JP2008262122A - Shift register type optical memory apparatus - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a shift register function with a simple configuration in an optical buffer memory which temporarily stores optical signal, without converting the signal into an electrical signal. <P>SOLUTION: A laser array arranged a plurality of bistable semiconductor lasers in a matrix form of m x m is used. The output light of the bistable semiconductor lasers excluding the bistable semiconductor laser of the last row forms an optical path, in such a manner that the output light is inputted perpendicular to the bistable semiconductor laser of the row adjacent to one. As a result, the information recorded in the bistable semiconductor lasers can be sent successively to the adjacent rows. An optical isolator is arranged within the optical path, in order to prevent the light from returning in the backward direction. Furthermore, the timing to transfer the information of light to the adjacent row is controlled by a space optical modulator arranged within the optical path. A system comprising combining a mirror array and half mirror can be utilized adequately as the optical system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光信号を電気信号に変換することなく一時的に記憶する光バッファメモリに関する。詳細には、双安定半導体レーザを用いた光バッファメモリにおいて、シフトレジスタ機能を有するものに関する。   The present invention relates to an optical buffer memory that temporarily stores an optical signal without converting it into an electrical signal. Specifically, the present invention relates to an optical buffer memory using a bistable semiconductor laser having a shift register function.

次世代の光ファイバ通信では、光信号を電気信号に変換することなく一時的に記憶することができるバッファメモリが求められている。例えば、将来的には光信号のままIP(Internet Protocol)パケットの経路制御を行うフォトニックパケットネットワークが実現することが見込まれているが、フォトニックIPルータにおいて出力ポートの衝突を回避するためには、光IPパケットを一時的に保持する必要がある。すなわち、フォトニックIPルータにおいて光バッファメモリが必要とされる。
光信号を電気信号に変換することなく一時的に記憶する方法として、従来からファイバ遅延線を用いた光バッファメモリが知られている。しかし、読み出しの細かなタイミング制御が困難であるという問題があった。
In next-generation optical fiber communication, a buffer memory capable of temporarily storing an optical signal without converting it into an electrical signal is required. For example, in the future, it is expected that a photonic packet network that performs route control of IP (Internet Protocol) packets with optical signals will be realized, but in order to avoid collision of output ports in a photonic IP router Needs to temporarily hold the optical IP packet. That is, an optical buffer memory is required in the photonic IP router.
As a method for temporarily storing an optical signal without converting it into an electrical signal, an optical buffer memory using a fiber delay line is conventionally known. However, there is a problem that fine timing control of reading is difficult.

そこで、この問題を解決することを目的として、双安定半導体レーザを用いた光バッファメモリが開発、開示された(例えば非特許文献1参照)。しかしこれには、ビット数が多くなると光入出力部が複雑になるという問題があった。そこで、これを解決する手法としてシフトレジスタ構成を有する光バッファメモリが開発された。例えば非特許文献2には、双安定半導体レーザを用いたシフトレジスタ機能付き光バッファメモリとして、個別の双安定半導体レーザ、光アイソレータ、光ゲート、偏光子を用いた構成が開示されている。   Accordingly, in order to solve this problem, an optical buffer memory using a bistable semiconductor laser has been developed and disclosed (see, for example, Non-Patent Document 1). However, this has a problem that the optical input / output unit becomes complicated as the number of bits increases. Accordingly, an optical buffer memory having a shift register configuration has been developed as a technique for solving this problem. For example, Non-Patent Document 2 discloses a configuration using an individual bistable semiconductor laser, an optical isolator, an optical gate, and a polarizer as an optical buffer memory with a shift register function using a bistable semiconductor laser.

特開2003-337355号公報([0049]−[0056]、図6、図7)JP 2003-337355 A ([0049]-[0056], FIG. 6, FIG. 7) 森, 佐藤, 河口,“偏光双安定面発光半導体レーザを用いた2ビット光バッファメモリ”,2006年電子情報通信学会ソサイエティ大会, C-3-28, p.150, 2006.Mori, Sato, Kawaguchi, “2-bit optical buffer memory using a polarization bistable surface-emitting semiconductor laser”, Society Conference of IEICE, C-3-28, p.150, 2006. H. Kawaguchi, T. Mori, Y. Sato and Y. Yamayoshi, "Optical buffer memory using polarization-bistable vertical-cavity surface-emitting lasers", Japanese Journal of Applied Physics, vol. 45, no. 34, p. L894, 2006.H. Kawaguchi, T. Mori, Y. Sato and Y. Yamayoshi, "Optical buffer memory using polarization-bistable vertical-cavity surface-emitting lasers", Japanese Journal of Applied Physics, vol. 45, no. 34, p. L894 , 2006.

しかし、シフトレジスタ機能付き光バッファメモリにおいて、上記のように双安定半導体レーザや光ゲート等を個別の素子で構成した場合、多ビットのデータを記録するために多数の素子が必要となり、全体が大規模な構成になるといった問題があった。   However, in the optical buffer memory with a shift register function, when the bistable semiconductor laser, the optical gate, etc. are composed of individual elements as described above, a large number of elements are required to record multi-bit data, There was a problem of a large-scale configuration.

そこで、多数の偏光双安定面発光半導体レーザを2次元アレイ状に集積化し、空間的に並列に光を入出力する構成が案出された。特許文献1には、こういった双安定半導体レーザを2次元平面上に集積化したレーザアレイを用いたシフトレジスタ機能付き光バッファメモリの例が示されている。   Therefore, a configuration has been devised in which a large number of polarization bistable surface emitting semiconductor lasers are integrated in a two-dimensional array, and light is input and output spatially in parallel. Patent Document 1 shows an example of an optical buffer memory with a shift register function using a laser array in which such bistable semiconductor lasers are integrated on a two-dimensional plane.

しかしながら、特許文献1において開示されているような従来の2次元レーザアレイを用いた光バッファメモリでは、レーザの出力光を別のレーザに転送する際に、逆方向への光の伝搬を防ぐために斜めに光を入射する必要があり、光入力効率の低下が問題となっていた。一方、光入力効率の高めるためには垂直光を入射することが望ましいが、逆方向への光の伝搬を防ぐためには光アイソレータを使用する必要がある。しかし、双方向の光が交錯しているため光アイソレータを挿入することは構造上困難であった。さらにまた、反射器で光を集光するために幾何学的形状が制限されるといった問題も存在していた。   However, in an optical buffer memory using a conventional two-dimensional laser array as disclosed in Patent Document 1, in order to prevent the propagation of light in the reverse direction when transferring the output light of a laser to another laser It is necessary to make light incident obliquely, and a decrease in light input efficiency has been a problem. On the other hand, in order to increase the light input efficiency, it is desirable to make vertical light incident, but in order to prevent the propagation of light in the reverse direction, it is necessary to use an optical isolator. However, it has been structurally difficult to insert an optical isolator because bidirectional light is interlaced. Furthermore, there has been a problem that the geometric shape is limited in order to collect light with a reflector.

以上のような問題を解決するために成された本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置は、
時系列信号として入力される光信号を各双安定半導体レーザに1ビットずつ記録し、記録された光信号を所定のタイミングで時系列信号として読み出す光メモリ装置において、
a)複数個の双安定半導体レーザがm×nの行列状に配置されたレーザアレイと、
b)最終列の双安定半導体レーザを除く双安定半導体レーザの出力光がレーザアレイにおいて一方に隣接する列の双安定半導体レーザに垂直に入力されるように光路を形成するシフトレジスタ光学系と、
c)前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に、順方向の出力光のみが通過するように配置される光アイソレータと、
d)前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に配置される空間光変調器と、
を備えたことを特徴としている。
The shift register type optical memory device according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
In an optical memory device that records an optical signal input as a time series signal bit by bit in each bistable semiconductor laser and reads the recorded optical signal as a time series signal at a predetermined timing.
a) a laser array in which a plurality of bistable semiconductor lasers are arranged in an m × n matrix;
b) a shift register optical system that forms an optical path so that the output light of the bistable semiconductor laser excluding the bistable semiconductor laser in the last column is vertically input to the bistable semiconductor laser in the adjacent column in the laser array;
c) an optical isolator arranged so that only forward output light passes on the optical path formed by the shift register optical system;
d) a spatial light modulator disposed on an optical path formed by the shift register optical system;
It is characterized by having.

また、本発明のシフトレジスタ型光メモリ装置では、前記シフトレジスタ光学系を、
少なくともn−1個の互いに平行なミラー要素から成り、各ミラー要素は前記レーザアレイにおける最終列の双安定半導体レーザを除く各列の双安定半導体レーザからの出力光に対応するミラーアレイと、
複数の平面ミラーと、
ハーフミラーと、
から構成するのが好適である。
In the shift register type optical memory device of the present invention, the shift register optical system is
A mirror array comprising at least n-1 mutually parallel mirror elements, each mirror element corresponding to output light from each row of bistable semiconductor lasers except the last row of bistable semiconductor lasers in said laser array;
A plurality of plane mirrors;
Half mirror,
It is preferable to comprise.

本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置によれば、以下に挙げるような優れた効果が得られる。
・双安定半導体レーザが2次元アレイ状に集積化されたレーザアレイを用いることにより、簡単な構成で多ビットのデータを記録/再生可能である。
・シフトレジスタ光学系により、双安定半導体レーザの出力光が隣接する列の双安定半導体レーザに順次入力される構成が実現される。これによって、簡単な構成で光メモリ装置にシフトレジスタ機能を付与することができる。
・双安定半導体レーザに入力光が垂直に入力されるように光路が形成されているため、高い光入力効率が得られる。またこれにより、双安定半導体レーザ間の間隔を狭めることができるから、双安定半導体レーザの一層の高集積化が可能となる。
・光路上に光アイソレータを配置することにより、隣接する双安定半導体レーザに光を入射する際に隣接する双安定半導体レーザの出力光が逆方向に伝搬してしまうという問題を回避することができる。
・光アイソレータや空間光変調器などを個別に設ける必要が無く、全体的に簡便な構成であるため、低コスト化を図ることができる。動作電力も小さい。
According to the shift register type optical memory device of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
By using a laser array in which bistable semiconductor lasers are integrated in a two-dimensional array, multi-bit data can be recorded / reproduced with a simple configuration.
The shift register optical system realizes a configuration in which the output light of the bistable semiconductor laser is sequentially input to the bistable semiconductor lasers in adjacent columns. Thus, the shift register function can be provided to the optical memory device with a simple configuration.
Since the optical path is formed so that the input light is vertically input to the bistable semiconductor laser, high light input efficiency can be obtained. In addition, this makes it possible to reduce the interval between the bistable semiconductor lasers, thereby enabling further integration of the bistable semiconductor lasers.
-By disposing an optical isolator on the optical path, it is possible to avoid the problem that the output light of the adjacent bistable semiconductor laser propagates in the opposite direction when light enters the adjacent bistable semiconductor laser. .
-It is not necessary to provide an optical isolator or a spatial light modulator separately, and the overall configuration is simple, so that the cost can be reduced. Low operating power.

以下、本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置1の全体構成図である。シフトレジスタ型光メモリ装置1は、入力光変換部2と、第一レンズアレイ3、第二レンズアレイ4、第三レンズアレイ9と、複数個の双安定半導体レーザがm×nの行列状に配置されたレーザアレイ5、光アイソレータ6、空間光変調器7、偏光子8、光変調器アレイ10、出力光変換部11、ミラーアレイ20、第一平面ミラー21、第二平面ミラー22、ハーフミラー23を含んでいる。   Embodiments of a shift register type optical memory device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a shift register type optical memory device 1 according to the present invention. The shift register type optical memory device 1 includes an input light conversion unit 2, a first lens array 3, a second lens array 4, a third lens array 9, and a plurality of bistable semiconductor lasers arranged in an m × n matrix. Laser array 5, optical isolator 6, spatial light modulator 7, polarizer 8, optical modulator array 10, output light converter 11, mirror array 20, first plane mirror 21, second plane mirror 22, half mirror 23 is included.

レーザアレイ5には、複数個の双安定半導体レーザがm×nの行列状に配置されている。図1では左右方向を行、奥行き方向を列とし、4×4の行列状に合計16個の双安定レーザが配置されているものとする。なお、以下では、図1において一番左の列を1列目とし、次いで2列目、…と呼ぶ。また、一番手前の行を1行目とし、次いで2行目、…と呼ぶ。また、本明細書では「双安定レーザ」を適宜「レーザ」と略称する。
従来知られているように(例えば非特許文献2参照)、双安定半導体レーザは外部からの光入力が無い場合にはレーザの発振偏光を保持し、外部から光が入力されるとレーザの発振偏光が切り替わるという特性を有している。従って0゜偏光と90゜偏光の光により、二値情報を扱う光メモリとして利用することが可能である。
In the laser array 5, a plurality of bistable semiconductor lasers are arranged in an m × n matrix. In FIG. 1, it is assumed that a total of 16 bistable lasers are arranged in a 4 × 4 matrix with rows in the left-right direction and columns in the depth direction. In the following, the leftmost column in FIG. 1 is referred to as the first column, then the second column, and so on. Also, the foremost line is called the first line, then the second line, and so on. In this specification, “bistable laser” is abbreviated as “laser” as appropriate.
As is conventionally known (see, for example, Non-Patent Document 2), a bistable semiconductor laser retains laser polarization when there is no external light input, and laser oscillation occurs when light is input from the outside. It has a characteristic that the polarization is switched. Therefore, it can be used as an optical memory that handles binary information using 0 ° polarized light and 90 ° polarized light.

図1に示す例では、ミラーアレイ20、第一平面ミラー21、第二平面ミラー22、ハーフミラー23によってシフトレジスタ光学系が構成されている。シフトレジスタ光学系によって、レーザアレイ5において最終列の双安定半導体レーザを除く双安定半導体レーザの出力光が、レーザアレイ5において一方に隣接する列の双安定半導体レーザに垂直に入力されるように光路が形成されている。基本的にこれらミラーアレイ20、第一平面ミラー21、第二平面ミラー22、ハーフミラー23は、いずれも光の進行方向を90°回転させる。また、ハーフミラー23は、光を一部透過し、一部反射させる。   In the example shown in FIG. 1, the shift register optical system is configured by the mirror array 20, the first plane mirror 21, the second plane mirror 22, and the half mirror 23. By the shift register optical system, the output light of the bistable semiconductor laser excluding the bistable semiconductor laser in the last column in the laser array 5 is vertically input to the bistable semiconductor laser in one column adjacent to the laser array 5. An optical path is formed. Basically, the mirror array 20, the first plane mirror 21, the second plane mirror 22, and the half mirror 23 all rotate the light traveling direction by 90 °. The half mirror 23 partially transmits light and partially reflects light.

ミラーアレイ20は、n−1個(図1の例では4−1=3個)の互いに平行なミラー要素(第一ミラー要素20−1、第二ミラー要素20−2、第三ミラー要素20−3)から成り、各ミラー要素はレーザアレイ5の各列の双安定半導体レーザからの出力光を受け、それを反射させる。すなわち、第一ミラー要素20−1は1列目を構成する双安定半導体レーザからの出力光のみを反射させ、第二ミラー要素20−2は2列目の双安定半導体レーザからの出力光のみを反射させ、第三ミラー要素20−3は3列目の双安定半導体レーザからの出力光を反射させる。また、ミラーアレイ20は、図1において下方向からの光を左方向に反射させるが、第一ミラー要素20−1よりも第二ミラー要素20−2の方が上に配置されており、第二ミラー要素20−2よりも第三ミラー要素20−3の方が上に配置されている。このミラー要素の配置により、ある列のレーザからの出力光が順次、隣接する列のレーザに垂直に入力される。   The mirror array 20 includes n-1 (4-1 = 3 in the example of FIG. 1) parallel mirror elements (first mirror element 20-1, second mirror element 20-2, third mirror element 20). -3), each mirror element receives the output light from the bistable semiconductor laser in each column of the laser array 5 and reflects it. That is, the first mirror element 20-1 reflects only output light from the bistable semiconductor laser constituting the first row, and the second mirror element 20-2 only outputs light from the bistable semiconductor laser in the second row. The third mirror element 20-3 reflects the output light from the bistable semiconductor laser in the third row. In addition, the mirror array 20 reflects light from the lower direction in FIG. 1 to the left, but the second mirror element 20-2 is arranged above the first mirror element 20-1, The third mirror element 20-3 is disposed above the second mirror element 20-2. Due to the arrangement of the mirror elements, output light from lasers in a certain row is sequentially input perpendicularly to lasers in adjacent rows.

このシフトレジスタ型光メモリ装置1には入力信号光、セット光、リセット光の三種類の光信号が入力される。入力信号光は、ディジタルデータで変調された光信号である。セット光は入力信号光の記録すべきビットを示す光パルスであり、リセット光はレーザの偏光をリセットするための光パルスである。入力信号光とセット光は90゜偏光、リセット光を0゜偏光にして入力光変換部に入力される。   The shift register type optical memory device 1 receives three types of optical signals, that is, input signal light, set light, and reset light. The input signal light is an optical signal modulated with digital data. The set light is an optical pulse indicating a bit to be recorded in the input signal light, and the reset light is an optical pulse for resetting the polarization of the laser. The input signal light and the set light are 90 ° polarized and the reset light is 0 ° polarized and input to the input light conversion unit.

入力光変換部2の構成の一例を図2に示す。入力光変換部2は、時系列信号として入力される光信号を1ビットずつ時間遅延を付けて空間的に分離するための装置である。ここでは簡単のため、4ビット分の信号(注入光a〜d)のみを考える。入力信号光は、まず光分波器aで2つに分けられ、一方は2ビット分の時間遅延を持った光遅延器aに入力される。それぞれの光は光分波器bと光分波器cでさらに2つに分けられ、一方は1ビット分の時間遅延を持った光遅延器bと光遅延器cに入力される。これより、入力信号光は4つに分岐され、注入光dに対して注入光c、注入光b、注入光aはそれぞれ1ビット、2ビット、3ビットの時間遅延を持つ。一方、セット光とリセット光は光合波器eで合波された後、光分波器d、光分波器e、光分波器fで4つに分岐され、それぞれ光合波器a、光合波器b、光合波器c、光合波器dにより入力信号光と合波される。
図2に示す入力光変換部2は全て平面光回路(Planar Lightwave Circuit;PLC)によって構成しているが、これに限られるものではなく、図3に示すように光ファイバカプラにより光分波器と光合波器を、光ファイバ遅延線により光遅延器を構成することも可能である。またPLCと光ファイバを併用することも可能である。
An example of the configuration of the input light conversion unit 2 is shown in FIG. The input light conversion unit 2 is a device for spatially separating an optical signal input as a time series signal with a time delay by one bit. Here, for simplicity, only 4-bit signals (injection lights a to d) are considered. The input signal light is first divided into two by the optical demultiplexer a, and one is input to the optical delay device a having a time delay of 2 bits. Each light is further divided into two by an optical demultiplexer b and an optical demultiplexer c, one of which is input to an optical delay b and an optical delay c having a time delay of 1 bit. Accordingly, the input signal light is branched into four, and the injected light c, the injected light b, and the injected light a have a time delay of 1 bit, 2 bits, and 3 bits, respectively, with respect to the injected light d. On the other hand, the set light and the reset light are multiplexed by the optical multiplexer e, and then branched into four by the optical demultiplexer d, the optical demultiplexer e, and the optical demultiplexer f, respectively. It is combined with the input signal light by an optical multiplexer b, an optical multiplexer c, and an optical multiplexer d.
The input light conversion unit 2 shown in FIG. 2 is entirely composed of a planar light circuit (PLC), but is not limited to this. As shown in FIG. It is also possible to configure an optical delay device using an optical fiber delay line. It is also possible to use PLC and optical fiber together.

入力光変換部2から出力される注入光a、注入光b、注入光c、注入光dは、第一レンズアレイ3によって平行光とされる。次にミラーアレイ20のミラーの無い部分を通過またはミラーアレイを避けて通過し、第一平面ミラー21、平面ミラー22、ハーフミラー23で反射し、第二レンズアレイ4により集光されレーザアレイ5の1列目のレーザに入力される。注入光a、注入光b、注入光c、注入光dがそれぞれレーザアレイの1列目の1行目、2行目、3行目、4行目のレーザに入力される。   The injection light a, injection light b, injection light c, and injection light d output from the input light conversion unit 2 are converted into parallel light by the first lens array 3. Next, the mirror array 20 passes through a part without the mirror or avoids the mirror array, is reflected by the first flat mirror 21, the flat mirror 22, and the half mirror 23, and is condensed by the second lens array 4 and is collected by the laser array 5. Are input to the first row of lasers. Injection light a, injection light b, injection light c, and injection light d are respectively input to the first, second, third, and fourth rows of lasers in the first column of the laser array.

レーザアレイの各列に記録されたデータ(0°偏光または90°偏光)を次の列にシフトさせる方法について説明する。
レーザアレイの1列目のレーザの出力光は第二レンズアレイ4によって平行光となり、ハーフミラー23を通過し、光アイソレータ6を下から上に通過し、空間光変調器7に入力される。光アイソレータ6は、一方向に光を通過し逆方向の光は通過しない素子である。この場合は矢印のように図1の下から上方向(順方向)に光が通過するように配置されている。本明細書では、光が進行すべき向きを順方向と呼ぶ。
空間光変調器7は、面内の一部分のみ光のオン/オフ(透過/阻止)が制御可能な素子である。例えばレーザアレイ5における1列目のレーザからの出力光だけを透過させ、他の列からの出力光は透過させず阻止するといった制御が可能である。空間光変調器7としては液晶を用いたものや磁気光学効果を用いたものを利用できる。
レーザアレイ5の1列目に相当する部分の空間光変調器7をオンにすると、1列目のレーザの出力光は空間光変調器7を通過し、ミラーアレイ20のミラーで反射し、第一平面ミラー21、第二平面ミラー22、ハーフミラー23でそれぞれ90°回転するように反射し、第二レンズアレイ4により集光され、レーザアレイ5の2列目のレーザに上書き入力される。同様に、2列目のレーザの出力光は3列目のレーザに入力され、3列目のレーザの出力光は4列目のレーザに入力される。ここで、例えば3列目のレーザの出力光がハーフミラー23で左側に反射し、図1の矢印と逆方向に伝搬する光は、光アイソレータ6に対して上方向から入力されるので光アイソレータ6を通過せず、2列目のレーザに入力されることは無い。
A method for shifting data (0 ° polarized light or 90 ° polarized light) recorded in each column of the laser array to the next column will be described.
The output light of the laser in the first column of the laser array is converted into parallel light by the second lens array 4, passes through the half mirror 23, passes through the optical isolator 6 from the bottom to the top, and is input to the spatial light modulator 7. The optical isolator 6 is an element that passes light in one direction and does not pass light in the reverse direction. In this case, it is arranged so that light passes from the bottom to the top (forward direction) in FIG. In this specification, the direction in which light should travel is called the forward direction.
The spatial light modulator 7 is an element capable of controlling on / off (transmission / blocking) of light only in a part of the plane. For example, it is possible to control such that only the output light from the laser in the first column in the laser array 5 is transmitted and the output light from other columns is not transmitted but blocked. As the spatial light modulator 7, a liquid crystal display or a magneto-optical effect can be used.
When the spatial light modulator 7 corresponding to the first column of the laser array 5 is turned on, the output light of the first column laser passes through the spatial light modulator 7 and is reflected by the mirror of the mirror array 20. The light is reflected by the one plane mirror 21, the second plane mirror 22, and the half mirror 23 so as to rotate by 90 °, collected by the second lens array 4, and overwritten on the second row of lasers in the laser array 5. Similarly, the output light of the second row laser is input to the third row laser, and the output light of the third row laser is input to the fourth row laser. Here, for example, the output light of the laser in the third row is reflected to the left by the half mirror 23 and the light propagating in the direction opposite to the arrow in FIG. 1 is input to the optical isolator 6 from above, so that the optical isolator 6 does not pass through and is not input to the laser in the second row.

最終列(本実施例では4列目)に記録されたデータを出力する方法について説明する。
4列目のレーザの出力光は第二レンズアレイ4によって平行光となり、ハーフミラー23、光アイソレータ6、空間光変調器7を通過し(光アイソレータ6、空間光変調器7を避けて通ってもよい)、ミラーアレイ20のミラーの無い部分を通過またはミラーアレイ20を避けて通過し、偏光子8に入力される。偏光子8は、特定の方向の偏光成分のみを通過する素子であり、ここでは90゜偏光の光を通過し、0゜偏光の光は通過しないように配置する。これにより、4列目のレーザの発振偏光が90゜の場合のみ偏光子8を通過して第三レンズアレイ9で集光され、光変調器アレイ10に入力される。
A method for outputting data recorded in the last column (fourth column in this embodiment) will be described.
The output light of the laser in the fourth row is converted into parallel light by the second lens array 4 and passes through the half mirror 23, the optical isolator 6, and the spatial light modulator 7 (passing through the optical isolator 6 and the spatial light modulator 7). In other words, the light beam passes through a part of the mirror array 20 that does not have a mirror or avoids the mirror array 20 and is input to the polarizer 8. The polarizer 8 is an element that passes only a polarized light component in a specific direction, and is here arranged to pass 90 ° polarized light and not 0 ° polarized light. As a result, only when the oscillation polarization of the laser in the fourth row is 90 °, the light passes through the polarizer 8 and is collected by the third lens array 9 and input to the optical modulator array 10.

光変調器アレイ10と出力光変換部11の構成を図4に示す。レーザアレイの4列目の1行目、2行目、3行目、4行目のレーザの出力光がそれぞれレーザ出力光a、レーザ出力光b、レーザ出力光c、レーザ出力光dである。各レーザ出力光はそれぞれ光変調器a、光変調器b、光変調器c、光変調器dに入力されて強度変調される。光変調器としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶を用いたマッハツェンダ型光変調器や、半導体を用いた電界吸収型光変調器などを好適に使用することができる。光変調器アレイ10からの出力光は出力光変換部11に入力される。光変調器出力光b、光変調器出力光dは、それぞれ1ビット分の時間遅延を持った光遅延器a、光遅延器bに入力され、光合波器a、光合波器bにより光変調器出力光a、光変調器出力光cと合波され、後者は2ビット分の時間遅延を持った光遅延器cに入力され、前者と後者が光合波器cで合波され出力信号光として出力される。これより、光変調器出力光a、光変調器出力光b、光変調器出力光c、光変調器出力光dの順に時系列にパルスが並んだ出力信号光が得られる。図4では4つの光変調器と出力光変換部をPLCに集積化した構成としているが、これに限られるものではなく、図5に示すように個別の光変調器と光ファイバカプラによる光合波器と光ファイバ遅延線による光遅延器とで構成することも可能であり、またPLCと光ファイバを併用することも可能である。 The configuration of the optical modulator array 10 and the output light conversion unit 11 is shown in FIG. The laser output light of the first row, second row, third row, and fourth row of the fourth column of the laser array is laser output light a, laser output light b, laser output light c, and laser output light d, respectively. . Each laser output light is input to an optical modulator a, an optical modulator b, an optical modulator c, and an optical modulator d, and is intensity-modulated. As the optical modulator, a Mach-Zehnder optical modulator using a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal, an electroabsorption optical modulator using a semiconductor, or the like can be preferably used. The output light from the optical modulator array 10 is input to the output light conversion unit 11. The optical modulator output light b and the optical modulator output light d are respectively input to an optical delay device a and an optical delay device b having a time delay of 1 bit, and are optically modulated by the optical multiplexer a and the optical multiplexer b. Output light a and optical modulator output light c. The latter is input to an optical delay c having a time delay of 2 bits, and the former and the latter are combined by an optical combiner c and output signal light. Is output as As a result, output signal light in which pulses are arranged in time series in the order of the optical modulator output light a, the optical modulator output light b, the optical modulator output light c, and the optical modulator output light d is obtained. In FIG. 4, four optical modulators and an output light conversion unit are integrated in the PLC. However, the present invention is not limited to this, and optical multiplexing by individual optical modulators and optical fiber couplers as shown in FIG. It is also possible to configure with an optical delay device using an optical fiber delay line, and it is also possible to use a PLC and an optical fiber in combination.

以上の実施例では、4行4列のレーザアレイを用いた場合について述べたが、これに限られるものではなく、任意の行数、列数のレーザアレイを使用することが可能であり、また必ずしも行数と列数が等しい必要は無い。具体的には、m行n列のレーザアレイを使用してm×nビットの光バッファメモリを構成する場合、入力光変換部2をm分岐、第一レンズアレイ3のレンズ数をm、第二レンズアレイ4のレンズ数をm×n、空間光変調器7の分割数をn、ミラーアレイのミラー数をn−1、第三レンズアレイ9のレンズ数をm、光変調器アレイ10の光変調器数をm、出力光変換部をm合波とすれば良い。   In the above embodiment, the case where a laser array of 4 rows and 4 columns is used is described, but the present invention is not limited to this, and a laser array of any number of rows and columns can be used. The number of rows and columns need not necessarily be equal. Specifically, when an m × n-bit optical buffer memory is configured using a laser array of m rows and n columns, the input light conversion unit 2 is divided into m, the number of lenses of the first lens array 3 is m, The number of lenses of the two-lens array 4 is m × n, the number of divisions of the spatial light modulator 7 is n, the number of mirrors of the mirror array is n−1, the number of lenses of the third lens array 9 is m, the light modulator array 10 The number of optical modulators may be m, and the output light conversion unit may be m multiplexed.

一般に、空間光変調器は高速な変調が困難である。このため本実施例では、空間光変調器7とは別に高速な光変調器である光変調器アレイ10を用意して4列目のレーザの出力光の変調を行なっている。これにより、内部の光転送よりも高速な変調信号を出力することが出来る。もし出力信号光の変調速度が空間光変調器7の速度以下で良い場合は、光変調器アレイ10を省略して空間光変調器7の4列目で出力光の変調を行なうことも可能である。   In general, a spatial light modulator is difficult to perform high-speed modulation. For this reason, in this embodiment, an optical modulator array 10 which is a high-speed optical modulator is prepared separately from the spatial light modulator 7, and the output light of the fourth column laser is modulated. Thereby, it is possible to output a modulation signal that is faster than the internal optical transfer. If the modulation speed of the output signal light may be equal to or lower than that of the spatial light modulator 7, the light modulator array 10 can be omitted and the output light can be modulated in the fourth column of the spatial light modulator 7. is there.

出力信号光にはなるべく大きな光パワーが求められており、光変調器アレイ10や出力光変換部11に光損失があるため、高いレーザ出力光パワーが求められる。一方、低消費電力化のためにはなるべく小さな光パワーでレーザを動作させてレーザの消費電力を抑える必要がある。そこで、外部に光を出力するレーザ(本実施例では4列目のレーザ)の光パワーを大きく設定し、それ以外のレーザは内部の光転送に必要なだけの小さな光パワーに設定することにより、高い出力信号光パワーと低消費電力動作を両立することが出来る。   The output signal light is required to have as much optical power as possible, and since there is optical loss in the optical modulator array 10 and the output light conversion unit 11, high laser output light power is required. On the other hand, in order to reduce the power consumption, it is necessary to reduce the power consumption of the laser by operating the laser with as little optical power as possible. Therefore, by setting the optical power of the laser that outputs light to the outside (in this embodiment, the fourth row laser) to be large, and setting the other lasers to a small optical power that is necessary for internal optical transfer. It is possible to achieve both high output signal light power and low power consumption operation.

また、一般に半導体レーザは、光パワーを大きくするとより高速な動作が可能となる。よって、高速な入力信号を記録するためには、レーザの光パワーを大きくする必要がある。一方、低消費電力化のためにはなるべく小さな光パワーでレーザを動作させてレーザの消費電力を抑える必要がある。そこで、入力信号を記録する1列目のレーザの光パワーを大きく設定し、内部の光転送は入力信号の1/mの低速で良いため、それ以外のレーザは小さな光パワーに設定することにより、高速な入力信号の記録と低消費電力動作を両立することが出来る。また、入力信号を記録するレーザと外部に光を出力するレーザを大きな光パワーに設定し、それ以外のレーザは小さな光パワーに設定することも可能である。
光パワーを大きくするためにはレーザの注入電流を大きくすればよい。
In general, a semiconductor laser can operate at a higher speed when the optical power is increased. Therefore, in order to record a high-speed input signal, it is necessary to increase the optical power of the laser. On the other hand, in order to reduce the power consumption, it is necessary to reduce the power consumption of the laser by operating the laser with as little optical power as possible. Therefore, since the optical power of the laser in the first column for recording the input signal is set large, and the internal optical transfer can be performed at a low speed of 1 / m of the input signal, other lasers are set to a small optical power. High-speed input signal recording and low power consumption operation can be achieved at the same time. It is also possible to set the laser that records the input signal and the laser that outputs light to the outside with a large optical power, and the other lasers with a small optical power.
In order to increase the optical power, the laser injection current may be increased.

本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置では、同一波長の注入光が1列目のレーザに入力されるため、1列目を構成する各レーザの波長は注入光の波長に合わせる必要がある。そして、1列目のレーザの出力光が2列目のレーザに入力され、同様にして最終列まで繰り返されるため、結局全てのレーザの波長を注入光の波長に合わせる必要がある。しかし、完全に均一なレーザアレイを作製することは難しく、実際のレーザアレイでは個々のレーザの波長に僅かなずれが発生する。そこで、半導体レーザは温度によって波長が変わることを利用し、図6(a)に示すように各レーザの近傍にヒータを配置して各レーザの温度を調整して波長の調整を行なうとよい。レーザアレイ中の近傍のレーザの波長ずれが少なく緩やかに波長が変化している場合は、図6(b)に示すようにヒータの数をレーザの数より少なく(例えばレーザ4個に対してヒータ1個程度)することが可能である。ヒータとしては、抵抗の他に半導体のpn接合によるダイオードを用いることも可能である。   In the shift register type optical memory device according to the present invention, since the injection light having the same wavelength is input to the laser in the first column, it is necessary to match the wavelength of each laser constituting the first column with the wavelength of the injection light. Since the output light of the first row laser is input to the second row laser and is repeated until the last row in the same manner, it is necessary to match the wavelengths of all lasers with the wavelengths of the injection light. However, it is difficult to produce a completely uniform laser array, and in an actual laser array, a slight shift occurs in the wavelength of each laser. Therefore, it is preferable to adjust the wavelength by using the fact that the wavelength of the semiconductor laser varies depending on the temperature and arranging a heater in the vicinity of each laser and adjusting the temperature of each laser as shown in FIG. When the wavelength shift of the laser in the vicinity of the laser array is small and the wavelength is gradually changed, the number of heaters is smaller than the number of lasers as shown in FIG. About one). As the heater, it is also possible to use a semiconductor pn junction diode in addition to the resistor.

次に、図7のタイミングチャートを用いてシフトレジスタ機能付き光バッファメモリの動作を説明する。入力信号光は、b0からb15までの16ビットのデータで変調された光信号である。入力信号光は、入力光変換部の光遅延器によって遅延入力信号光a、b、c、dのように1ビットずつタイミングの異なる信号に変換され、セット光およびリセット光と合波されて注入光a、b、c、dのようになる。注入光aは入力信号光のb0とセット光のタイミングが一致しており、同様に注入光b、c、dはそれぞれ入力信号光のb1、b2、b3とセット光のタイミングが一致している。レーザへの入力光パワーを、入力信号光とセット光のそれぞれはレーザの偏光スイッチング閾値よりも低く、かつ入力信号光とセット光が合波された場合はレーザの偏光スイッチング閾値よりも高くなるように設定しておく。注入光a、b、c、dをレーザアレイの1列目の1、2、3、4行目のレーザに入力すると、まず最初のリセット光により1列目の全てのレーザの発振偏光が0°にリセットされ、次に入力信号光とセット光が同時にレーザに入力された時のみレーザの発振偏光が90°に切り替わる。これにより、入力信号光のb0、b1、b2、b3がそれぞれ1列目の1、2、3、4行目のレーザの発振偏光状態として記録される。つまり、b0が“1”の場合は1列1行目のレーザが90°偏光、b0が“0”の場合は0°偏光となる。 Next, the operation of the optical buffer memory with a shift register function will be described with reference to the timing chart of FIG. The input signal light is an optical signal modulated with 16-bit data from b 0 to b 15 . The input signal light is converted into a signal having a different timing by 1 bit like the delayed input signal lights a, b, c, and d by the optical delay unit of the input light conversion unit, and combined with the set light and the reset light and injected. Like light a, b, c, d. Injected light a has the same timing as b 0 of the input signal light and the set light. Similarly, injected lights b, c, and d have the same timings of b 1 , b 2 , b 3 of the input signal light and the set light, respectively. Match. The input optical power to the laser is such that each of the input signal light and the set light is lower than the polarization switching threshold of the laser, and higher than the laser polarization switching threshold when the input signal light and the set light are combined. Set to. When the injection lights a, b, c, and d are input to the lasers in the first, second, third, and fourth rows of the laser array, first, the oscillation polarization of all the lasers in the first column is reduced to 0 by the first reset light. The oscillation polarization of the laser is switched to 90 ° only when the input signal light and the set light are input to the laser at the same time. As a result, b 0 , b 1 , b 2 , and b 3 of the input signal light are recorded as the oscillation polarization states of the lasers in the first , second , third , and fourth rows, respectively. That is, when b 0 is “1”, the laser in the first column and the first row is 90 ° polarized, and when b 0 is “0”, it is 0 ° polarized.

注入光が無い場合はこれらの発振偏光が保持されるので、1列目のレーザ出力はb0-3に相当する偏光で発振を続ける。空間光変調器7の1列目をオンにすると、1列目のレーザの出力光が2列目のレーザに入力され、1列目のレーザの発振偏光状態が2列目のレーザに転送される。これより、2列目のレーザ出力がb0-3に相当する発振偏光となる。転送後は、1列目のレーザに次のデータb4-7を記録する。同様にして、空間光変調器7の2列目をオンにすると、3列目のレーザ出力がb0-3に相当する発振偏光となり、空間光変調器7の3列目をオンにすると、4列目のレーザ出力がb0-3に相当する発振偏光となる。偏光子8により4列目のレーザ出力の90°偏光成分を抽出し、光変調器によりパルス化すると、b0-3に対応した光変調器出力光が得られる。そして出力光変換部の光遅延器によって遅延光変調器出力光a、b、c、dのように1ビットずつタイミングの異なる信号に変換され、合波されて入力信号光と同じビットパターンb0、b1、b2、b3の出力信号光となる。同様にしてb4からb15が記録/再生される。 When there is no injection light, these oscillation polarizations are maintained, so that the laser output in the first column continues to oscillate with polarization corresponding to b 0-3 . When the first column of the spatial light modulator 7 is turned on, the output light of the first column laser is input to the second column laser, and the oscillation polarization state of the first column laser is transferred to the second column laser. The As a result, the laser output in the second column becomes oscillation polarization corresponding to b 0-3 . After the transfer, the next data b 4-7 is recorded on the laser in the first column. Similarly, when the second column of the spatial light modulator 7 is turned on, the laser output of the third column becomes oscillation polarization corresponding to b 0-3 , and when the third column of the spatial light modulator 7 is turned on, The laser output in the fourth column is oscillation polarization corresponding to b 0-3 . When the 90 ° polarization component of the laser output in the fourth row is extracted by the polarizer 8 and is pulsed by the optical modulator, the light modulator output light corresponding to b 0-3 is obtained. Then, the optical delay unit of the output light conversion unit converts each bit into a signal having a different timing, such as the delayed light modulator output lights a, b, c, and d, and is combined to be the same bit pattern b 0 as the input signal light. , B 1 , b 2 , b 3 output signal light. B 15 from b 4 is recorded / reproduced in the same manner.

以上の説明では光バッファメモリに記録可能なビット数が16ビットで入力信号光のビット数も16ビットの場合について述べた。もし入力信号光のビット数が光バッファメモリに記録可能なビット数よりも多い場合は、セット光と入力信号光が同時にレーザに入力された時に記録される原理上、光バッファメモリに記録可能なビット数のみを抽出して記録する機能を併せ持っている。よって、光スイッチ等で記録可能なビット数のみを切り出すといった処理は不要である。また、逆に入力信号光のビット数が光バッファメモリに記録可能なビット数よりも少ない場合は、自動的に残りのビットは“0”が記録再生されるので問題は無い。
以上の実施例では、データの“1”を90°偏光、データの“0”を0°偏光に割り当てたが、これに限られるものではなく、逆にデータの“1”を0°偏光に割り当てても同様に光バッファメモリとして動作可能であることは言うまでもない。
In the above description, the case where the number of bits that can be recorded in the optical buffer memory is 16 bits and the number of bits of the input signal light is 16 bits has been described. If the number of bits of the input signal light is larger than the number of bits that can be recorded in the optical buffer memory, it can be recorded in the optical buffer memory on the principle that recording is performed when the set light and the input signal light are simultaneously input to the laser. It also has a function to extract and record only the number of bits. Therefore, it is not necessary to cut out only the number of bits that can be recorded by an optical switch or the like. Conversely, when the number of bits of the input signal light is smaller than the number of bits that can be recorded in the optical buffer memory, there is no problem because “0” is automatically recorded and reproduced for the remaining bits.
In the above embodiment, data “1” is assigned to 90 ° polarization and data “0” is assigned to 0 ° polarization. However, the present invention is not limited to this. Conversely, data “1” is assigned to 0 ° polarization. It goes without saying that even if assigned, it can operate as an optical buffer memory.

[消去後書込方式]
双安定半導体レーザに記録されたデータを他の双安定半導体レーザに転送するシフトレジスタ機能を実現する方法として、二つの方式が考えられる。一つは既に述べた上書き方式で、もう一つが消去後書込方式である。
消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置では、レーザアレイの一列目以外の双安定半導体レーザにリセット光を入力するリセット光入力部を更に設け、また、前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に偏光子を設ける。
好適には、上述した上書き方式におけるミラーアレイのミラー要素をハーフミラーとし、さらに、レーザアレイの一列目以外の双安定半導体レーザにリセット光を入力するリセット光入力部を備え、該リセット光入力部から出力されるリセット光の光路が、ハーフミラーである各ミラー要素を透過することにより、前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路に重ね合されるようにするとよい。
[Write method after erasure]
Two methods are conceivable as a method for realizing a shift register function for transferring data recorded in a bistable semiconductor laser to another bistable semiconductor laser. One is the above-described overwrite method, and the other is the post-erase write method.
The post-erase write type shift register type optical memory device further includes a reset light input unit for inputting reset light to a bistable semiconductor laser other than the first column of the laser array, and light formed by the shift register optical system. A polarizer is provided on the road.
Preferably, the mirror element of the mirror array in the above-described overwrite method is a half mirror, and further includes a reset light input unit that inputs reset light to a bistable semiconductor laser other than the first column of the laser array, and the reset light input unit It is preferable that the optical path of the reset light output from the laser beam is superimposed on the optical path formed by the shift register optical system by passing through each mirror element that is a half mirror.

以下、この消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置の例について説明する。
図8は、本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置1の他の構成(消去後書込方式)の全体構成図である。入力光変換部2に入力される第一リセット光は上書き方式のリセット光と同じである。第一空間光変調器31は上書き方式の空間光変調器7と同様の機能を持つが、90°偏光の光に対してのみ変調されるもので良い。光アイソレータ6は上書き方式の光アイソレータと同様の機能を持つが、90°偏光の光に対してのみ逆方向の伝搬を阻止するもので良い。入力信号光、セット光、入力光変換部2、第一レンズアレイ3、第一平面ミラー21、第二平面ミラー22、ハーフミラー23、第二レンズアレイ4、レーザアレイ5、第三レンズアレイ9、光変調器アレイ10、出力光変換部11、出力信号光は、図1に示した上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置と同一である。
また、入力信号光、セット光、第一リセット光が入力光変換部2に入力され、入力光変換部2から出力される注入光a、注入光b、注入光c、注入光dがレーザアレイ5の1列目のレーザに入力されるところまでは上述した上書き方式と同じである。
Hereinafter, an example of the shift register type optical memory device of the post-erase writing method will be described.
FIG. 8 is an overall configuration diagram of another configuration (write after erase method) of the shift register type optical memory device 1 according to the present invention. The first reset light input to the input light conversion unit 2 is the same as the overwrite light of the overwrite method. The first spatial light modulator 31 has a function similar to that of the overwrite-type spatial light modulator 7, but may be modulated only with respect to 90-degree polarized light. The optical isolator 6 has a function similar to that of the overwrite type optical isolator, but may be configured to prevent propagation in the reverse direction only for 90 ° polarized light. Input signal light, set light, input light conversion unit 2, first lens array 3, first plane mirror 21, second plane mirror 22, half mirror 23, second lens array 4, laser array 5, third lens array 9 The optical modulator array 10, the output light conversion unit 11, and the output signal light are the same as those of the overwrite type shift register type optical memory device shown in FIG.
Further, the input signal light, the set light, and the first reset light are input to the input light conversion unit 2, and the injection light a, injection light b, injection light c, and injection light d output from the input light conversion unit 2 are laser arrays. The process up to the point where the laser beam is input to the first column of No. 5 is the same as the overwriting method described above.

なお、図8では注入光a、注入光b、注入光c、注入光dが第二空間光変調器32を通過しているが、第二空間光変調器32の注入光a、注入光b、注入光c、注入光dに対応する部分は常に透過状態としておく。第二リセット光は0°偏光の連続光である。光ファイバの端面から出射された第二リセット光はある角度で広がり、レンズ33によって平行光にされる。図8では第二リセット光の伝搬をレーザアレイ5の各レーザに第二リセット光分波部43対応した線で描いているが、実際には光が連続的に広がって伝搬する。第二空間光変調器32は、図11(a)に示すようにレーザアレイの列に対応する部分毎に光の透過/阻止が制御可能な素子であり、0°偏光の光に対してのみ変調されるもので良い。第二空間光変調器32の1列目(注入光a〜d)に対応する部分は、2列目等と同様の変調器を設け常に透過状態にする、または変調器を設けずに透明な領域とする。もしくは注入光が第二空間光変調器32を避けて伝搬するように第二空間光変調器32を配置することもできる。これにより、注入光aから注入光dがレーザの1列目に入力される。   In FIG. 8, the injection light a, the injection light b, the injection light c, and the injection light d pass through the second spatial light modulator 32, but the injection light a and the injection light b of the second spatial light modulator 32. The portions corresponding to the injection light c and the injection light d are always in a transmissive state. The second reset light is 0 ° polarized continuous light. The second reset light emitted from the end face of the optical fiber spreads at a certain angle and is collimated by the lens 33. In FIG. 8, the propagation of the second reset light is depicted by lines corresponding to the second reset light demultiplexing unit 43 for each laser of the laser array 5, but actually the light propagates continuously and propagates. As shown in FIG. 11A, the second spatial light modulator 32 is an element capable of controlling transmission / reception of light for each portion corresponding to a column of the laser array, and is only for 0-polarized light. It may be modulated. A portion corresponding to the first row (injected light a to d) of the second spatial light modulator 32 is provided with a modulator similar to that of the second row or the like, and is always in a transmission state, or is transparent without providing a modulator. This is an area. Alternatively, the second spatial light modulator 32 can be arranged so that the injected light propagates avoiding the second spatial light modulator 32. Thereby, the injection light d is input from the injection light a to the first column of the laser.

ハーフミラーアレイ30は、互いに平行な複数のハーフミラーであるハーフミラー要素30−1、第二ハーフミラー要素30−2、第三ハーフミラー要素30−3から成り、その配置は上述した上書き方式のミラーアレイ20と同様である。第二空間光変調器32を透過した第二リセット光は、ハーフミラーアレイ30のハーフミラー要素を透過し、第一平面ミラー21および第二平面ミラー22で反射した後、ハーフミラー23で反射し、第二レンズアレイ4で集光されてレーザアレイ5の1列目以外のレーザに入力される。   The half mirror array 30 is composed of a half mirror element 30-1, a second half mirror element 30-2, and a third half mirror element 30-3, which are a plurality of half mirrors parallel to each other, and the arrangement of the half mirror array 30 is of the overwriting method described above. Similar to the mirror array 20. The second reset light transmitted through the second spatial light modulator 32 is transmitted through the half mirror element of the half mirror array 30, reflected by the first plane mirror 21 and the second plane mirror 22, and then reflected by the half mirror 23. Then, the light is condensed by the second lens array 4 and inputted to lasers other than the first row of the laser array 5.

レーザアレイ5のレーザの出力光は、レンズアレイ4で平行光となり、ハーフミラー23を通過し、偏光子8に入力される。偏光子8は、90°偏光の光を通過し、0°偏光の光を阻止する素子である。よって、レーザの発振偏光が90°の場合にレーザ出力光が偏光子8を通過し、光アイソレータ6を下から上の方向に通過し、第一空間光変調器31でレーザアレイ5の列毎に透過/阻止が制御される。レーザの発振偏光が0°の場合は、偏光子8で光が阻止されて光アイソレータや第一空間光変調器31に入力されないので、光アイソレータ6と第一空間光変調器31は90°偏光の光に対してのみ機能すれば良く、0°偏光と90°偏光の両方に対して機能する必要がある上書き方式と比べて、光アイソレータ6と第一空間光変調器31の構成を簡略化することができる。このように、光アイソレータおよび空間光変調器は、偏光子8を通過する偏光状態の光のみに作用するようにすればよい。   The laser output light of the laser array 5 becomes parallel light in the lens array 4, passes through the half mirror 23, and is input to the polarizer 8. The polarizer 8 is an element that transmits 90 ° polarized light and blocks 0 ° polarized light. Therefore, when the oscillation polarization of the laser is 90 °, the laser output light passes through the polarizer 8, passes through the optical isolator 6 from the bottom to the top, and the first spatial light modulator 31 applies each column of the laser array 5. Transmission / blocking is controlled. When the oscillation polarization of the laser is 0 °, the light is blocked by the polarizer 8 and is not input to the optical isolator or the first spatial light modulator 31. Therefore, the optical isolator 6 and the first spatial light modulator 31 are polarized by 90 °. The configuration of the optical isolator 6 and the first spatial light modulator 31 is simplified as compared with the overwriting method that needs to function only for light of 0 ° and 90 ° polarized light. can do. As described above, the optical isolator and the spatial light modulator need only act on the polarized light passing through the polarizer 8.

第一空間光変調器31を通過した光は、ハーフミラーアレイ30のハーフミラー要素で反射し、第一平面ミラー21および第二平面ミラー22で反射し、次いでハーフミラー23で反射し、第二レンズアレイ4で集光されてレーザアレイ5において隣接する右側の列の双安定半導体レーザに入力される。レーザの出力光が隣接する一方のレーザに入力される構造は上書き方式と同様である。図8の矢印と逆方向に伝搬する光は、90°偏光の場合は光アイソレータ6を通過せず、0°偏光の場合は偏光子8を通過しないので、逆方向に光が伝搬してレーザに入力されることは無い。最終列である4列目のレーザの出力光は第二レンズアレイ4によって平行光となり、ハーフミラー23、偏光子8、光アイソレータ6、第一空間光変調器31を通過し、ハーフミラーアレイ30のハーフミラー要素の無い部分を通過またはハーフミラーアレイ30を避けて通過し、第三レンズアレイ9で集光され光変調器アレイ10に入力される。これより、4列目のレーザの発振偏光が90°の場合のみ、偏光子8を通過して光変調器アレイ10に入力される。   The light that has passed through the first spatial light modulator 31 is reflected by the half mirror elements of the half mirror array 30, reflected by the first plane mirror 21 and the second plane mirror 22, and then reflected by the half mirror 23. The light is condensed by the lens array 4 and input to the bistable semiconductor laser in the right column adjacent to the laser array 5. The structure in which the laser output light is input to one of the adjacent lasers is the same as in the overwriting method. The light propagating in the direction opposite to the arrow in FIG. 8 does not pass through the optical isolator 6 in the case of 90 ° polarization, and does not pass through the polarizer 8 in the case of 0 ° polarization. Is never entered. The output light of the laser in the fourth row, which is the last row, becomes parallel light by the second lens array 4, passes through the half mirror 23, the polarizer 8, the optical isolator 6, and the first spatial light modulator 31, and then the half mirror array 30. Then, the light passes through a portion having no half mirror element or avoids the half mirror array 30 and is collected by the third lens array 9 and input to the light modulator array 10. As a result, only when the oscillation polarization of the laser in the fourth column is 90 °, it passes through the polarizer 8 and is input to the optical modulator array 10.

消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置においても上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置の場合と同様に、入力光変換部2をPLCまたは光ファイバ、もしくは両者の組合せで構成することや、光変調器アレイ10と出力光変換部11をPLCまたは光ファイバもしくは両者の組合せで構成することが可能である。また、本実施例は4行4列のレーザアレイ5を用いた場合について述べたが、これに限られるものではなく、任意の行数、列数のレーザアレイを使用することがもちろん可能である。   In the post-erase write shift register type optical memory device, as in the case of the overwrite type shift register type optical memory device, the input optical conversion unit 2 can be composed of PLC, optical fiber, or a combination of both, The device array 10 and the output light conversion unit 11 can be configured by PLC, optical fiber, or a combination of both. In this embodiment, the case where the laser array 5 of 4 rows and 4 columns is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to use a laser array having an arbitrary number of rows and columns. .

また、消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置でも、第一空間光変調器31とは別に高速な光変調器である光変調器アレイ10を設けることにより、内部の光転送よりも高速な変調信号を出力するようにしている。もし出力信号光の変調速度が第一空間光変調器31の速度以下で良い場合は、光変調器アレイ10を省略し、第一空間光変調器31の4列目で出力光の変調を行なうことも可能である。
さらに、消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置においても、上述した上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置の場合と同様に、入力信号を記録する1列目のレーザの光パワーを大きく設定し、それ以外のレーザは小さな光パワーに設定してもよい。入力信号を記録する列のレーザと外部に光を出力する列のレーザを大きな光パワーに設定し、それ以外のレーザは小さな光パワーに設定してももちろんよい。
さらにまた、上書き方式の場合と同様に、図6に示すようにレーザアレイ5においてヒータを設けることもできる。
In the post-erase write type shift register type optical memory device, the optical modulator array 10, which is a high-speed optical modulator, is provided separately from the first spatial light modulator 31, so that it is faster than internal optical transfer. A modulated signal is output. If the modulation speed of the output signal light may be equal to or lower than the speed of the first spatial light modulator 31, the light modulator array 10 is omitted and the output light is modulated by the fourth column of the first spatial light modulator 31. It is also possible.
Further, in the shift register type optical memory device of the post-erase write method, similarly to the above-described shift register type optical memory device of the overwrite method, the optical power of the first column laser for recording the input signal is set large. Other lasers may be set to a small optical power. Of course, it is possible to set the lasers in the row for recording the input signal and the lasers in the row to output light to the outside with high optical power, and the other lasers with low optical power.
Furthermore, similarly to the overwriting method, a heater can be provided in the laser array 5 as shown in FIG.

また、入力信号光のビット数が光バッファメモリに記録可能なビット数よりも多い場合および少ない場合においても、上書き方式と同様に問題無い。また上記の実施例では、データの“1”を90°偏光、データの“0”を0°偏光に割り当てたが、これに限られるものではなく、逆にデータの“1”を0°偏光に割り当て、第一リセット光および第二リセット光を90°偏光としても同様に光バッファメモリとして動作させることが可能である。   Even when the number of bits of the input signal light is larger or smaller than the number of bits that can be recorded in the optical buffer memory, there is no problem as in the overwriting method. In the above embodiment, “1” of data is assigned to 90 ° polarization and “0” of data is assigned to 0 ° polarization. However, the present invention is not limited to this. Conversely, “1” of data is assigned to 0 ° polarization. And the first reset light and the second reset light can be operated as an optical buffer memory in the same manner even when the 90 ° polarization is used.

上記では第二リセット光を各レーザに分配する方法として、図8に示すように光ファイバから出射されて広がった光をレンズ33で平行光にする方法を示したが、第二リセット光をレーザの数(n×m個)に合わせて分岐する方法もある。図9は1つの光を4行4列に分岐させるために設けられるリセット光分波部の構成例であり、図9(a)は上面図、図9(b)は側面図である。このリセット光分波部は、第二空間光変調器32およびレンズ33に替えてシフトレジスタ型光メモリ装置に設けられるものであり、第一リセット光分波部41、リセット光分波用レンズアレイ42、第二リセット光分波部43とから構成される。
第一リセット光分波部41は、光分波器41−a、41−b、41−cの三つの光分波器を備えており、入力された第二リセット光を4つ(リセット光rs−a、リセット光rs−b、リセット光rs−c、リセット光rs−d)に分波する。
リセット光分波用レンズアレイ42は、第一リセット光分波部41の後段(光の進行方向)に設けられ、第一リセット光分波部41によって分波された光をそれぞれ平行光にする。
In the above description, as a method of distributing the second reset light to each laser, a method of making the light emitted from the optical fiber and spread as shown in FIG. There is also a method of branching according to the number of (n × m). 9A and 9B are configuration examples of a reset light demultiplexing unit provided for branching one light into 4 rows and 4 columns. FIG. 9A is a top view and FIG. 9B is a side view. The reset light demultiplexing unit is provided in the shift register type optical memory device in place of the second spatial light modulator 32 and the lens 33, and includes a first reset light demultiplexing unit 41 and a reset light demultiplexing lens array 42. And a second reset light demultiplexing unit 43.
The first reset optical demultiplexing unit 41 includes three optical demultiplexers, ie, optical demultiplexers 41-a, 41-b, and 41-c, and receives four second reset lights (reset light). (rs-a, reset light rs-b, reset light rs-c, reset light rs-d).
The reset light demultiplexing lens array 42 is provided in a subsequent stage (light traveling direction) of the first reset light demultiplexing unit 41, and converts the light demultiplexed by the first reset light demultiplexing unit 41 into parallel light. .

第二リセット光分波部43は図9(b)に示すようにリセット光分波用レンズアレイ42のさらに後段に設けられ、3つのハーフミラーHM1、HM2、HM3、および3つのミラーM1、M2、M3を備えている。これらのミラー及びハーフミラーは図9(a)に示されるように、全て第一リセット光分波部41によって分波された光を全て反射させることができる長さ(図9(a)においては上下方向の長さ)を有しており、いずれも入力されるリセット光の進行方向に対して45°の傾きをもつように配置されている。
ハーフミラーHM1はリセット光分波用レンズアレイ42より入力される第二リセット光の進行方向に設けられる。ここでは図9(b)を参照しつつ第一リセット光分波部41によって4つに分波された第二リセット光の一つであるリセット光rs−aを例にとって考える。
As shown in FIG. 9 (b), the second reset light demultiplexing unit 43 is provided further downstream of the reset light demultiplexing lens array 42, and includes three half mirrors HM1, HM2, HM3, and three mirrors M1, M2. , M3. As shown in FIG. 9 (a), these mirrors and half mirrors are all of a length that can reflect all the light demultiplexed by the first reset light demultiplexing unit 41 (in FIG. 9 (a)). The length of the reset light is set to be 45 ° with respect to the traveling direction of the input reset light.
The half mirror HM1 is provided in the traveling direction of the second reset light input from the reset light demultiplexing lens array 42. Here, the reset light rs-a, which is one of the second reset lights demultiplexed into four by the first reset light demultiplexing unit 41, is considered as an example with reference to FIG. 9B.

ハーフミラーHM1の後方にはハーフミラーHM2が設けられる。入力されたリセット光rs−aは、ハーフミラーHM1において半分が透過してリセット光rs−a1となって後方(図9(b)においては左方)に進行し、半分が反射してリセット光rs−a2となって下方に進む。
リセット光rs−a1は次にハーフミラーHM2において半分が透過してリセット光rs−a3として後方に進み、半分が反射してリセット光rs−a4となって下方に進む。
ハーフミラーHM2の下方にはミラーM2が設けられており、ハーフミラーHM2を透過せずに反射したリセット光rs−a4はこのミラーM2で反射して、上記リセット光rs−a3の下方を後段に向かって進行する。
また、ハーフミラーHM1の下方にはミラーM1が設けられており、ハーフミラーHM1を透過せずに反射したリセット光rs−a2はこのミラーM1によって後方に向かうように進行し、ミラーM1の後方に設けられているハーフミラーHM3に到達する。リセット光rs−a2はこのハーフミラーHM3において半分が透過してリセット光rs−a5となって後段に進む。ハーフミラーHM3において透過せずに反射した光はリセット光rs−a6として下方に進むが、ハーフミラーHM3の下方に設けられているミラーM3によって左方に反射し、後段に進む。
ハーフミラーHM2とミラーM2の間隔とハーフミラーHM3とミラーM3の間隔を等しくし、ハーフミラーHM1とミラーM1の間隔をハーフミラーMH2とミラーM2の間隔の2倍にすることにより、入力されたリセット光rs−aが1/4ずつ分波された光であるリセット光rs−a3、rs−a4、rs−a5、rs−a6もまた、それぞれ等間隔となって後段に送られる。
このようにして、リセット分波部により、一つの光が4×4=16に分波される。
A half mirror HM2 is provided behind the half mirror HM1. Half of the input reset light rs-a is transmitted through the half mirror HM1 to become reset light rs-a1 and travels backward (to the left in FIG. 9B), and half is reflected to reset light. It becomes rs-a2 and proceeds downward.
Next, half of the reset light rs-a1 is transmitted through the half mirror HM2 and travels backward as reset light rs-a3, and half is reflected and travels downward as reset light rs-a4.
A mirror M2 is provided below the half mirror HM2, and the reset light rs-a4 reflected without passing through the half mirror HM2 is reflected by the mirror M2, and the lower part of the reset light rs-a3 is reflected in the subsequent stage. Proceed toward.
Further, a mirror M1 is provided below the half mirror HM1, and the reset light rs-a2 reflected without passing through the half mirror HM1 travels backward by the mirror M1, and behind the mirror M1. It reaches the half mirror HM3 provided. Half of the reset light rs-a2 is transmitted through the half mirror HM3 to become the reset light rs-a5 and proceeds to the subsequent stage. The light reflected without passing through the half mirror HM3 proceeds downward as reset light rs-a6, but is reflected leftward by the mirror M3 provided below the half mirror HM3 and proceeds to the subsequent stage.
Input the reset by making the interval between the half mirror HM2 and the mirror M2, the interval between the half mirror HM3 and the mirror M3 equal, and making the interval between the half mirror HM1 and the mirror M1 twice the interval between the half mirror MH2 and the mirror M2. The reset light rs-a3, rs-a4, rs-a5, and rs-a6, which are light beams obtained by demultiplexing the light rs-a by 1/4, are also sent to the subsequent stage at equal intervals.
In this way, one light is demultiplexed into 4 × 4 = 16 by the reset demultiplexing unit.

図13に示すタイミングチャートを用いて消去後書込み方式の動作を説明する。入力信号光から1列目のレーザ出力までは、上述した上書き方式の場合(図7)と同様である。1列目から2列目にデータを転送する場合は、まず第二空間光変調器32の2列目をオンにして「2列目のリセット光」に示すように0°偏光のリセット光を2列目のレーザに入力し、2列目のレーザ出力を0°偏光にリセットする。その後、第一空間光変調器31の1列目をオンにして「1列目の空間光変調器出力」に示すように1列目のレーザが90°偏光の場合のみ90°偏光の光を2列目のレーザに入力する。これより、1列目の各レーザが90°偏光の場合にのみ2列目の各レーザの発振偏光が90°に切り替わる。結果的に、1列目のレーザの発振偏光状態が2列目のレーザに転送されることになる。転送後は、1列目に次のデータを記録する。同様にして、2列目のデータを3列目に転送し、3列目のデータを4列目に転送する。偏光子8により4列目のレーザ出力の90°偏光成分を抽出し、光変調器アレイ10によりパルス化し、出力光変換部11により遅延を付加して合波すると、上書き方式の場合と同様に記録されたデータが再生される。   The operation of the post-erase write method will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The process from the input signal light to the laser output in the first column is the same as that in the above-described overwrite method (FIG. 7). When data is transferred from the first column to the second column, first, the second column of the second spatial light modulator 32 is turned on, and 0 ° -polarized reset light is applied as shown in “Reset light of the second column”. Input to the second row laser and reset the second row laser output to 0 ° polarization. Thereafter, the first row of the first spatial light modulator 31 is turned on, and 90 ° polarized light is emitted only when the first row laser is 90 ° polarized as shown in “Output of first row spatial light modulator”. Input to the second row of lasers. Thus, only when each laser in the first row is 90 ° polarized, the oscillation polarization of each laser in the second row is switched to 90 °. As a result, the oscillation polarization state of the first row laser is transferred to the second row laser. After the transfer, the next data is recorded in the first column. Similarly, the second column data is transferred to the third column, and the third column data is transferred to the fourth column. When the 90 ° polarization component of the laser output in the fourth column is extracted by the polarizer 8, pulsed by the optical modulator array 10, added with a delay by the output light conversion unit 11, and combined, as in the overwrite method. The recorded data is played back.

[連続的にデータを記録する方法]
図10(a)は空間変調器のレーザアレイの列に対応した分割例(独立動作可能な箇所を示す例)を示しており、上述した上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置及び消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置の両者に適用可能である。しかし、この構成では、最初の一列分のデータを一列目のレーザに記録し、転送を行った後でなければ次の新たな一列分のデータを一列目に記録することができないため、最初の一列分のデータと次の一列分のデータを記録する間に、記録ができない時間が存在してしまう。この問題を解決して連続的にデータを記録するためには、空間光変調器において、レーザアレイ上の双安定半導体レーザの各列の出力光に対応する箇所(一列)を複数の箇所(ブロック)に分割するとよい。これによって、一列分のデータを全て記録完了する前に、既に記録したブロック分のデータを転送して次のデータの記録に備えることができるようになる。図10(b)は、一列を前半と後半の二つのブロックに分割する例である。この場合は、データを前半、後半の順に4列目まで転送する。この他、図10(c)に示すように1列目のみ分割し、2列目以降は分割しないようにしてもよい。
[How to record data continuously]
FIG. 10 (a) shows an example of division corresponding to a laser array column of a spatial modulator (an example showing an independently operable portion). The above-described shift register type optical memory device and post-erase write method The present invention can be applied to both shift register type optical memory devices. However, in this configuration, the first row of data is recorded in the first row of lasers, and the transfer of the next new row of data can be recorded in the first row only after the transfer is performed. There is a time during which recording cannot be performed between recording one column of data and the next column of data. In order to solve this problem and continuously record data, in the spatial light modulator, a portion (one row) corresponding to the output light of each column of the bistable semiconductor laser on the laser array is divided into a plurality of locations (blocks). ). As a result, before the recording of all the data for one column is completed, the data for the already recorded blocks can be transferred to prepare for the recording of the next data. FIG. 10B shows an example in which one row is divided into two blocks, the first half and the second half. In this case, data is transferred to the fourth column in the order of the first half and the second half. In addition, only the first column may be divided and the second and subsequent columns may not be divided as shown in FIG.

まず、図1に示すような全体構成を有する上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置において連続的にデータを記録する方法について、図14のタイミングチャートを参照しつつ説明する。なお、空間光変調器7は、図10(c)に示した例のように4列に分割されており、そのうち1列目はさらに二分割されているものとする。
入力信号光は、時間的に連続したb0からb15までの16ビットのデータで変調された光信号である。入力光変換部を例えば図12に示す例のように変更することにより、前半(注入光aと注入光b)と後半(注入光cと注入光d)のセット光とリセット光のタイミングをそれぞれ2ビット分異なるようにする。そして入力信号光に対しては、注入光aと注入光cが1ビット遅延、注入光bと注入光dが遅延なしとなり、遅延入力信号光a、b、c、dに示すタイミングとなる。これより、注入光a、b、c、dはそれぞれ入力信号光のb0、b1、b2、b3とセット光のタイミングが一致し、注入光c、dは注入光a、bよりもセット光とリセット光のタイミングが2ビット分遅れている。注入光a、b、c、dをそれぞれレーザアレイの1列目の1、2、3、4行目のレーザに入力すると、1列目の前半にb0とb1が記録され、2ビット分の時間だけ遅れて1列目の後半にb2とb3が記録される。空間光変調器の1列目の前半をオンにすると、1列目の前半のレーザの出力光が2列目の前半のレーザに入力され、1列目の前半のレーザの発振偏光状態が2列目の前半のレーザに転送され、2列目の前半のレーザ出力がb0-1に相当する発振偏光となる。その後、1列目の前半がリセットされ、次のデータ(b4とb5)が1列目の前半に記録される。2ビット分の時間だけ遅れて空間光変調器の1列目の後半をオンにすると、同様にして2列目の後半のレーザ出力がb2-3に相当する発振偏光となる。その後、1列目の後半がリセットされ、次のデータ(b6とb7)が1列目の後半に記録される。2列目のレーザにb0-1とb2-3が共存する時間内に空間光変調器の2列目をオンにすると、b0-1とb2-3が同時に3列目のレーザに転送され、3列目のレーザ出力がb0-3に相当する発振偏光となる。空間光変調器の3列目をオンにすると、4列目のレーザ出力がb0-3に相当する発振偏光となる。4列目にb0-3、3列目にb4-7、2列目にb8-11、1列目にb12-15が記録された状態で、再生までの時間待ちを行なう。再生時には、図14に示すように以降のデータについての転送を順次行なうと、4列目のレーザ出力は4ビットの時間間隔でb4-7、b8-11、b12-15の順に切り替わる。偏光子8により4列目のレーザ出力の90°偏光成分を抽出し、光変調器によりパルス化し、出力光変換部の光遅延器によって遅延光変調器出力光a、b、c、dのように1ビットずつタイミングの異なる信号に変換され、合波されて、入力信号光と同様の連続したb0からb15が再生される。
First, a method of continuously recording data in an overwrite type shift register type optical memory device having the overall configuration as shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. The spatial light modulator 7 is divided into four columns as in the example shown in FIG. 10C, and the first column is further divided into two.
The input signal light is an optical signal modulated with 16-bit data from b 0 to b 15 that are temporally continuous. By changing the input light conversion unit as shown in the example shown in FIG. 12, for example, the timing of the set light and the reset light in the first half (injection light a and injection light b) and the second half (injection light c and injection light d) is changed. Different by 2 bits. With respect to the input signal light, the injection light a and the injection light c are delayed by 1 bit, the injection light b and the injection light d are not delayed, and the timings indicated by the delayed input signal lights a, b, c, and d are reached. Thus, the injection lights a, b, c, and d match the timings of the set light with b 0 , b 1 , b 2 , and b 3 of the input signal light, respectively, and the injection lights c and d are from the injection lights a and b. However, the timing of the set light and the reset light is delayed by 2 bits. When the injection lights a, b, c, and d are respectively input to the lasers in the first, second, third, and fourth rows of the laser array, b 0 and b 1 are recorded in the first half of the first column, and 2 bits B 2 and b 3 are recorded in the second half of the first row with a delay of minutes. When the first half of the first row of the spatial light modulator is turned on, the output light of the first half laser of the first row is input to the first half laser of the second row, and the oscillation polarization state of the first half laser of the first row is 2 The first half laser of the second row is transferred to the laser, and the first half laser output of the second row becomes the oscillation polarization corresponding to b 0-1 . Thereafter, the first half of the first column is reset, and the next data (b 4 and b 5 ) are recorded in the first half of the first column. If only 2 bits of a time delay to turn on the second half of the first column of the spatial light modulator, the laser output of the second half of the second column is the oscillation polarization corresponding to b 2-3 in the same manner. Thereafter, the second half of the first column is reset, and the next data (b 6 and b 7 ) is recorded in the second half of the first column. If the second row of the spatial light modulator is turned on within the time when b 0-1 and b 2-3 coexist in the second row laser, b 0-1 and b 2-3 are simultaneously turned into the third row laser. The laser output in the third column becomes oscillation polarization corresponding to b 0-3 . When the third column of the spatial light modulator is turned on, the laser output in the fourth column becomes oscillation polarization corresponding to b 0-3 . With b 0-3 in the fourth column, b 4-7 in the third column, b 8-11 in the second column, and b 12-15 in the first column, the time until reproduction is waited. At the time of reproduction, as shown in FIG. 14, when the subsequent data is sequentially transferred, the laser output in the fourth column is switched in the order of b 4-7 , b 8-11 , b 12-15 at a 4-bit time interval. . The 90 ° polarization component of the laser output in the fourth row is extracted by the polarizer 8, pulsed by the optical modulator, and the delayed light modulator output light a, b, c, d by the optical delay unit of the output light conversion unit. is converted to the timing of different signals bit by bit, it is multiplexed, b 15 are reproduced from the b 0 consecutive similar to the input signal light.

以上のように空間光変調器の1列を前半と後半に分割しタイミングをずらして動作させることにより、連続的にデータを記録することが出来る。ここでは1列を前半と後半の2つに均等に分割したが、これに限られるものではなく、行数が多い場合は3分割以上に分割することも可能であり、不均等に分割することも可能である。また、上記の例では2列目以降は分割せずに転送したが、これに限られるものではなく、空間光変調器の全列を分割して最終列まで分割して転送してもよい。   As described above, it is possible to record data continuously by dividing one column of the spatial light modulator into the first half and the second half and operating them at different timings. Here, one column is divided equally into two parts, the first half and the second half. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to divide into three or more divisions when there are many rows. Is also possible. In the above example, the second and subsequent columns are transferred without being divided. However, the present invention is not limited to this, and the entire column of the spatial light modulator may be divided and transferred to the final column.

次に、図8に示すような全体構成を有する消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置において連続的にデータを記録する方法について、図15のタイミングチャートを参照しつつ説明する。第一空間光変調器31は図10(c)に示した例のように4列に分割されており、そのうち1列目はさらに二分割されているものとする。
この場合もまた、上述した上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置において連続的にデータを記録する場合と同様に、入力光変換部2を図12のように変更する。そして、入力信号光の入力から1列目のレーザ出力までは、上記の上書き方式と同様の動作を行う。
Next, a method of continuously recording data in the shift register type optical memory device of the post-erase write method having the overall configuration as shown in FIG. 8 will be described with reference to the timing chart of FIG. The first spatial light modulator 31 is divided into four columns as in the example shown in FIG. 10C, and the first column is further divided into two.
Also in this case, the input light conversion unit 2 is changed as shown in FIG. 12, as in the case where data is continuously recorded in the above-described overwrite type shift register type optical memory device. Then, from the input signal light input to the laser output in the first column, the same operation as the above-described overwriting method is performed.

1列目から2列目にデータを転送する場合は、まず第二空間光変調器32の2列目をオンにして「2列目のリセット光」に示すように0°偏光のリセット光を2列目のレーザに入力し、2列目のレーザ出力を0°偏光にリセットする。その後、第一空間光変調器31の1列目の前半をオンにして「1列目の前半の空間光変調器出力」に示すように1列目の前半のレーザが90°偏光の場合のみ90°偏光の光を2列目のレーザの前半に入力する。その後、第一空間光変調器31の1列目の後半をオンにして「1列目の後半の空間光変調器出力」に示すように1列目の後半のレーザが90°偏光の場合のみ90°偏光の光を2列目のレーザの後半に入力する。これにより、1列目の各レーザが90°偏光の場合のみ2列目の各レーザの発振偏光が90°に切り替わる。結果的に、1列目のレーザの発振偏光状態が2列目のレーザに転送されることになる。データを2列目から3列目に転送する場合は、第二空間光変調器32の3列目をオンにして「3列目のリセット光」に示すように0°偏光のリセット光を3列目のレーザに入力し、3列目のレーザ出力を0°偏光にリセットする。その後、第一空間光変調器31の2列目をオンにして「2列目の空間光変調器出力」に示すように2列目のレーザが90°偏光の場合のみ90°偏光の光を3列目のレーザに入力し、2列目のレーザの発振偏光状態が3列目のレーザに転送される。同様にして4列目まで転送し、以降のデータについても図15のタイミングチャートに示すように順次転送を行なうと、4列目のレーザ出力は4ビットの時間間隔でb4-7、b8-11、b12-15の順に切り替わる。偏光子8により4列目のレーザ出力の90°偏光成分を抽出し、光変調器によりパルス化し、出力光変換部により遅延を付加して合波すると、連続したb0からb15のデータが再生される。 When data is transferred from the first column to the second column, first, the second column of the second spatial light modulator 32 is turned on, and 0 ° -polarized reset light is applied as shown in “Reset light of the second column”. Input to the second row laser and reset the second row laser output to 0 ° polarization. Thereafter, the first half of the first row of the first spatial light modulator 31 is turned on, and only when the first half of the first row of lasers is 90 ° -polarized as shown in “Output of the first half of the first spatial light modulator”. 90 ° polarized light is input to the first half of the second row of lasers. Thereafter, the second half of the first column of the first spatial light modulator 31 is turned on, and only when the second half laser of the first column is 90 ° -polarized as shown in “Second-half spatial light modulator output”. 90 ° polarized light is input to the second half of the second row of lasers. As a result, only when each laser in the first row is 90 ° polarized, the oscillation polarization of each laser in the second row is switched to 90 °. As a result, the oscillation polarization state of the first row laser is transferred to the second row laser. When data is transferred from the second column to the third column, the third column of the second spatial light modulator 32 is turned on, and 0 ° -polarized reset light is output as shown in “Reset light of the third column”. The laser beam in the third row is input, and the laser output in the third row is reset to 0 ° polarization. After that, the second column of the first spatial light modulator 31 is turned on, and 90 ° polarized light is emitted only when the second column laser is 90 ° polarized as shown in the “second column spatial light modulator output”. The laser beam is input to the third row laser, and the oscillation polarization state of the second row laser is transferred to the third row laser. Similarly, when data is transferred up to the fourth column and the subsequent data is sequentially transferred as shown in the timing chart of FIG. 15, the laser output of the fourth column is b 4-7 and b 8 at 4-bit time intervals. -11 and b 12-15 in this order. When the 90 ° polarization component of the laser output in the fourth row is extracted by the polarizer 8, pulsed by the optical modulator, added with a delay by the output light conversion unit, and combined, continuous data from b 0 to b 15 is obtained. Played.

以上のように、第一空間光変調器31の1列を前半と後半に分割し、タイミングをずらして動作させることにより、連続したデータを記録することが出来る。本実施例では1列を前半と後半の2つに均等に分割したが、もちろんこれに限られるものではなく、行数が多い場合は3分割以上に分割することも可能であり、不均等に分割することも可能である。また、図11(c)に示すように第二空間光変調器32の2列目を分割し、2列目のレーザのリセットを前半と後半に分割して行なうことも可能である。さらに、図10(b)に示すように第一空間光変調器31の全列を分割し、図11(b)に示すように第二空間光変調器32の全列を分割して、4列目まで前半、後半の順に分割してリセット、転送を行なうことも可能である。   As described above, continuous data can be recorded by dividing one row of the first spatial light modulator 31 into the first half and the second half and operating them at different timings. In this embodiment, one column is equally divided into two parts, the first half and the second half. However, of course, the present invention is not limited to this, and when there are a large number of rows, it can be divided into three or more parts. It is also possible to divide. Further, as shown in FIG. 11 (c), it is possible to divide the second column of the second spatial light modulator 32 and reset the laser of the second column in the first half and the second half. Further, all the columns of the first spatial light modulator 31 are divided as shown in FIG. 10B, and all the columns of the second spatial light modulator 32 are divided as shown in FIG. It is also possible to perform reset and transfer by dividing the first half into the second half up to the column.

以上、本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置について具体例を挙げつつ説明を行ったが、これらは例に過ぎないことは明らかである。即ち、本発明の精神内において適宜改良や変更を行ったとしても構わない。   The shift register type optical memory device according to the present invention has been described above with specific examples, but it is obvious that these are only examples. In other words, improvements and changes may be made as appropriate within the spirit of the present invention.

本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置1の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a shift register type optical memory device 1 according to the present invention. 入力光変換部の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of an input light conversion part. 入力光変換部の構成の他の例を示す図。The figure which shows the other example of a structure of an input light conversion part. 光変調器アレイ及び出力光変換部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an optical modulator array and an output light conversion part. 光変調器アレイ及び出力光変換部の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of an optical modulator array and an output light conversion part. レーザアレイにヒータを設ける場合の構成例。The structural example in the case of providing a heater in a laser array. 本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置の動作を示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing the operation of the shift register type optical memory device according to the present invention. 本発明に係るシフトレジスタ型光メモリ装置1の他の構成の全体構成図。The whole block diagram of the other structure of the shift register type | mold optical memory device 1 which concerns on this invention. 1つの光を4行4列に分岐させるために設けられるリセット光分波部の構成例であり、(a)上面図、(b)側面図。It is a structural example of the reset light demultiplexing part provided in order to branch one light into 4 rows 4 columns, (a) Top view, (b) Side view. 空間光変調器の分割例を示す図であり、(a)レーザアレイの列に対応した分割例、(b)一列を二つのブロックに分割する例、(c)1列目のみ分割する例。It is a figure which shows the example of a division | segmentation of a spatial light modulator, (a) The example of a division corresponding to the row | line | column of a laser array, (b) The example which divides | segments one row into two blocks, (c) The example which divides | segments only the 1st row. 第二空間光変調器の分割例を示す図であり、(a)レーザアレイの列に対応した分割例、(b)一列を二つのブロックに分割する例、(c)1列目のみ分割する例。It is a figure which shows the example of a division | segmentation of a 2nd spatial light modulator, (a) The example of a division corresponding to the row | line | column of a laser array, (b) The example which divides | segments one row into two blocks, (c) Dividing only the 1st row | line Example. 入力光変換部の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of an input light conversion part. 消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置の動作を説明するタイミングチャート。6 is a timing chart for explaining the operation of the shift register type optical memory device of the post-erase write method. 上書き方式のシフトレジスタ型光メモリ装置において連続的にデータを記録する場合のタイミングチャートの例。6 is an example of a timing chart when data is continuously recorded in an overwrite type shift register type optical memory device. 消去後書込方式のシフトレジスタ型光メモリ装置において連続的にデータを記録する場合のタイミングチャートの例。6 is an example of a timing chart in the case where data is continuously recorded in a shift register type optical memory device using a post-erase writing method.

符号の説明Explanation of symbols

1…シフトレジスタ型光メモリ装置
2…入力光変換部
3…第一レンズアレイ
4…第二レンズアレイ
5…レーザアレイ
6…光アイソレータ
7…空間光変調器
8…偏光子
9…第三レンズアレイ
10…光変調器アレイ
11…出力光変換部
20…ミラーアレイ
20−1…第一ミラー要素
20−2…第二ミラー要素
20−3…第三ミラー要素
21…第一平面ミラー
22…第二平面ミラー
23…ハーフミラー
30…ハーフミラーアレイ
30−1…第一ハーフミラー要素
30−2…第二ハーフミラー要素
30−3…第三ハーフミラー要素
31…第一空間光変調器
32…第二空間光変調器
33…レンズ
41…第一リセット光分波部
42…リセット光分波用レンズアレイ
43…第二リセット光分波部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shift register type optical memory device 2 ... Input light conversion part 3 ... 1st lens array 4 ... 2nd lens array 5 ... Laser array 6 ... Optical isolator 7 ... Spatial light modulator 8 ... Polarizer 9 ... 3rd lens array 10 Optical modulator array 11 Output light conversion unit 20 Mirror array 20-1 First mirror element 20-2 Second mirror element 20-3 Third mirror element 21 First plane mirror 22 Second plane Mirror 23 ... Half mirror 30 ... Half mirror array 30-1 ... First half mirror element 30-2 ... Second half mirror element 30-3 ... Third half mirror element 31 ... First spatial light modulator 32 ... Second space Optical modulator 33 ... lens 41 ... first reset light demultiplexing unit 42 ... reset light demultiplexing lens array 43 ... second reset light demultiplexing unit

Claims (11)

時系列信号として入力される光信号を各双安定半導体レーザに1ビットずつ記録し、記録された光信号を所定のタイミングで時系列信号として読み出す光メモリ装置において、
a)複数個の双安定半導体レーザがm×nの行列状に配置されたレーザアレイと、
b)最終列の双安定半導体レーザを除く双安定半導体レーザの出力光がレーザアレイにおいて一方に隣接する列の双安定半導体レーザに垂直に入力されるように光路を形成するシフトレジスタ光学系と、
c)前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に、順方向の出力光のみが通過するように配置される光アイソレータと、
d)前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に配置される空間光変調器と、
を備えたことを特徴とするシフトレジスタ型光メモリ装置。
In an optical memory device that records an optical signal input as a time series signal bit by bit in each bistable semiconductor laser and reads the recorded optical signal as a time series signal at a predetermined timing.
a) a laser array in which a plurality of bistable semiconductor lasers are arranged in an m × n matrix;
b) a shift register optical system that forms an optical path so that the output light of the bistable semiconductor laser excluding the bistable semiconductor laser in the last column is vertically input to the bistable semiconductor laser in the adjacent column in the laser array;
c) an optical isolator arranged so that only forward output light passes on the optical path formed by the shift register optical system;
d) a spatial light modulator disposed on an optical path formed by the shift register optical system;
A shift register type optical memory device.
前記シフトレジスタ光学系が、
少なくともn−1個の互いに平行なミラー要素から成り、各ミラー要素は前記レーザアレイにおける最終列の双安定半導体レーザを除く各列の双安定半導体レーザからの出力光に対応するミラーアレイと、
複数の平面ミラーと、
ハーフミラーと、
から構成されることを特徴とする請求項1に記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。
The shift register optical system is
A mirror array comprising at least n-1 mutually parallel mirror elements, each mirror element corresponding to output light from each row of bistable semiconductor lasers except the last row of bistable semiconductor lasers in said laser array;
A plurality of plane mirrors;
Half mirror,
The shift register type optical memory device according to claim 1, comprising:
さらに、前記レーザアレイの一列目以外の双安定半導体レーザにリセット光を入力するリセット光入力部を備え、
前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路上に偏光子を設けた
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。
Furthermore, a reset light input unit for inputting reset light to a bistable semiconductor laser other than the first row of the laser array,
The shift register type optical memory device according to claim 1, wherein a polarizer is provided on an optical path formed by the shift register optical system.
前記ミラーアレイのミラー要素がハーフミラーであり、
さらに、前記レーザアレイの一列目以外の双安定半導体レーザにリセット光を入力するリセット光入力部を備え、該リセット光入力部から出力されるリセット光の光路が、該ハーフミラーを透過することにより、前記シフトレジスタ光学系によって形成される光路に重ね合される
ことを特徴とする請求項2に記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。
The mirror element of the mirror array is a half mirror,
Further, a reset light input unit that inputs reset light to a bistable semiconductor laser other than the first column of the laser array is provided, and the optical path of the reset light output from the reset light input unit passes through the half mirror. The shift register type optical memory device according to claim 2, wherein the shift register type optical memory device is superimposed on an optical path formed by the shift register optical system.
前記光アイソレータおよび前記空間光変調器が、所定の偏光状態の光のみに作用するものであることを特徴とする請求項3又は4に記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。   5. The shift register type optical memory device according to claim 3, wherein the optical isolator and the spatial light modulator act only on light having a predetermined polarization state. 前記空間光変調器よりも高速に動作する、光の強度を変調するための光変調器を前記レーザアレイにおける最終列の双安定半導体レーザの出力光の光路上に備えた
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。
An optical modulator that operates at a higher speed than the spatial light modulator and modulates the intensity of light is provided on the optical path of the output light of the bistable semiconductor laser of the last column in the laser array. Item 6. The shift register optical memory device according to any one of Items 1 to 5.
前記レーザアレイにおいて、一列目及び/又は最終列の双安定半導体レーザの光パワーが他の双安定半導体レーザの光パワーよりも大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。   7. The shift according to claim 1, wherein in the laser array, the optical power of the bistable semiconductor laser in the first row and / or the last row is larger than the optical power of other bistable semiconductor lasers. Register type optical memory device. 前記レーザアレイの面内に、双安定半導体レーザの波長を調節するための一又は複数個の、個々に温度調節が可能なヒータを配置することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。   8. One or a plurality of heaters capable of individually adjusting the temperature for adjusting the wavelength of the bistable semiconductor laser are arranged in the plane of the laser array. The shift register type optical memory device described. 前記空間光変調器が、前記レーザアレイ上の双安定半導体レーザの各列の出力光に対応する箇所毎に独立して動作可能であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。   9. The spatial light modulator can operate independently for each portion corresponding to the output light of each column of a bistable semiconductor laser on the laser array. Shift register type optical memory device. 前記空間光変調器が、前記レーザアレイ上の双安定半導体レーザの各列の出力光に対応する箇所において、一列目に対応する箇所のみが、又は全ての箇所が更に複数領域に分割されており、各箇所が独立して動作可能であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のシフトレジスタ型光メモリ装置。   In the part where the spatial light modulator corresponds to the output light of each column of the bistable semiconductor laser on the laser array, only the part corresponding to the first line or all the parts are further divided into a plurality of regions. The shift register type optical memory device according to claim 1, wherein each portion is operable independently. 請求項10に記載のシフトレジスタ型光メモリ装置において、
前記空間光変調器の一列目に対応する複数箇所をそれぞれタイミングをずらして動作させることにより、連続的に光信号を記録することを特徴とするシフトレジスタ型光メモリ装置における光信号の記録方法。
The shift register type optical memory device according to claim 10,
An optical signal recording method in a shift register type optical memory device, wherein an optical signal is continuously recorded by operating a plurality of locations corresponding to the first row of the spatial light modulator at different timings.
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