する前に、前記光信号の１ビットに対応する光パルスよりパルス幅が狭く、且つ前記第１の光信号と干渉して、前記複素屈折率を一時的に変化させることにより、前記コアに回折格子を形成する書込み光パルスを、前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記第１の光信号を前記非線形光ファイバに記録する第２の工程と、
前記回折格子により反射されて、前記第１の光信号に対応する第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記第１の端面又は前記第２の端面から前記非線形光ファイバに入射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第３の工程を有する、
光信号の記録及び読出し方法。
【請求項１０】
請求項９の光信号の記録及び読出し方法において、
前記光非線形ファイバが光ファイバ増幅器であり、
前記第１の工程の前に、光ファイバ増幅器の光利得を０ｄＢ以下にする励起光を、前記光ファイバ増幅器に供給し、
前記第２の工程において、前記光ファイバ増幅器に第１の光信号が入射した後であって、前記光ファイバ増幅器に前記書込み光パルスを入射させる前に、前記励起光に重畳されることにより前記光利得を０ｄＢ以上にする励起光パルスを、前記第２の端面から前記光ファイバ増幅器に入射させることを、
特徴とする光信号の記録及び読出し方法。
【請求項１１】
コアの複素屈折率が伝搬光の強度に応じて一時的に変化する非線形光ファイバの前記コアに、第１の光信号が、書込み光パルスと干渉して回折格子を形成した後に、
前記回折格子により反射され第２の光信号に変化する読出し光パルスを、前記非線形光ファイバに入射させる第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記回折格子により前記読み出し光パルスを反射させて、前記非線形光ファイバから前記第２の光信号を読み出す第２の工程を有する、
光信号の読出し方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１８１０３（Ｐ２０１１−１１８１０３Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４４０７（Ｐ２００９−２７４４０７）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５９８０４１５６６）学校法人北里研究所 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５９８０４１５６６）学校法人北里研究所 (180)
【Ｆターム（参考）】
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