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時系列光信号の超高速処理方法および装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P03A000284
整理番号 Y00-P364
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-021253
公開番号 特開2002-229088
登録番号 特許第3854074号
出願日 平成13年1月30日(2001.1.30)
公開日 平成14年8月14日(2002.8.14)
登録日 平成18年9月15日(2006.9.15)
発明者
  • 小西 毅
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 時系列光信号の超高速処理方法および装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 従来は2つの異なる時系列光信号間で類似度あるいは相関などを求める場合、電気信号に変換して行っており、光の高速性を活かすことができなかった。本発明は、このような演算処理を光信号系で超高速に行う処理方法および装置を提供することにある。
【解決手段】 非線形光学効果を発生する非線形媒質を含んだ光ファイバまたは光導波路の両端から2つの異なる時系列光信号を対向的に導入し、これらの2つの異なる時系列信号が光ファイバまたは光導波路内を伝播して中間で重なったときの光信号強度の変化に基づく非線形光学効果で各部分に生じる透過率の変化の分布状態を別の光で読み出して,その分布パターンあるいは積分値から2つの異なる時系列光信号全体の類似度あるいは相関値を求めるようにする。
従来技術、競合技術の概要


近年、例えば光通信の分野においては、インターネットの普及などにより、通信需要が爆発的に増加しており、その情報量の急激な増加に対して、伝送の飛躍的な大容量化と高速化を実現する技術として光ネットワークシステムが期待されている。光ネットワークシステムにおける伝送の大容量化には、時分割多重、波長多重等の方法が用いられている。したがって、その信号形態は基本的に超高速の時系列光信号となって、信号時間密度の大幅な増大とともに、伝送情報に対する処理を超高速に行うことが必要になってくる。現在の光通信における処理システムでは、光ネットワークのノード、たとえばルータ、スイッチにおいては光信号を一旦電気信号に変換し電気処理を行い、再度光信号へ変換して伝送路を制御している。



代表的な例として、光通信で伝送されてくる光信号パケットを中継して次の行き先に転送する働きを持つ光ルータの処理がある。この光ルータの処理では、伝送されてきたパケットのヘッダに含まれるアドレス等の情報を超高速に識別してパケットの行き先を決定する必要がある。ヘッダのアドレス情報を識別するには、入力情報と基準となるアドレスの参照情報とを比較して一致を検出するか類似度を求める必要がある。類似度は、入力情報と参照情報との間に相関演算や他のパターン認識手法を適用することにより求められる。



従来、入力情報と参照情報のような2つの異なる時系列光信号の間で類似度あるいは相関などを求める方法としては、種々の方法が提案されている。しかし、光信号レベルで行うことのできる情報処理はごく簡単なものに限られており、ヘッダのアドレス識別処理の場合は、主に入力された光信号を電気信号に変換して電気的に行う方法がとられていた。しかし、光信号と電気信号間の変換に用いられるデバイスの帯域特性に制約があり、全体の処理能力を低下させている場合が多かった。

産業上の利用分野


本発明は、2つの時系列光信号相互の比較や類似度の検出、あるいは相関の演算を超高速に処理できる時系列光信号処理方法および装置に関するものである。本発明では、2つの時系列光信号相互の比較や類似度の検出、あるいは相関の中心的演算を光信号系内媒質の非線形光学効果を利用して光学的に行ない高速化を図っている。従来のシステムのように光信号を電気信号に変換してからすべての演算を行う必要がなく、処理性能が変換デバイスの帯域特性に制約されることがないので、著しく高速化することができる。本発明は、光情報処理や光通信の分野において、広く利用可能である。

特許請求の範囲 【請求項1】ある一定の閾値以上の強度の光が入射すると非線形光学効果を生じる非線形媒質を含んだ光ファイバまたは光導波路において、その対向する二つの端部からそれぞれ第1の時系列光信号と第2の時系列光信号とを導入し、該第1と第2の時系列光信号が光ファイバまたは光導波路内を互いに逆方向に伝播して重なることにより光ファイバまたは光導波路の非線形媒質に発生する所定領域の光学特性変化の分布状態を、光ファイバまたは光導波路の側面から超短光パルスで並列に照射することにより、光学特性変化の分布状態に応じて変調された空間並列の透過光パルスとして読み出すことを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項2】請求項1において、読み出された所定領域の光学特性変化の分布状態に応じて変調された並列の透過光パルスに基づいて、第1と第2の時系列光信号間の類似度あるいは相関を求める処理を行うことを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項3】請求項1または請求項2において、所定領域の光学特性変化の分布状態に応じて変調された並列の透過光パルスは、一次元配列された複数の光検出セルを用いて並列に読み出すことを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項4】請求項2において、所定領域の光学特性変化の分布状態に応じて変調された並列の透過光パルスをレンズで集光することにより光学的に積分して読み出し、第1と第2の時系列光信号間の相関を求めることを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項5】請求項3において、第1と第2の時系列光信号の一方を参照信号とし、他方を入力信号として、得られた透過光のパターンから信号相互の類似度を検出することを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項6】請求項5において、入力信号はパケットであり、類似度の検出はパケットのヘッダに対して行うことを特徴とする時系列光信号の超高速処理方法。
【請求項7】ある一定の閾値以上の強度の光が入射すると非線形光学効果を生じる非線形媒質を含んだ光ファイバまたは光導波路と、
光ファイバまたは光導波路内へ該光ファイバまたは光導波路の対向する二つの端部からそれぞれ第1の時系列光信号と第2の時系列光信号とを導入する第1の時系列光信号導入部および第2の時系列光信号導入部と、
光ファイバまたは光導波路の所定領域の側面へ読出し用の超短光パルスを並列に照射する超短光パルス発生部と、
光ファイバまたは光導波路の非線形媒質に発生する所定領域の光学特性変化の分布状態に応じて変調され、光ファイバまたは光導波路の上記所定領域の側面の反対側の側面から空間並列的に放射される透過光パルスを検出する透過光検出部と、
を備えていることを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
【請求項8】請求項7において、透過光検出部は、一次元配列された複数の光検出セルで構成されることを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
【請求項9】請求項7において、透過光検出部は、所定領域の透過光パルスを集光するレンズと集光された透過光を検出する光検出セルにより構成されることを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
【請求項10】請求項7ないし請求項9において、さらに、透過光検出部が検出した透過光パルスのパターンに基づいて、第1と第2の時系列光信号間の類似度あるいは相関を求める処理を行う演算処理部を有することを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
【請求項11】請求項10において、第1と第2の時系列光信号の一方を参照信号とし、他方を入力信号として、演算処理部は得られた透過光のパターンから信号相互の類似度を検出することを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
【請求項12】請求項11において、入力信号はパケットであり、類似度の検出はパケットのヘッダに対して行うことを特徴とする時系列光信号の超高速処理装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001021253thum.jpg
出願権利状態 登録
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