JPH01255834A - Optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光を用いて並列高速に演算を行うために必
要な光スィッチに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical switch necessary for performing parallel high-speed calculations using light.
大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行する
計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次処
理による方法ではすでに性能限界に近づいている。そこ
で、スーパーコンピュータやアレイプロセップなど、複
数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチャの研
究が進んでいる。一方、光は空間的な広がりを持ち、そ
の物理的性質は互いに干渉し合わないため、光を用いた
演算は並列性に優れている。Research is progressing on computers that can perform calculations at high speed in order to process large-scale information, but methods that use sequential processing using electrical circuits are already approaching their performance limits. Therefore, research is progressing on parallel processing architectures such as supercomputers and array processors that can execute multiple operations simultaneously. On the other hand, light has a spatial expanse and its physical properties do not interfere with each other, so operations using light have excellent parallelism.
しかし、これまで、データを高速に任意の場所へスイッ
チングする方法が無く、光を用いて高速にデータを処理
できなかった。However, until now, there was no way to quickly switch data to an arbitrary location, and it was not possible to process data at high speed using light.
この発明の目的は、光の振幅透過率を変化させ、双方向
のデータを任意の場所へ分岐させるための光スィッチを
提供することにある。An object of the present invention is to provide an optical switch for changing the amplitude transmittance of light and branching bidirectional data to an arbitrary location.
この発明の光スイッチは、2次元的に配置された第1の
複数の光源と、前記第1の光源の各光源に隣接して配置
されている第1の複数の光検出器を有する第1面と、入
力信号によって前記第1の光源を発光せしめる第1の複
数の光源駆動手段と、前記第1の光源から出射した光を
受光する2次元的に配置された第2の複数の光検出手段
と、F!i前記第1面と同じ構造を有し、前記第2の光
検出手段の各光検出手段と隣接して配置されている第2
の複数の光源を有する第2而と、入力信号によって前記
第2の光源を発光せしめる第2の複数の光源駆動手段と
、前記光源1個に対して、少なくとも前記光検出手段と
同数の分解点を有する、光の振幅fi通過率変化せしめ
る光変調手段と、前記光変調手段からの透過光を前記第
1の各光源から出射した光が、前記第2の光検出手段に
分岐、集光し、前記第2の各光源から出射した光が、前
記第1の光検出手段に分岐、集光する2組の光分岐生膜
と、前記光変調手段を制御する制御手段を備えることを
特徴とする。The optical switch of the present invention includes a first plurality of light sources arranged two-dimensionally and a first plurality of photodetectors arranged adjacent to each of the first light sources. a first plurality of light source driving means for causing the first light source to emit light in response to an input signal; and a second plurality of two-dimensionally arranged light detectors for receiving light emitted from the first light source. Means and F! i A second surface having the same structure as the first surface and disposed adjacent to each light detection means of the second light detection means.
a second plurality of light source driving means for causing the second light source to emit light in response to an input signal; and at least the same number of decomposition points as the light detection means for one light source. a light modulating means for changing the amplitude fi passing rate of the light, and the light transmitted from the light modulating means and emitted from each of the first light sources is branched and focused on the second light detecting means. , comprising two sets of light branching biofilms for branching and focusing light emitted from each of the second light sources on the first light detection means, and a control means for controlling the light modulation means. do.
第2図は、本発明の光スィッチの原理を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the principle of the optical switch of the present invention.
2次元2値入力データに対応させて人出力面101にら
るアレイ状光源107を発光させ、その出射光はバタン
マスク102を透過してホログラム103に入射する。The array light source 107 on the human output surface 101 is caused to emit light in accordance with the two-dimensional binary input data, and the emitted light passes through the baton mask 102 and enters the hologram 103.
このホログラムは、入射光をコリメートして、人出力面
106にあるアレイ状光検出器110へ集光するように
ホログラム105へ分岐させる機能を持つ。ホログラム
103によって分岐された光は、ホログラム104とバ
タンマスク105を透過してアレイ状光検出器110へ
集光する。逆に、プレイ状光源109から出射した光は
、全く逆の光路を通って、プレイ状光検出器108に栄
光される。従って、人出力面101と入出力面106の
間で、双方向の通信が可能である。This hologram has the function of collimating the incident light and branching it to the hologram 105 so as to focus it on the array photodetector 110 on the human output surface 106 . The light branched by the hologram 103 passes through the hologram 104 and the baton mask 105 and is focused on the array photodetector 110. Conversely, the light emitted from the play-shaped light source 109 passes through a completely opposite optical path and is directed to the play-shaped photodetector 108. Therefore, bidirectional communication is possible between the human output surface 101 and the input/output surface 106.
第3図は、2×2の人力データに対する第2図の人出力
面101.バタンマスク103,104゜人出力面10
6の構造を示したものである。(a)は人出力面101
の光源の位置、 (bl 、 fc)はバタンマスク1
02.105の構造、(dlは人出力面106の光検出
器の位置を示す。人出力面101の光源11.12.2
1.22は、等間隔の格子の交点に2×2の配列で並ぶ
ように2久元的に配置されている。バタンマスク102
,103は、人出力面101の光源の数(この場合4個
)の2乗倍である16個の分解点を有している。人出力
面106は、人出力面101の光源の個数と同数の分解
点(検出器)AA、AB、BA、BBを有している。FIG. 3 shows the human output surface 101 of FIG. 2 for the 2×2 human power data. Batan mask 103, 104° human output surface 10
This figure shows the structure of No. 6. (a) is the human output surface 101
The position of the light source, (bl, fc) is the batan mask 1
02.105 structure, (dl indicates the position of the photodetector on the human output surface 106. The light source 11.12.2 on the human output surface 101
1.22 are arranged in a 2x2 array at the intersections of equally spaced grids. Batan mask 102
, 103 has 16 decomposition points, which is the square of the number of light sources on the human output surface 101 (four in this case). The human output surface 106 has the same number of decomposition points (detectors) AA, AB, BA, and BB as the number of light sources on the human output surface 101.
ホログラム101j、11から出射した光が、バタンマ
スク105のa’ a’ 、a’ C’ 、c/ a/
。The light emitted from the holograms 101j and 11 is a'a', a'C', c/a/ of the baton mask 105.
.
c / c /へ、12から出射した光が、a′b′、
a′、1/ 、C/ b/ 、C/ d/へ、21から
出射した光が、b’ a’ 、 b’ c’ 、d’
a’ 、 d’ c’へ、22から出射した光がb/
b/ 、 b/ a/ 、 a/ b/ d/ a/へ
分岐するように設計し、また、ホログラム104は、a
′a′、a′b′、b′a′、b′b′に分岐された光
がAAへ、a′C′、a′d′、b′C′、b′d′に
分岐された九がABへ、C′a′、C′b′。The light emitted from 12 to c/c/ is a'b',
The light emitted from 21 to a', 1/, C/ b/, C/ d/, b'a',b'c',d'
The light emitted from 22 to a', d' and c' becomes b/
The hologram 104 is designed to branch into b/, b/ a/, a/ b/ d/ a/, and the hologram 104 is designed to branch into a
The light branched into 'a', a'b', b'a', b'b' is branched into AA and a'C', a'd', b'C', b'd'. 9 to AB, C'a', C'b'.
d′a′、d′b′に分岐された光がBAへ、c /
c /2C′d′、d′C′、d′d′に分岐された光
がBBへ分岐するように設計する。この時、バタンマス
クの透過率を1またはOにして、光をオン、オフするこ
とによって、2X2の双方向の人力データを並列、独立
に2X2の出力光へスイッチングできる。第1表に、人
力と出力の関係を決めるバタンマスクの開口位置を示す
。The light branched into d'a' and d'b' goes to BA, c/
It is designed so that the lights branched into c/2C'd', d'C', and d'd' are branched to BB. At this time, by setting the transmittance of the baton mask to 1 or O and turning on and off the light, 2×2 bidirectional manual data can be switched to 2×2 output light in parallel and independently. Table 1 shows the opening position of the baton mask, which determines the relationship between human power and output.
以上、人力データが2×2の場合について述べたが、例
えば、4×4の場合には、人出力面101tf4X4個
の光源を、バタンマスク102,105は16X16個
のパタンを、人出力1fi106は4X4個の光検出器
を有し、ホログラム103゜105によって、人力面の
光源と出力面の光検出器が、それぞれ1対4に対応して
いる。一般に、人力データがnXnの場合には、パター
ンの数は少なくともn意X (H2、出力面の光検出器
の遂はnxnであれば、本発明の光スイッチを実現でき
る。Above, we have described the case where the human power data is 2x2, but for example, in the case of 4x4, the human output surface 101tf4X4 light sources, the baton masks 102 and 105 have 16x16 patterns, and the human output 1fi106 It has 4×4 photodetectors, and the light source on the human power side and the photodetector on the output side correspond to each other in a 1:4 ratio due to the holograms 103 and 105. Generally, when the human input data is nXn, the number of patterns is at least nxn (H2), and the optical switch of the present invention can be realized if the number of patterns of the photodetector on the output surface is nxn.
以下、本発明の詳細な説明する。 The present invention will be explained in detail below.
第1図は、本発明の光スィッチの実施例を示す斜視図で
ある。本実施例では1人力面、パタンマスク、出力面の
構成が、第3図に示したものに相当している◎従りて、
対応する要素には第3図と同一の符号を用いる。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the optical switch of the present invention. In this example, the configurations of the manual surface, pattern mask, and output surface correspond to those shown in FIG. 3. Therefore,
The same reference numerals as in FIG. 3 are used for corresponding elements.
この光スィッチは、等間隔の格子の交点に配置された2
X2個の例えば半導体レーザである高速変調可能な発散
光源から構成されるアレイ状光源1と、発散光源に隣接
して配置されている、例えばアバランシフナトダイオー
ド(AND)などのアレイ状光検出器2から構成される
人出力面3と、人出力面3と同じ構造を持つ人出力面l
Oと人出力面3のアレイ状光源1から出射した光を人出
力面10のアレイ状光検出器9に分岐し、かつ、人出力
rkJlOのアレイ状光源8から出射した光を入出力面
3のプレイ状光検出器2に分岐するホログラム5.6と
、ホログラムで分岐される光を透過する4X4個の分解
点を有する例えば液晶テレビなどの空間光変調器4.7
と、それぞれの発散光源に′1流を注入する回路よりm
成され、発散光源を点滅させる人力データを制御する駆
動装置i11 。This optical switch consists of two
An arrayed light source 1 composed of X2 diverging light sources capable of high-speed modulation, such as semiconductor lasers, and an arrayed photodetector, such as an avalanche diode (AND), placed adjacent to the diverging light source. A human output surface 3 consisting of 2 and a human output surface l having the same structure as human output surface 3.
The light emitted from the array light source 1 on the human output surface 3 is branched to the array photodetector 9 on the human output surface 10, and the light emitted from the array light source 8 on the human output surface 3 is branched to the input/output surface 3. a hologram 5.6 that branches into a play-like photodetector 2; and a spatial light modulator 4.7, such as a liquid crystal television, having 4×4 decomposition points that transmit the light branched by the hologram.
m from a circuit that injects '1 current into each diverging light source.
A driving device i11 is configured to control human power data to blink the diverging light source.
12と、空間光変調器4,7の開口の位置を制御する例
えばパンコンなどの制御装置15.16と、プレイ状光
検出手段の出力を21直化して出力する閾値素子13.
14から構成されている。12, a control device 15, 16, such as a pan converter, which controls the position of the apertures of the spatial light modulators 4 and 7, and a threshold element 13, which converts the output of the play-shaped light detection means into 21 signals and outputs it.
It consists of 14.
次にこの元スイッチの動作を、光源11からの光が空間
光変調器のパタンb b 、 c’ c’を通り検出器
BBへ分岐される場合について説明する。Next, the operation of this source switch will be described in the case where the light from the light source 11 passes through the patterns bb, c'c' of the spatial light modulator and is branched to the detector BB.
駆動装置によりアレイ状光源の光源を点灯させる。The light sources of the array light source are turned on by the driving device.
光源から出射した光は、ホログラムに入射する。Light emitted from the light source enters the hologram.
この時、入射光は、4つに分離され、パタンa′a/
、a’ cl 、cl a/ 、cl clに入射する
0制御装置によって、出射光が光検出器の所望の出力光
BBへ分岐するように、バタyaa、ab、ba。At this time, the incident light is separated into four parts, and the pattern a'a/
, a' cl , cl a/ , cl By means of a control device, the output light is branched into the desired output light BB of the photodetector, yaa, ab, ba.
C′d′ld′C′、d′d′の振幅透過率を0、bb
、c’ c’の透過率を1にする0バタンbbパタン
C′C′を透過した光は、光検出器BHによって受光さ
れ、閾値素子によって2値化される。C'd'ld'C', d'd' amplitude transmittance is 0, bb
, c' The light transmitted through the 0-button bb pattern C'C' which makes the transmittance of c' 1 is received by the photodetector BH and binarized by the threshold element.
液晶テレビを空間光変調器として用いる場合には、液晶
テレビとパソコンをモニタ端子で接続し、パンコンの画
面を液晶テレビに表示嘔せる。例えば、液晶テレビの大
きさを64mm×40mtsパソコンの画面の分解能を
640X400とすれば、パソコンの画面の1分解点は
、100μmに相当する。光源の間隔を8msとすれば
、パタン1個の大きさは2111 X 2m11に相当
し、パノコン上で20X20の分解点を持つパタンを1
6X16個表示させれは、空間光変調器を構成できる。When using a liquid crystal television as a spatial light modulator, the liquid crystal television and a personal computer are connected through a monitor terminal, and the screen of the pan controller is displayed on the liquid crystal television. For example, if the size of a liquid crystal television is 64 mm x 40 mts and the resolution of a personal computer screen is 640 x 400, one resolution point of the personal computer screen corresponds to 100 μm. If the interval between light sources is 8 ms, the size of one pattern is equivalent to 2111 x 2 m11, and one pattern with 20 x 20 resolution points on a panocomputer.
If 6×16 pieces are displayed, a spatial light modulator can be constructed.
また、ホログラムは以下のようにして作製することがで
きる0
空間を伝搬する球面波の振幅分布は、次式で表される。Further, the hologram can be manufactured as follows.0 The amplitude distribution of a spherical wave propagating in space is expressed by the following equation.
ここで、kFid数を表す@また、平面波の振幅分布は
次式で表される。Here, the amplitude distribution of the plane wave is expressed by the following equation.
Ap(r)=apeXp(ikr) −叫−・(2
1+1) 、 +21式よシ、複数の球面波と平面波が
干渉するホログラム面上の光の強度分布は、次式で表さ
れる0
I=IΣal)jexp(ik(x cosa+yco
sβ))ただし、lは光源からホログラムまでの距離、
(α、β)は、入射平面波の法線がホログラム面のX軸
、y軸となす方向余弦を表わす。(3)式を支形すると
I = Re ” + I m2・= −・・・i4)
ここで
ホログラムの各分解点において、(4)式を計算し、電
子ビーム等によってレジスト上にホログラムを描画し、
振幅型ホログラムであるクロムマスクを作る。この振幅
型ホログラムをマスクとして用い、紫外光2によって、
例えばプラスチ、りなどの基板に塗布された、例えばA
Z−1350などのレジストを露光する。この時、レジ
ストの深さは、回折効率が最大となるように、透過光の
位相差がπ/2になるように制御する。次に、完成した
位相ホログラムから電鋳金型を作り、例えば元硬化性の
樹脂を用いて、レプリカをとる。レプリカの材料の屈折
率を1.5、使用波長を0.78μmとすれば、レジス
トの最適な深さは次式で表わされる。Ap(r)=apeXp(ikr) -scream-・(2
1+1), +21 formula, the intensity distribution of light on the hologram surface where multiple spherical waves and plane waves interfere is expressed by the following formula: 0 I=IΣal)jexp(ik(x cosa+yco
sβ)) where l is the distance from the light source to the hologram,
(α, β) represent the direction cosine of the normal line of the incident plane wave to the X-axis and y-axis of the hologram surface. Supporting equation (3), I = Re ” + I m2・= −...i4)
Here, equation (4) is calculated at each decomposition point of the hologram, and a hologram is drawn on the resist using an electron beam or the like.
Create a chrome mask that is an amplitude hologram. Using this amplitude hologram as a mask, ultraviolet light 2 is used to
For example, A
Expose a resist such as Z-1350. At this time, the depth of the resist is controlled so that the diffraction efficiency is maximized and the phase difference of transmitted light is π/2. Next, an electroforming mold is made from the completed phase hologram, and a replica is made using, for example, original hardening resin. Assuming that the refractive index of the replica material is 1.5 and the wavelength used is 0.78 μm, the optimal depth of the resist is expressed by the following equation.
2X(1,5−1)
0.33μmの深さのAZ−1350レジストを得ルタ
メに、レジストを2=1に希釈したものをスピナによっ
て350Orpmで回転して塗布した。An AZ-1350 resist with a depth of 2X(1,5-1) 0.33 μm was obtained, and the resist was diluted to 2=1 and applied using a spinner at 350 rpm.
完成した原板からニッケルの金型を作シ、アクリル系の
向脂を用いてレプリカをと9.35%の回折効率をもつ
ものを得た。A nickel mold was made from the completed master plate, and a replica was made using acrylic resin with a diffraction efficiency of 9.35%.
閾値素子は、ある強度以上の光入射があるときに発光す
る機能があればよいので、本実施例では第4図に示す光
サイリスタを用いたOこの他、レーザとフォトダイオー
ドを組合せたもの、あるいは光双安定半導体レーザ等も
利用できる。The threshold element only needs to have a function of emitting light when light is incident with a certain intensity or more, so in this example, an optical thyristor shown in FIG. 4 is used.In addition, a combination of a laser and a photodiode, Alternatively, an optical bistable semiconductor laser or the like can also be used.
以上詳述したように、本発明の光スィッチを用いること
によって、双方向のデータを並列、高速に任意の場所へ
分岐することができる。As described in detail above, by using the optical switch of the present invention, bidirectional data can be branched to any desired location in parallel and at high speed.
第1図は、この発明の光スィッチの実施例を示す斜視図
、第2図は、この発明の光スィッチの原理を示す図、第
3図は、入力面、パターンマスク。
出力面を示す図、第4図は、閾値素子の例を示す図であ
る。
1.8・・・・・・γレイ状光源、2.9・・・・・・
アレイ状光検出器、3,10,101.104・・・・
・・入出力面、4.7・・・・・・空間光変調器、5.
6,103・・・・・・ホログラム、11.12・・・
・・・駆動装置、15゜16・・・・・・制御装置、1
3.14・・・・・・閾値素子、102.105・・・
・・・バタンマスク。
代理人 弁理士 内 原 音
/Z、1と勅装置
と
浩l 団
〃lアしイン→入′碧鴎矢出茗シ
筋Z図FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the optical switch of the invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of the optical switch of the invention, and FIG. 3 shows an input surface and a pattern mask. FIG. 4, which is a diagram showing the output surface, is a diagram showing an example of a threshold element. 1.8...γ-ray light source, 2.9...
Array photodetector, 3, 10, 101, 104...
...Input/output surface, 4.7... Spatial light modulator, 5.
6,103...Hologram, 11.12...
... Drive device, 15°16 ... Control device, 1
3.14... Threshold element, 102.105...
...Bang mask. Agent Patent Attorney Uchihara Oto/Z, 1 and Chokisho to Hiroshi group
Claims (1)
第1の光源の各光源に隣接して配置されている第1の複
数の光検出器を有する第1面と、入力信号によって前記
第1の光源を発光せしめる第1の複数の光源駆動手段と
、前記第1の光源から出射した光を受光する2次元的に
配置された第2の複数の光検出手段と、前記第1面と同
じ構造を有し、前記第2の光検出手段の各光検出手段と
隣接して配置されている第2の複数の光源を有する第2
面と、入力信号によって前記第2の光源を発光せしめる
第2の複数の光源駆動手段と、前記光源1個に対して、
少なくとも前記光検出手段と同数の分解点を有する、光
の振幅透過率を変化せしめる2組の光変調手段と、前記
光変調手段からの透過光を前記第1の各光源から出射し
た光が、前記第2の光検出手段に分岐、集光し、前記第
2の各光源から出射した光が、前記第1の光検出手段に
分岐、集光する、前記2組の光変調手段のそれぞれに隣
接して配置されている2組の光分岐手段と、前記光変調
手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする光ス
イッチ。(1) a first surface having a first plurality of light sources arranged two-dimensionally and a first plurality of photodetectors arranged adjacent to each of the first light sources; a first plurality of light source driving means for causing the first light source to emit light in response to a signal; a second plurality of two-dimensionally arranged light detecting means for receiving the light emitted from the first light source; A second surface having the same structure as the first surface and having a second plurality of light sources disposed adjacent to each light detection means of the second light detection means.
a second plurality of light source driving means for causing the second light source to emit light in response to an input signal; and for one light source,
two sets of light modulation means for changing the amplitude transmittance of light, each having at least the same number of decomposition points as the light detection means; and light transmitted from the light modulation means and emitted from each of the first light sources; Each of the two sets of light modulating means branches and focuses the light on the second light detecting means, and the light emitted from each of the second light sources branches and focuses on the first light detecting means. An optical switch comprising two sets of optical branching means arranged adjacent to each other and a control means for controlling the optical modulation means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8428788A JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8428788A JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01255834A true JPH01255834A (en) | 1989-10-12 |
JP2658155B2 JP2658155B2 (en) | 1997-09-30 |
Family
ID=13826253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8428788A Expired - Lifetime JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2658155B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164816A (en) * | 1989-11-22 | 1991-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | Information processor |
-
1988
- 1988-04-05 JP JP8428788A patent/JP2658155B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164816A (en) * | 1989-11-22 | 1991-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | Information processor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2658155B2 (en) | 1997-09-30 |
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