JP2507911B2 - ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変調器 - Google Patents
ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変調器Info
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- JP2507911B2 JP2507911B2 JP5099514A JP9951493A JP2507911B2 JP 2507911 B2 JP2507911 B2 JP 2507911B2 JP 5099514 A JP5099514 A JP 5099514A JP 9951493 A JP9951493 A JP 9951493A JP 2507911 B2 JP2507911 B2 JP 2507911B2
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多モードチャンネルガラ
ス導波路の上に液晶を電気光学効果機能材料として用い
たクラッド層を作って、液晶分子方向の電気偏向効果に
よって、導波モードの異なる組み合わせから成る入力信
号に異なるパワー空間分布を与えることによって、各信
号にニューロのシナプス動作と同じようにそれぞれ荷重
を加えることができるような光変調動作をもったネマテ
ィック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変
調器に関するものであって、発明の属する分野はオプト
ロニクス，光ニューロコンピューティングに使用する光
導波路型シナプス荷重変調器を提供するにある。
ス導波路の上に液晶を電気光学効果機能材料として用い
たクラッド層を作って、液晶分子方向の電気偏向効果に
よって、導波モードの異なる組み合わせから成る入力信
号に異なるパワー空間分布を与えることによって、各信
号にニューロのシナプス動作と同じようにそれぞれ荷重
を加えることができるような光変調動作をもったネマテ
ィック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変
調器に関するものであって、発明の属する分野はオプト
ロニクス，光ニューロコンピューティングに使用する光
導波路型シナプス荷重変調器を提供するにある。
【０００２】
【従来の技術】光ニューロコンピューティングから要請
された大規模並列処理性と学習自己組織機能を有する光
空間変調の実現に向けて、従来より代表的に強誘電性液
晶パネルを用いたベクトル−マトリクス演算−学習方式
やホログラム、位相共役ミラーを用いた連想記憶方式な
どの提案、実験が行われてきた。
された大規模並列処理性と学習自己組織機能を有する光
空間変調の実現に向けて、従来より代表的に強誘電性液
晶パネルを用いたベクトル−マトリクス演算−学習方式
やホログラム、位相共役ミラーを用いた連想記憶方式な
どの提案、実験が行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、光本
質の並列性、高速性及び無誘導性を効果的に利用してい
るが、光は極性がないので負値の表現ができなく、光学
系の小型化が困難であり、そして光システムは振動に弱
く、持ち運びしにくい等の欠点を十分に解決することが
できるとは未だ言えない。また定番を抜け出す明確なア
イデア技術が少ない。
質の並列性、高速性及び無誘導性を効果的に利用してい
るが、光は極性がないので負値の表現ができなく、光学
系の小型化が困難であり、そして光システムは振動に弱
く、持ち運びしにくい等の欠点を十分に解決することが
できるとは未だ言えない。また定番を抜け出す明確なア
イデア技術が少ない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は振動に強
く、持ち運びしやすい光導波路系を用い光ニューロコン
ピュータのニューラルネットワークの構築に使用される
ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス
荷重変調器を提供することにある。本発明は一端に入力
端をもち他端に出力端をもって、ガラス基板上に設けら
れた多チャンネル導波路と、この導波路をはさみ前記ガ
ラス基板上に設けられた電極と、この導波路と電極とに
直交して設けられたネマティック液晶クラッドと、前記
入力端の電極に接続した制御電源と、導波路とプリズム
結合した光源と、出力端に接続した多モードファイバー
端面結合をもった光電子増倍管とより成り、前記ネマテ
ィック液晶クラッドはその上に形成された配向膜とガラ
ス基板で固定されている、前記のガラス基板上に設けた
多モードチャンネル導波路の上に電気光学効果機能材料
として用いたネマティック液晶クラッド層を構成し、液
晶分子方向の電気偏向効果によって、導波モードの異な
る組み合わせからなる入力信号に異なるパワー空間分布
を与えることにより、各信号にニューロ回路のシナプス
動作と同じようにそれぞれ荷重を加えることができるよ
う構成したことを特徴とするネマティック液晶クラッド
用いた光導波路型シナプス荷重変調器にある。
く、持ち運びしやすい光導波路系を用い光ニューロコン
ピュータのニューラルネットワークの構築に使用される
ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス
荷重変調器を提供することにある。本発明は一端に入力
端をもち他端に出力端をもって、ガラス基板上に設けら
れた多チャンネル導波路と、この導波路をはさみ前記ガ
ラス基板上に設けられた電極と、この導波路と電極とに
直交して設けられたネマティック液晶クラッドと、前記
入力端の電極に接続した制御電源と、導波路とプリズム
結合した光源と、出力端に接続した多モードファイバー
端面結合をもった光電子増倍管とより成り、前記ネマテ
ィック液晶クラッドはその上に形成された配向膜とガラ
ス基板で固定されている、前記のガラス基板上に設けた
多モードチャンネル導波路の上に電気光学効果機能材料
として用いたネマティック液晶クラッド層を構成し、液
晶分子方向の電気偏向効果によって、導波モードの異な
る組み合わせからなる入力信号に異なるパワー空間分布
を与えることにより、各信号にニューロ回路のシナプス
動作と同じようにそれぞれ荷重を加えることができるよ
う構成したことを特徴とするネマティック液晶クラッド
用いた光導波路型シナプス荷重変調器にある。
【０００５】本発明の具体的構成の一例を図１に示す。
図１において、１はガラス基板、２はガラス基板上に設
けた多モードチャンネル導波路、２Ａはその分岐導波
路、３，４はガラス基板１上に設けた電極、５は入力交
流電源、６は導波路の光入力信号、７は導波路の光出力
信号を示す。本発明においては、基板１上に設けられた
多チャンネル導波路２と、導波路２をはさんで基板１上
に電極３，４を設け、この多チャンネル導波路２と電極
３，４とに直交してネマティック液晶クラッド８を設
け、ネマティック液晶クラッド８の他側に設けた分子配
向膜９をガラス基板10により固定し、電極３に制御電源
５を接続したものである。
図１において、１はガラス基板、２はガラス基板上に設
けた多モードチャンネル導波路、２Ａはその分岐導波
路、３，４はガラス基板１上に設けた電極、５は入力交
流電源、６は導波路の光入力信号、７は導波路の光出力
信号を示す。本発明においては、基板１上に設けられた
多チャンネル導波路２と、導波路２をはさんで基板１上
に電極３，４を設け、この多チャンネル導波路２と電極
３，４とに直交してネマティック液晶クラッド８を設
け、ネマティック液晶クラッド８の他側に設けた分子配
向膜９をガラス基板10により固定し、電極３に制御電源
５を接続したものである。
【０００６】図１に示すように、ガラス基板１の表面に
選択イオン交換法によって多モード−マチルチャンネル
導波路２を作製し、真空蒸着とフォトリソグラフィ技術
によって、金属フィルム電極３，４を多モードマルチチ
ャンネル導波路２の両側の基板１の上につける。さらに
その上に配向膜９を形成処理を施したネマティック液晶
８の層を機能クラッドとなるように形成する。
選択イオン交換法によって多モード−マチルチャンネル
導波路２を作製し、真空蒸着とフォトリソグラフィ技術
によって、金属フィルム電極３，４を多モードマルチチ
ャンネル導波路２の両側の基板１の上につける。さらに
その上に配向膜９を形成処理を施したネマティック液晶
８の層を機能クラッドとなるように形成する。
【０００７】信号ベクトルは方向性結合などの技術で実
現する導波モードの組み合わせより成る。液晶クラッド
８の電気分子偏向効果を利用して導波路２を伝播するモ
ードパワーを変調することによって、各入力信号にそれ
ぞれ結合荷重を与える。分岐導波路２Ａによって、変調
された各信号をその出力端７で重ね、それを出力ベクト
ルの一つの成分として出力する。
現する導波モードの組み合わせより成る。液晶クラッド
８の電気分子偏向効果を利用して導波路２を伝播するモ
ードパワーを変調することによって、各入力信号にそれ
ぞれ結合荷重を与える。分岐導波路２Ａによって、変調
された各信号をその出力端７で重ね、それを出力ベクト
ルの一つの成分として出力する。
【０００８】本発明のこのような動作はニューロモデル
の動作と原理的に一致する。デバイスの間に光ファイバ
ーで大規模な結線を行うとニューラルネットワークを構
成することができるのである。
の動作と原理的に一致する。デバイスの間に光ファイバ
ーで大規模な結線を行うとニューラルネットワークを構
成することができるのである。
【０００９】
【実施例】本発明の具体例を以下図面について、詳細説
明する。図１及び図２はネマティック液晶クラッドを用
いた光導波路型シナプス荷重変調器の原理説明用斜視図
である。
明する。図１及び図２はネマティック液晶クラッドを用
いた光導波路型シナプス荷重変調器の原理説明用斜視図
である。
【００１０】実施例１ 図１において、１はガラス基板であり、本発明において
は、このガラス基板１の表面に、多モードチャンネル導
波路２を形成する。２Ａはその分岐導波路である。３，
４は導波路２をはさんで所定間隔をおいて複数本ガラス
基板１上に設けた電極、５は中心の電極３に接続した入
力交流電源で、６は導波路の光入力信号、７は導波路の
出力信号を示す。本発明ではこれら導波路２及び電極
３，４をまたいでガラス基板１上にネマティック液晶８
を作成する。
は、このガラス基板１の表面に、多モードチャンネル導
波路２を形成する。２Ａはその分岐導波路である。３，
４は導波路２をはさんで所定間隔をおいて複数本ガラス
基板１上に設けた電極、５は中心の電極３に接続した入
力交流電源で、６は導波路の光入力信号、７は導波路の
出力信号を示す。本発明ではこれら導波路２及び電極
３，４をまたいでガラス基板１上にネマティック液晶８
を作成する。
【００１１】図１に示す場合は、ガラス基板１の表面に
選択イオン交換法によって多モードマチルチャンネル導
波路２を作製し、真空蒸着とフォトリソグラフィ技術に
よって、金属薄膜電極３，４を多モードチャンネル導波
路２の両側のガラス基板１の上につける。さらにその上
に配向処理を施して配向膜９を形成しネマティック液晶
機能クラッド８を作成する。10は配向膜９の上に被着し
たガラス基板である。５は入力交流電源で、これより入
力端に入力する信号６のベクトルは方向性結合などの技
術で実現する導波モードの組み合わせより成る。液晶ク
ラッド８の電気分子偏向効果を利用して導波路２を伝播
するモードパワーを変調することによって、各入力信号
６にそれぞれ結合荷重を与えることができる。出力の分
岐導波路２Ａによって、ネマティック液晶クラッド８に
よって変調された各信号を重ね、それを出力信号７のベ
クトルの一つの成分として出力端より出力する。
選択イオン交換法によって多モードマチルチャンネル導
波路２を作製し、真空蒸着とフォトリソグラフィ技術に
よって、金属薄膜電極３，４を多モードチャンネル導波
路２の両側のガラス基板１の上につける。さらにその上
に配向処理を施して配向膜９を形成しネマティック液晶
機能クラッド８を作成する。10は配向膜９の上に被着し
たガラス基板である。５は入力交流電源で、これより入
力端に入力する信号６のベクトルは方向性結合などの技
術で実現する導波モードの組み合わせより成る。液晶ク
ラッド８の電気分子偏向効果を利用して導波路２を伝播
するモードパワーを変調することによって、各入力信号
６にそれぞれ結合荷重を与えることができる。出力の分
岐導波路２Ａによって、ネマティック液晶クラッド８に
よって変調された各信号を重ね、それを出力信号７のベ
クトルの一つの成分として出力端より出力する。
【００１２】このような動作はニューロモデルの動作と
原理的に一致する。デバイスの間に光ファイバーで大規
模な結線を行うとニューラルネットワークを構成するこ
とができる。
原理的に一致する。デバイスの間に光ファイバーで大規
模な結線を行うとニューラルネットワークを構成するこ
とができる。
【００１３】図２は本発明の原理説明用図である。図２
に示すように、ＢＫ７光学ガラス基板１の表面に金属パ
ターニングに通じて選択的に300 ℃、１時間Ａｇ+ イオ
ン交換処理によって、幅20μｍの多モード（５つのＴＥ
モード）チャンネル導波路２を作製し、チャンネルの両
側に間隔800 μｍのＡｌ薄膜電極対４，４をフォトリソ
グラフィ加工により作り、それらの上に厚さ５μｍ、長
さ３μｍのネマティック液晶（ＭＡＲＣＫ ＺＬＩ−22
93）クラッド８をカバーする。液晶分子はラピング法よ
りチャンネルに沿って配向される。
に示すように、ＢＫ７光学ガラス基板１の表面に金属パ
ターニングに通じて選択的に300 ℃、１時間Ａｇ+ イオ
ン交換処理によって、幅20μｍの多モード（５つのＴＥ
モード）チャンネル導波路２を作製し、チャンネルの両
側に間隔800 μｍのＡｌ薄膜電極対４，４をフォトリソ
グラフィ加工により作り、それらの上に厚さ５μｍ、長
さ３μｍのネマティック液晶（ＭＡＲＣＫ ＺＬＩ−22
93）クラッド８をカバーする。液晶分子はラピング法よ
りチャンネルに沿って配向される。
【００１４】図３においては、１はガラス基板、２はイ
オン交換多モードチャンネル導波路、３，４は電極、５
は入力交流電源、６は光入力信号、７は光出力信号、８
は基板１に形成した導波路２及び電極４と交叉して設け
たネマティック液晶クラッド、９は液晶クラッド上に設
けた配向膜、10は配向膜の上に設けたガラス基板、11は
ヘリウム−ネオン（Ｈe −ＮE 632.8 ｎｍ）光源、12は
プリズムカップラーである。Ｈｅ−Ｎｅ光源10よりの63
2.8 ｎｍの周波数の偏向レーザー光がプリズムカップラ
ー11でイオン交換多モードチャンネル導波路２に入るよ
う構成する。
オン交換多モードチャンネル導波路、３，４は電極、５
は入力交流電源、６は光入力信号、７は光出力信号、８
は基板１に形成した導波路２及び電極４と交叉して設け
たネマティック液晶クラッド、９は液晶クラッド上に設
けた配向膜、10は配向膜の上に設けたガラス基板、11は
ヘリウム−ネオン（Ｈe −ＮE 632.8 ｎｍ）光源、12は
プリズムカップラーである。Ｈｅ−Ｎｅ光源10よりの63
2.8 ｎｍの周波数の偏向レーザー光がプリズムカップラ
ー11でイオン交換多モードチャンネル導波路２に入るよ
う構成する。
【００１５】液晶分子を図３に示すようにラピング方向
と直交する外部電場５で回転させて、その偏向角θがア
ンカリングと電気力線15（図２参照）に依存し、印加電
圧の制御によって偏向角θの制御ができる。
と直交する外部電場５で回転させて、その偏向角θがア
ンカリングと電気力線15（図２参照）に依存し、印加電
圧の制御によって偏向角θの制御ができる。
【００１６】実験にあたり、632.8 ｎｍ波長のＨｅ−Ｎ
ｅ偏向レーザー光源11を使って、プリズムカプラー12で
５つのＴＥモードをそれぞれ励起する。出力端での多モ
ード光ファイバー端面接合器13に通じて光検出素子等の
光電子倍増管14で出力検出する。
ｅ偏向レーザー光源11を使って、プリズムカプラー12で
５つのＴＥモードをそれぞれ励起する。出力端での多モ
ード光ファイバー端面接合器13に通じて光検出素子等の
光電子倍増管14で出力検出する。
【００１７】30Ｈｚ低周波電圧を印加し、各モードに対
するパワー変調実験を行い、その実験結果を図４に示し
た。この結果は図５にあらわした理論解析と一致する。
図５は横軸に偏向角θ、縦軸にパワー透過率Ｔをとり理
論解析した結果を示す。これによって、同一の電圧を印
加してもデバイス導波モードの異なる組み合わせからな
る信号に対して異なる荷重を与えるシナプス効果を与え
られることが明らかになった。
するパワー変調実験を行い、その実験結果を図４に示し
た。この結果は図５にあらわした理論解析と一致する。
図５は横軸に偏向角θ、縦軸にパワー透過率Ｔをとり理
論解析した結果を示す。これによって、同一の電圧を印
加してもデバイス導波モードの異なる組み合わせからな
る信号に対して異なる荷重を与えるシナプス効果を与え
られることが明らかになった。
【００１８】試験例 本発明のネマティック液晶クラッドを多モード導波路に
組み合わせ場合の荷重付け操作の原理は次の通りであ
る。オプティカル ニューラル コンピューティング用
にネマティック液晶クラッドをもった導波路のシナプス
効果を確かめるための実験を行った。
組み合わせ場合の荷重付け操作の原理は次の通りであ
る。オプティカル ニューラル コンピューティング用
にネマティック液晶クラッドをもった導波路のシナプス
効果を確かめるための実験を行った。
【００１９】実験装置の平衡性と入力信号のモード エ
ンコーディングのキャパシティをあげるために、チャン
ネルの一つは多モード導波路でなければならない。図１
に示すように一対の電極４，４間に数チャンネルの導波
路２が形成される。（すなわち、２個一対の電極の各セ
ットは比較的その間隔を大きくしておかねばならな
い。）周知の如く、代表的電気光学的結晶（例えばＬｉ
ＮｂＯ3 ）は比較的速いレスポンスを与えられるが、２
個の電極間のスペース又はモードオーダーが増加する
と、吸光比は低くなる。この場合でも、極めて高いコン
トラスト比が、導波路により結合された活性媒体が液晶
である場合のヂェオメトリーを使用することにより得ら
れる。このことは、液晶が分子配向軸をもった大きな光
学的異方性を示す事実の結果である。この理由で、本発
明者等は活性媒体クラッドとしてネマティック液晶（Ｎ
ＬＣ）に注目した。受働的導波路上に設けたネマティッ
ク液晶（ＮＬＣ）の分子配向軸がチャンネルの方向に沿
ってアンカー力の作用方向と、Ｙ軸に沿った稍短い電気
力の作用方向に向けられているときは、その偏向角θは
電気力に依存することの解析の挙動を図２に示す。導波
路表面に接する約10ｎｍの厚さのネマティック液晶（Ｎ
ＬＣ）のアンカー力依存性は、導波モードの消失フィー
ルドがネマティック液晶クラッドでは約0.4 λ≒250 ｎ
ｍの波長範囲以上であるために無視できる。簡便化のた
めに、本発明者等は、チャンネル導波路の幅は、導波モ
ードをトランスバースエレクトリック（ＴＥ）又はトラ
ンスバースマグネティック（ＴＭ）の分極波に分割でき
る厚さと比べて、十分大きいこと及び同様な解析がＴＭ
モードに対しても採用できるため、ＴＥモードの解析に
のみに与えられることを確かめた。
ンコーディングのキャパシティをあげるために、チャン
ネルの一つは多モード導波路でなければならない。図１
に示すように一対の電極４，４間に数チャンネルの導波
路２が形成される。（すなわち、２個一対の電極の各セ
ットは比較的その間隔を大きくしておかねばならな
い。）周知の如く、代表的電気光学的結晶（例えばＬｉ
ＮｂＯ3 ）は比較的速いレスポンスを与えられるが、２
個の電極間のスペース又はモードオーダーが増加する
と、吸光比は低くなる。この場合でも、極めて高いコン
トラスト比が、導波路により結合された活性媒体が液晶
である場合のヂェオメトリーを使用することにより得ら
れる。このことは、液晶が分子配向軸をもった大きな光
学的異方性を示す事実の結果である。この理由で、本発
明者等は活性媒体クラッドとしてネマティック液晶（Ｎ
ＬＣ）に注目した。受働的導波路上に設けたネマティッ
ク液晶（ＮＬＣ）の分子配向軸がチャンネルの方向に沿
ってアンカー力の作用方向と、Ｙ軸に沿った稍短い電気
力の作用方向に向けられているときは、その偏向角θは
電気力に依存することの解析の挙動を図２に示す。導波
路表面に接する約10ｎｍの厚さのネマティック液晶（Ｎ
ＬＣ）のアンカー力依存性は、導波モードの消失フィー
ルドがネマティック液晶クラッドでは約0.4 λ≒250 ｎ
ｍの波長範囲以上であるために無視できる。簡便化のた
めに、本発明者等は、チャンネル導波路の幅は、導波モ
ードをトランスバースエレクトリック（ＴＥ）又はトラ
ンスバースマグネティック（ＴＭ）の分極波に分割でき
る厚さと比べて、十分大きいこと及び同様な解析がＴＭ
モードに対しても採用できるため、ＴＥモードの解析に
のみに与えられることを確かめた。
【００２０】液晶の分子配向軸がその表面と平行に配向
しているときは、ＴＥ波は次式で示す液晶クラッドの屈
折率ηc により影響される。
しているときは、ＴＥ波は次式で示す液晶クラッドの屈
折率ηc により影響される。
【数１】 ここで
【外１】 は液晶の分子配向軸と平行及び直角の屈折率を示し、θ
は分子配向軸とチャンネルの方向との間の角度である。
ＴＥモード配列によりエンコードし、Ｚ軸に沿って伝播
する入力信号は、出力パワーＰout ＝Ｐz ＋Ｐw （ここ
で、Ｐz 及びＰw が基板と導波路とにそれぞれ伝達され
たパワーである）として、サンプルはロスのない媒体で
あるという推定を採用できる。パワー伝達比Ｔは液晶ク
ラッドの屈折率ηc に依存する。従って、出力は液晶の
分子配向軸で変調される。
は分子配向軸とチャンネルの方向との間の角度である。
ＴＥモード配列によりエンコードし、Ｚ軸に沿って伝播
する入力信号は、出力パワーＰout ＝Ｐz ＋Ｐw （ここ
で、Ｐz 及びＰw が基板と導波路とにそれぞれ伝達され
たパワーである）として、サンプルはロスのない媒体で
あるという推定を採用できる。パワー伝達比Ｔは液晶ク
ラッドの屈折率ηc に依存する。従って、出力は液晶の
分子配向軸で変調される。
【００２１】実例として、本発明者等は、ＢＫ７ガラス
基板に埋設した適当なアスペクト比（ηw ＝1.540 ，ｈ
＝５μｍ）をもったチャンネル導波路上にネマティック
液晶（ＮＬＣ）（ＭＥＲＣＫ ＺＬＩ−2293）
基板に埋設した適当なアスペクト比（ηw ＝1.540 ，ｈ
＝５μｍ）をもったチャンネル導波路上にネマティック
液晶（ＮＬＣ）（ＭＥＲＣＫ ＺＬＩ−2293）
【数２】 を形成した特別の場合について考察した。このヂェオメ
トリーは２つのＴＥモードをθ＝０の場合にサポートす
る。所定の方法（すなわち、導波路方向のカップリング
技術等）を使用して（ＴＥ0 ，〜），（〜，ＴＥ1 ）及
び（ＴＥ0 ，ＴＥ1 ）としてエンコードされる３つの入
力は３つの平行なチャンネルに沿い伝播される。その計
算結果を図５に示す。ここで各モードの入力パワーは
トリーは２つのＴＥモードをθ＝０の場合にサポートす
る。所定の方法（すなわち、導波路方向のカップリング
技術等）を使用して（ＴＥ0 ，〜），（〜，ＴＥ1 ）及
び（ＴＥ0 ，ＴＥ1 ）としてエンコードされる３つの入
力は３つの平行なチャンネルに沿い伝播される。その計
算結果を図５に示す。ここで各モードの入力パワーは
【外２】 として標準化されており、異なる分子配向角θでパワー
伝達比に差違が生じることを示している。換言すると、
導波路に結合された液晶の分子配向方向を制御すること
により、導波信号に適当な荷重を与えることができる。
この導波波形はニューラルシナプスとして機能している
ことを示す。（図５参照）
伝達比に差違が生じることを示している。換言すると、
導波路に結合された液晶の分子配向方向を制御すること
により、導波信号に適当な荷重を与えることができる。
この導波波形はニューラルシナプスとして機能している
ことを示す。（図５参照）
【００２２】上記の解析をサポートする試験を図３に示
す装置で行った。20μｍ幅のＢＫ７ガラスチャンネル導
波路をＡｇＮＯ3 溶液中で、１時間、Ｔ＝300 ℃の温度
でＡｇイオン交換法により作製した。プリズムカップリ
ング法で測定した有効屈折率の５つのＴＥモードは632.
8 ｎｍの波長でそれぞれ1.586 ，1.571 ，1.556 ，1.54
3 及び1.531 であった。フォトリソグラフィック、リフ
ト・オフ法により80μｍのスペースをもって形成した一
対の薄膜電極をアルミを蒸着して作製した。ネマティッ
ク液晶ＮＬＣ（ＭＥＲＣＫ ＺＬＩ−2293）を基板で形
成した５μｍ厚みのボックス中に注入し、方向性薄膜Ｒ
Ｎ−710 をその表面にコートした上部ガラス基板で封止
した。摩擦法を使用して、ネマティック液晶ＮＬＣの分
子配向軸を導波路のチャンネルと平行な方向に配向し
た。同チャンネルの方向に沿ったＮＬＣクラッドの長さ
は３mmであった。図３の光源11よりのＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光（波長632.8 ｎｍ）をチャンネル導波管にカップル
させた。ＴＥモードの何れでも入力角をシフトすること
により、そのカットオフの場合を除き選択できる。出力
は縦型カップラーとしての多モードファイバー端面結合
器13を介して、光電子倍増管14で受信した。30Ｈｚの低
周波電圧を装置の作動のために使用した。分極顕微鏡を
使用した観察により分子配向軸の偏向は約25Ｖより始ま
った。
す装置で行った。20μｍ幅のＢＫ７ガラスチャンネル導
波路をＡｇＮＯ3 溶液中で、１時間、Ｔ＝300 ℃の温度
でＡｇイオン交換法により作製した。プリズムカップリ
ング法で測定した有効屈折率の５つのＴＥモードは632.
8 ｎｍの波長でそれぞれ1.586 ，1.571 ，1.556 ，1.54
3 及び1.531 であった。フォトリソグラフィック、リフ
ト・オフ法により80μｍのスペースをもって形成した一
対の薄膜電極をアルミを蒸着して作製した。ネマティッ
ク液晶ＮＬＣ（ＭＥＲＣＫ ＺＬＩ−2293）を基板で形
成した５μｍ厚みのボックス中に注入し、方向性薄膜Ｒ
Ｎ−710 をその表面にコートした上部ガラス基板で封止
した。摩擦法を使用して、ネマティック液晶ＮＬＣの分
子配向軸を導波路のチャンネルと平行な方向に配向し
た。同チャンネルの方向に沿ったＮＬＣクラッドの長さ
は３mmであった。図３の光源11よりのＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光（波長632.8 ｎｍ）をチャンネル導波管にカップル
させた。ＴＥモードの何れでも入力角をシフトすること
により、そのカットオフの場合を除き選択できる。出力
は縦型カップラーとしての多モードファイバー端面結合
器13を介して、光電子倍増管14で受信した。30Ｈｚの低
周波電圧を装置の作動のために使用した。分極顕微鏡を
使用した観察により分子配向軸の偏向は約25Ｖより始ま
った。
【００２３】測定結果は、図４に要約され、出力パワー
は標準化したことを示している。図４に示すように、装
置は50〜90Ｖの範囲で違うモードの出力パワーを荷重付
けして異なる連続して変調できることを示しており、ハ
イオーダーモードパスは電圧増加に従い低位オーダーモ
ードより早くカットオフすることを示している。この試
験結果により上述の理論が確認された。
は標準化したことを示している。図４に示すように、装
置は50〜90Ｖの範囲で違うモードの出力パワーを荷重付
けして異なる連続して変調できることを示しており、ハ
イオーダーモードパスは電圧増加に従い低位オーダーモ
ードより早くカットオフすることを示している。この試
験結果により上述の理論が確認された。
【００２４】本発明者等は、結論としてウェィトマトリ
ックスの素子として、ニューラルオプティカル コンピ
ューテング用のニューラルネットワークの構成に適用で
きる光学集積ニューロンモードを提供できることが確認
された。このモードでは、入力チャンネルは平行なチャ
ンネル導波路からなり、入力はモード配列によりエンコ
ードした信号であり、出力は分岐導波路で作られる信号
の光学的スーパーポジションにあり、電気的に制御され
たネマティック液晶クラッドはアクテイブなソースとし
て使用された。上述の理論的解析は、このヂェオメトリ
ーは液晶分子の方向を制御することにより可変の荷重を
入力信号に与えられること及びニューラルシナプスとし
て荷重変化した情報を与えることが確認された。本試験
の本効果は、間接的に示すものではあるけれども、本解
析の有効性が明らかであることが確認された。
ックスの素子として、ニューラルオプティカル コンピ
ューテング用のニューラルネットワークの構成に適用で
きる光学集積ニューロンモードを提供できることが確認
された。このモードでは、入力チャンネルは平行なチャ
ンネル導波路からなり、入力はモード配列によりエンコ
ードした信号であり、出力は分岐導波路で作られる信号
の光学的スーパーポジションにあり、電気的に制御され
たネマティック液晶クラッドはアクテイブなソースとし
て使用された。上述の理論的解析は、このヂェオメトリ
ーは液晶分子の方向を制御することにより可変の荷重を
入力信号に与えられること及びニューラルシナプスとし
て荷重変化した情報を与えることが確認された。本試験
の本効果は、間接的に示すものではあるけれども、本解
析の有効性が明らかであることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】本発明においては、ネマティック液晶を
クラッド材料として用いた光導波変調器のシナプス効果
が確認され、このデバイスを光ニューロモデル素子とし
て光ニューラルネットワークが構成できることが確かめ
られた。
クラッド材料として用いた光導波変調器のシナプス効果
が確認され、このデバイスを光ニューロモデル素子とし
て光ニューラルネットワークが構成できることが確かめ
られた。
【図１】図１は本発明の実施の一例態様を示す原理説明
図である。
図である。
【図２】図２は本発明の実施態様を示す原理説明図であ
る。
る。
【図３】図３は本発明の実施の他の一例を示す原理説明
図である。
図である。
【図４】図４はＴＥモードの出力パワーと印加交流電圧
との関係を示す特性図である。
との関係を示す特性図である。
【図５】図５は本発明における多チャンネル導波路の方
向とＮＬＣ配向膜の軸との間の角θと（ＴＥ0 ，〜），
（〜，ＴＥ1 ）及び（ＴＥ0 ，ＴＥ1 ）としてエンコー
ドした信号のパワー透過率Ｔとの関係を示す特性図であ
る。
向とＮＬＣ配向膜の軸との間の角θと（ＴＥ0 ，〜），
（〜，ＴＥ1 ）及び（ＴＥ0 ，ＴＥ1 ）としてエンコー
ドした信号のパワー透過率Ｔとの関係を示す特性図であ
る。
１ ガラス基板 ２ 多モードチャンネル導波路 ２Ａ 分岐導波路 ３ 電極 ４ 電極 ５ 入力交流電源 ６ 入力信号 ７ 出力信号 ８ ネマティック液晶クラッド ９ 配向膜 １０ ガラス基板 １１ 光源 １２ プリズムカップラー １３ 光ファイバー端面接合器 １４ 光電子倍増管（光検出素子） １５ 電気力線
Claims (1)
- 【請求項１】 一端に入力端をもち他端に出力端をもっ
て、ガラス基板上に設けられた多チャンネル導波路と、
この導波路をはさみ前記ガラス基板上に設けられた電極
と、この導波路と電極とに直交して設けられたネマティ
ック液晶クラッドと、前記入力端の電極に接続した制御
電源と、導波路とプリズム結合した光源と、出力端に接
続した多モードファイバー端面結合をもった光電子増倍
管とより成り、前記ネマティック液晶クラッドはその上
に形成された配向膜とガラス基板で固定されている、前
記のガラス基板上に設けた多モードチャンネル導波路の
上に電気光学効果機能材料として用いたネマティック液
晶クラッド層を構成し、液晶分子方向の電気偏向効果に
よって、導波モードの異なる組み合わせからなる入力信
号に異なるパワー空間分布を与えることにより、各信号
にニューロ回路のシナプス動作と同じようにそれぞれ荷
重を加えることができるよう構成したことを特徴とする
ネマティック液晶クラッド用いた光導波路型シナプス荷
重変調器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5099514A JP2507911B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変調器 |
| US08/165,894 US5388169A (en) | 1993-04-26 | 1993-12-14 | Optical waveguide type synaptic weight modulator with nematic liquid crystal cladding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5099514A JP2507911B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06308452A JPH06308452A (ja) | 1994-11-04 |
| JP2507911B2 true JP2507911B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=14249366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5099514A Expired - Lifetime JP2507911B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | ネマティック液晶クラッドを用いた光導波路型シナプス荷重変調器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5388169A (ja) |
| JP (1) | JP2507911B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5477350A (en) * | 1993-06-01 | 1995-12-19 | General Electric Company | Interferometric spatial switch for polarized or unpolarized light using liquid crystal |
| WO2002035616A1 (fr) * | 2000-10-23 | 2002-05-02 | Sony Corporation | Dispositif d'agregation de neurones |
| EP1372024A1 (en) * | 2002-06-12 | 2003-12-17 | Alcatel | Liquid crystal optical phase modulator |
| US8989523B2 (en) | 2004-01-22 | 2015-03-24 | Vescent Photonics, Inc. | Liquid crystal waveguide for dynamically controlling polarized light |
| US20050271325A1 (en) * | 2004-01-22 | 2005-12-08 | Anderson Michael H | Liquid crystal waveguide having refractive shapes for dynamically controlling light |
| US8860897B1 (en) * | 2004-01-22 | 2014-10-14 | Vescent Photonics, Inc. | Liquid crystal waveguide having electric field orientated for controlling light |
| US8463080B1 (en) * | 2004-01-22 | 2013-06-11 | Vescent Photonics, Inc. | Liquid crystal waveguide having two or more control voltages for controlling polarized light |
| US7315665B1 (en) * | 2004-02-10 | 2008-01-01 | Meadowlark Optics, Inc. | Liquid-crystal planar-waveguide apparatus and method for fast control of polarization and other properties of light |
| US9366938B1 (en) | 2009-02-17 | 2016-06-14 | Vescent Photonics, Inc. | Electro-optic beam deflector device |
| US8995038B1 (en) | 2010-07-06 | 2015-03-31 | Vescent Photonics, Inc. | Optical time delay control device |
| CA2917426C (en) * | 2015-01-13 | 2019-07-23 | Institut National D'optique | Active optical coupling system and photonic integrated circuit |
| US11157807B2 (en) * | 2018-04-14 | 2021-10-26 | International Business Machines Corporation | Optical neuron |
| US11521055B2 (en) * | 2018-04-14 | 2022-12-06 | International Business Machines Corporation | Optical synapse |
| US10976579B2 (en) | 2018-08-09 | 2021-04-13 | Analog Devices, Inc. | Liquid crystal waveguide with active incoupling |
| WO2020247391A1 (en) | 2019-06-03 | 2020-12-10 | Sri International | Photonic neural network |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8313484D0 (en) * | 1983-05-16 | 1983-06-22 | King L H | Optical waveguide |
| US5106181A (en) * | 1989-04-12 | 1992-04-21 | Rockwell Iii Marshall A | Optical waveguide display system |
| JPH02293715A (ja) * | 1989-05-08 | 1990-12-04 | Seiko Epson Corp | 光変調装置 |
| US5172257A (en) * | 1991-11-08 | 1992-12-15 | Bell Communications Research, Inc. | Twisted ferroelectric liquid crystal modulator for providing gray scale |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP5099514A patent/JP2507911B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-14 US US08/165,894 patent/US5388169A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5388169A (en) | 1995-02-07 |
| JPH06308452A (ja) | 1994-11-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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