JP2658155B2 - Light switch - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光を用いて並列高速に演算を行うために
必要な光スイッチに関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch required for performing parallel high-speed operations using light.
大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行す
る計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次
処理による方法ではすでに性能限界に近づいている。そ
こで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサなど、
複数の演算を同時に実行する並列処理アークテクチャの
研究が進んでいる。一方、光は空間的な広がりを持ち、
その物理的性質は互いに干渉し合わないため、光を用い
た演算は並列性に優れている。In order to process large-scale information, research on computers that execute high-speed calculations has been advanced, but the performance of methods using sequential processing using electric circuits is already approaching its performance limit. Therefore, such as supercomputers and array processors
Research on a parallel processing architecture for simultaneously executing a plurality of operations has been advanced. On the other hand, light has a spatial spread,
Since their physical properties do not interfere with each other, calculations using light are excellent in parallelism.
しかし、これまで、データを高速に任意の場所へスイ
ッチングする方法が無く、光を用いて高速にデータを処
理できなかった。However, there has been no method for switching data to an arbitrary place at high speed, and data cannot be processed at high speed using light.
この発明の目的は、光の振幅透過率を変化させ、双方
向のデータを任意の場所へ分岐させるための光スイッチ
を提供することにある。An object of the present invention is to provide an optical switch for changing the amplitude transmittance of light and branching bidirectional data to an arbitrary location.
この発明の光スイッチは、２次元的に配置された第１
の複数の光源と、前記第１の光源の各光源に隣接して配
置されている第１の複数の光検出器を有する第１面と、
入力信号によって前記第１の光源を発光せしめる第１の
複数の光源駆動手段と、前記第１の光源から出射した光
を受光する２次元的に配置された第２の複数の光検出手
段と、前記第１面と同じ構造を有し、前記第２の光検出
手段の各光検出手段と隣接して配置されている第２の複
数の光源を有する第２面と、入力信号によって前記第２
の光源を発光せしめる第２の複数の光源駆動手段と、前
記光源１個に対して、少なくとも前記光検出手段と同数
の分解点を有する、光の振幅透過率を変化せしめる光変
調手段と、前記光変調手段からの透過光を前記第１の各
光源から出射した光が、前記第２の光検出手段に分岐，
集光し、前記第２の各光源から出射した光が、前記第１
の光検出手段に分岐，集光する２組の光分岐手段と、前
記光変調手段を制御する制御手段を備えることを特徴と
する。The optical switch according to the present invention has a two-dimensionally arranged first switch.
A plurality of light sources, and a first surface having a first plurality of light detectors disposed adjacent to each light source of the first light source,
A first plurality of light source driving means for causing the first light source to emit light in response to an input signal; a second plurality of two-dimensionally arranged light detecting means for receiving light emitted from the first light source; A second surface having the same structure as the first surface and having a second plurality of light sources arranged adjacent to each light detecting means of the second light detecting means;
A second plurality of light source driving means for causing the light source to emit light, a light modulating means for changing the amplitude transmittance of light, the light modulating means having at least as many decomposition points as the light detecting means for one light source, Light emitted from each of the first light sources and transmitted light from the light modulating means is branched to the second light detecting means.
The light condensed and emitted from each of the second light sources is
And a control means for controlling the light modulating means.
第２図は、本発明の光スイッチの原理を示す図であ
る。２次元２値入力データに対応させて入出力面101に
あるアレイ状光源107を発光させ、その射出光はパタン
マスク102を透過してホログラム103に入射する。このホ
ログラムは、入射光をコリメートして、入出力面106に
あるアレイ状光検出器110へ集光するようにホログラム1
05へ分岐させる機能を持つ。ホログラム103によって分
岐された光は、ホログラム104とパタンマスク105を透過
してアレイ状光検出器110へ集光する。逆に、アレイ状
光源109から出射した光は、全く逆の光路を通って、ア
レイ状光検出器108に集光される。従って、入出力面101
と入出力面106の間で、双方向の通信が可能である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of the optical switch of the present invention. The array light source 107 on the input / output surface 101 emits light corresponding to the two-dimensional binary input data, and the emitted light passes through the pattern mask 102 and enters the hologram 103. This hologram collimates the incident light and focuses it on the array-shaped photodetector 110 on the input / output surface 106.
Has the function to branch to 05. The light branched by the hologram 103 passes through the hologram 104 and the pattern mask 105 and is collected on the array-shaped photodetector 110. Conversely, the light emitted from the array light source 109 is converged on the array photodetector 108 through a completely opposite light path. Therefore, the input / output surface 101
Two-way communication is possible between the input and output surface 106.
第３図は、２×２の入力データに対する第２図の入出
力面101,パタンマスク103,104,入出力面106の構造を示
したものである。（ａ）は入出力面101の光源位置、
（ｂ），（ｃ）はパタンマスク102,105の構造、（ｄ）
は入出力面106の光検出器の位置を示す。入出力面101の
光源11,12,21,22は、当間隔の格子の交点に２×２の配
列で並ぶように２次元的に配置されている。パタンマス
ク102,103は、入出力面101の光源の数（この場合４個）
の２乗倍である16個の分解点を有している。入出力面10
6は、入出力面101の光源の個数と同数の分解点（検出
器）AA,AB,BA,BBを有している。ホログラム103は、11か
ら出射した光が、パタンマスク105のａ′ａ′,a′ｃ′,
c′ａ′,c′ｃ′へ、12から出射した光が、ａ′ｂ′,
a′ｄ′,c′ｂ′,c′ｄ′へ、21から出射した光が、
ｂ′ａ′,b′ｃ′,d′ａ′,d′ｃ′へ、22から出射した
光がｂ′ｂ′,b′ｄ′,d′ｂ′ｄ′ｄ′へ分岐するよう
に設計し、また、ホログラム104は、ａ′ａ′,a′ｂ′,
b′ａ′,b′ｂ′に分岐された光がAAへ、ａ′ｃ′,a′
ｄ′,b′ｃ′,b′ｄ′に分岐された光がABへ、ｃ′
ａ′,c′ｂ′,d′ａ′,d′ｂ′に分岐された光がBAへ、
ｃ′ｃ′,c′ｄ′,d′ｃ′,d′ｄ′に分岐された光がBB
へ分岐するように設計する。この時、パタンマスクの透
過率を１または０にして、光をオン，オフすることによ
って、２×２の双方向の入力データを並列，独立に２×
２の出力先へスイッチングできる。第１表に、入力と出
力の関係を決めるパタンマスクの開口位置を示す。FIG. 3 shows the structure of the input / output surface 101, the pattern masks 103 and 104, and the input / output surface 106 of FIG. 2 for 2 × 2 input data. (A) is a light source position of the input / output surface 101,
(B) and (c) are the structures of the pattern masks 102 and 105, (d)
Indicates the position of the photodetector on the input / output surface 106. The light sources 11, 12, 21, and 22 of the input / output surface 101 are two-dimensionally arranged so as to be arranged in a 2 × 2 array at the intersections of the grid at the same interval. Pattern masks 102 and 103 are the number of light sources on input / output surface 101 (four in this case)
16 decomposition points, which is the square of .times. Input / output surface 10
Reference numeral 6 has the same number of decomposition points (detectors) AA, AB, BA, and BB as the number of light sources on the input / output surface 101. The hologram 103 emits light from the pattern mask 105 at a'a ', a'c',
The light emitted from 12 to c′a ′, c′c ′ is a′b ′,
The light emitted from 21 to a'd ', c'b', c'd '
b'a ', b'c', d'a ', d'c' so that the light emitted from 22 is branched to b'b ', b'd', d'b'd'd ' The hologram 104 is designed and a'a ', a'b',
The light split into b'a 'and b'b' goes to AA, and a'c 'and a'
The light branched into d ', b'c', b'd 'is directed to AB, c'
The light split into a ', c'b', d'a ', d'b'
The light branched into c'c ', c'd', d'c ', d'd'
Design to branch to At this time, by setting the transmittance of the pattern mask to 1 or 0 and turning on and off the light, 2 × 2 bidirectional input data is parallelly and independently converted to 2 × 2 input data.
2 can be switched to the output destination. Table 1 shows the opening positions of the pattern mask that determine the relationship between input and output.
以上入力データが２×２の場合について述べたが、例
えば、４×４の場合には、入出力面101は４×４個の光
源を、パタンマスク102,105は16個×16個のパタンを、
入出力面106は４×４個の光検出器を有し、ホログラム1
03,105によって、入力面の光源と出力面の光検出器が、
それぞれ１対４に対応している。一般に、入力データが
ｎ×ｎの場合には、パターンの数は少なくともn2×n2、
出力面の光検出器の遂はｎ×ｎであれば、本発明の光ス
イッチを実現できる。The case where the input data is 2 × 2 has been described above. For example, when the input data is 4 × 4, the input / output surface 101 includes 4 × 4 light sources, the pattern masks 102 and 105 include 16 × 16 patterns,
The input / output surface 106 has 4 × 4 photodetectors, and the hologram 1
According to 03,105, the light source on the input surface and the photodetector on the output surface
Each corresponds to one to four. Generally, when the input data is n × n, the number of patterns is at least n 2 × n 2 ,
If the number of photodetectors on the output surface is n × n, the optical switch of the present invention can be realized.
以下、本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
第１図は、本発明の光スイッチの実施例を示す斜視図
である。本実施例では、入力面，パタンマスク，出力面
の構成が、第３図に示したものに相当している。従っ
て、対応する要素には第３図と同一の符号を用いる。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the optical switch of the present invention. In this embodiment, the configuration of the input surface, the pattern mask, and the output surface corresponds to that shown in FIG. Therefore, the same reference numerals are used for the corresponding elements as in FIG.
この光スイッチは、等間隔の格子の交点に配置された
２×２個の例えば半導体レーザである高速変調可能な発
散光源から構成されるアレイ状光源１と、発散光源に隣
接して配置されている、例えばアバランシフォトダイオ
ード（APD）などのアレイ状光検出器２から構成される
入出力面３と、入出力面３と同じ構造を持つ入出力面10
と入出力面３のアレイ状光源１から出射した光を入出力
面10のアレイ状光検出器９に分岐し、かつ、入出力面10
のアレイ状光源８から出射した光を入出力面３のアレイ
状光検出器２に分岐するホログラム5,6と、ホログラム
で分岐される光を透過する４×４個の分解点を有する例
えば液晶テレビなどの空間光変調器4,7と、それぞれ発
散光源に電流を注入する回路より構成され、発散光源を
点滅させる入力データを制御する駆動装置11,12と、空
間光変調器4,7の開口の位置を制御する例えばパソコン
などの制御装置15,16と、アレイ状光検出手段の出力を
２値化して出力する閾値素子13,14から構成されてい
る。This optical switch is arranged adjacent to the divergent light source and an array-like light source 1 composed of 2 × 2 divergent light sources capable of high-speed modulation, for example, semiconductor lasers, which are arranged at the intersections of equally spaced gratings. For example, an input / output surface 3 composed of an array-shaped photodetector 2 such as an avalanche photodiode (APD), and an input / output surface 10 having the same structure as the input / output surface 3
And the light emitted from the array light source 1 on the input / output surface 3 is branched to the array photodetector 9 on the input / output surface 10, and
Holograms 5, 6 for branching the light emitted from the array-like light source 8 to the array-like photodetector 2 on the input / output surface 3 and, for example, a liquid crystal having 4 × 4 decomposition points for transmitting the light branched by the hologram Spatial light modulators 4 and 7 such as televisions, and driving devices 11 and 12 each comprising a circuit for injecting current into a divergent light source and controlling input data for blinking the divergent light source, and spatial light modulators 4 and 7 It comprises control devices 15 and 16 such as a personal computer for controlling the position of the opening, and threshold elements 13 and 14 for binarizing the output of the array-shaped light detecting means and outputting the same.
次にこの光スイッチの動作を、光源11からの光が空間
光変調器のパタンbb,c′ｃ′を通り検出器BB分岐される
場合について説明する。駆動装置によりアレイ状光源の
光源を点灯させる。光源から出射した光は、ホログラム
に入射する。この時、入射光は、４つに分離され、パタ
ンａ′ａ′,a′ｃ′,c′ａ′,c′ｃ′に入射する。制御
装置によって、出射光が光検出器の所望の出力先BBへ分
岐するように、パタンaa,ab,ba,c′ｄ′,d′ｃ′,d′
ｄ′の振幅透過率を０、bb,c′ｃ′の透過率を１にす
る。パタンbbパタンｃ′ｃ′を透過した光は、光検出器
BBによって受光され、閾値素子によって２値化される。Next, the operation of the optical switch will be described for the case where the light from the light source 11 passes through the spatial light modulator patterns bb and c'c 'and branches off to the detector BB. The light source of the array light source is turned on by the driving device. Light emitted from the light source enters the hologram. At this time, the incident light is split into four and enters the patterns a'a ', a'c', c'a ', c'c'. The control device controls the patterns aa, ab, ba, c'd ', d'c', d 'so that the output light is branched to a desired output destination BB of the photodetector.
The amplitude transmittance of d 'is set to 0, and the transmittance of bb, c'c' is set to 1. The light transmitted through the pattern bb pattern c'c 'is a photodetector
The light is received by BB and is binarized by a threshold element.
液晶テレビを空間光変調器として用いる場合には、液
晶テレビとパソコンをモニタ端子で接続し、パソコンの
画面を液晶テレビに表示させる。例えば、液晶テレビの
大きさを64mm×40mm、パソコンの画面の分解能を640×4
00とすれば、パソコンの画面の１分解点は、100μｍに
相当する。光源の間隔を8mmとすれば、パタン１個の大
きさは2mm×2mmに相当し、パソコン上で20×20の分解点
を持つパタン16×16個表示させれば、空間光変調器を構
成できる。When a liquid crystal television is used as a spatial light modulator, the liquid crystal television is connected to a personal computer via a monitor terminal, and the screen of the personal computer is displayed on the liquid crystal television. For example, the size of an LCD TV is 64 mm x 40 mm, and the resolution of a PC screen is 640 x 4
If it is set to 00, one resolution point on the screen of the personal computer corresponds to 100 μm. If the distance between the light sources is 8 mm, the size of one pattern is equivalent to 2 mm x 2 mm. If a 16 x 16 pattern with 20 x 20 decomposition points is displayed on a personal computer, a spatial light modulator is constructed. it can.
また、ホログラムは以下のようにして作製することが
できる。The hologram can be manufactured as follows.
空間を伝搬する球面波の振幅分布は、次式で表され
る。The amplitude distribution of a spherical wave propagating in space is represented by the following equation.
ここで、ｋは波数を表す。また、平面波の振幅分布は
次式で表される。 Here, k represents a wave number. The amplitude distribution of the plane wave is represented by the following equation.
Ap（ｒ）＝apexp（ikr） ………（２） （１），（２）式より、複数の球面波と平面波が干渉
するホログラム面上の光の強度分布は、次式で表され
る。A p (r) = a p exp (ikr) (2) From equations (1) and (2), the intensity distribution of light on the hologram surface where a plurality of spherical waves and plane waves interfere with each other is given by the following equation. expressed.
ただし、ｌは光源からホログラムまでの距離、（α，
β）は、入射平面波の法線がホログラム面のｘ軸,y軸と
なす方向余弦を表わす。（３）式を支形すると Ｉ＝Re2＋Im2 ………（４） ここで ホログラムの各分解点において、（４）式を計算し、電
子ビーム等によってレジスト上にホログラムを描画し、
振幅型ホログラムであるクロムマスクを作る。この振幅
型ホログラムをマスクとして用い、紫外光２によって、
例えばプラスチックなどの基板に塗布された、例えばAZ
−1350などのレジストを露光する。この時、レジストの
深さは、解析効率が最大となるように、透過光の位相差
がπ/2になるように制御する。次に、完成した位相ホロ
グラムから電鋳金型を作り、例えば光硬化性の樹脂を用
いて、レプリカをとる。レプリカの材料の屈折率を1.
5、使用波長を0.78μｍとすれば、レジストの最適な深
さは次式で表わされる。 Where l is the distance from the light source to the hologram, (α,
β) represents the cosine of the direction formed by the normal line of the incident plane wave to the x-axis and y-axis of the hologram surface. If equation (3) is supported, I = Re 2 + Im 2 (4) where At each decomposition point of the hologram, formula (4) is calculated, and the hologram is drawn on the resist by an electron beam or the like,
Create a chrome mask that is an amplitude hologram. Using this amplitude hologram as a mask,
For example, AZ applied to a substrate such as plastic
Expose resist such as -1350. At this time, the depth of the resist is controlled so that the phase difference of the transmitted light becomes π / 2 so as to maximize the analysis efficiency. Next, an electroforming mold is formed from the completed phase hologram, and a replica is formed using, for example, a photocurable resin. Set the refractive index of the replica material to 1.
5. If the wavelength used is 0.78 μm, the optimum depth of the resist is expressed by the following equation.
0.33μｍの深さのAZ−1350レジストを得るために、レ
ジストを2:1に希釈したものをスピナによって3500rpmで
回転して塗布した。完成した原板からニッケルの金型を
作り、アクリル系の樹脂を用いてレプリカをとり、35％
の回折効率をもつものを得た。 To obtain a 0.33 μm deep AZ-1350 resist, a 2: 1 dilution of the resist was applied by spinning at 3500 rpm with a spinner. A nickel mold is made from the completed original plate, and a replica is made using acrylic resin.
With a diffraction efficiency of
閾値素子は、ある強度以上の光入射があるときに発光
する機能があればよいので、本実施例では第４図に示す
光サイリスタを用いた。この他、レーザとフォトダイオ
ードを組合せたもの、あるいは光双安定半導体レーザ等
を利用できる。Since the threshold element only needs to have a function of emitting light when a certain intensity or more of light is incident, the optical thyristor shown in FIG. 4 was used in this embodiment. In addition, a combination of a laser and a photodiode, an optical bistable semiconductor laser, or the like can be used.
以上詳述したように、本発明の光スイッチを用いるこ
とによって、双方向のデータを並列，高速に任意の場所
へ分岐することができる。As described in detail above, by using the optical switch of the present invention, bidirectional data can be branched to an arbitrary place in parallel and at high speed.
第１図は、この発明の光スイッチの実施例を示す斜視
図、第２図は、この発明の光スイッチの原理を示す図、
第３図は、入力面，パターンマスク，出力面を示す図、
第４図は、閾値素子の例を示す図である。 1,8……アレイ状光源、2,9……アレイ状光検出器、3,1
0,101,104……入出力面、4,7……空間光変調器、5,6,10
3……ホログラム、11,12……駆動装置、15,16……制御
装置、13,14……閾値素子、102、105……パタンマス
ク。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the optical switch of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of the optical switch of the present invention,
FIG. 3 is a diagram showing an input surface, a pattern mask, and an output surface;
FIG. 4 is a diagram showing an example of a threshold element. 1,8 …… array light source, 2,9 …… array photodetector, 3,1
0,101,104 …… Input / output surface, 4,7 …… Spatial light modulator, 5,6,10
3 ... hologram, 11,12 ... drive device, 15,16 ... control device, 13,14 ... threshold element, 102, 105 ... pattern mask.
Claims (1)
と、前記第１の光源の各光源に隣接して配置されている
第１の複数の光検出器を有する第１面と、入力信号によ
って前記第１の光源を発光せしめる第１の複数の光源駆
動手段と、前記第１の光源から出射した光を受光する２
次元的に配置された第２の複数の光検出手段と、前記第
１面と同じ構造を有し、前記第２の光検出手段の各光検
出手段と隣接して配置されている第２の複数の光源を有
する第２面と、入力信号によって前記第２の光源を発光
せしめる第２の複数の光源駆動手段と、前記光源１個に
対して、少なくとも前記光検出手段と同数の分解点を有
する、光の振幅透過率を変化せしめる２組の光変調手段
と、前記光変調手段からの透過光を前記第１の各光源か
ら出射した光が、前記第２の光検出手段に分岐，集光
し、前記第２の各光源から出射した光が、前記第１の光
検出手段に分岐，集光する、前記２組の光変調手段のそ
れぞれに隣接して配置されている２組の光分岐手段と、
前記光変調手段を制御する制御手段を備えることを特徴
とする光スイッチ。1. A first surface having a first plurality of light sources arranged two-dimensionally and a first plurality of light detectors arranged adjacent to each light source of the first light source. A first plurality of light source driving means for causing the first light source to emit light according to an input signal; and a light receiving means for receiving light emitted from the first light source.
A second plurality of light detection means arranged in a three-dimensional manner, and a second plurality of light detection means having the same structure as the first surface and being arranged adjacent to each light detection means of the second light detection means. A second surface having a plurality of light sources, a second plurality of light source driving means for causing the second light sources to emit light by an input signal, and at least the same number of decomposition points as the light detecting means for one light source. And two sets of light modulating means for changing the amplitude transmittance of light, and light emitted from each of the first light sources and transmitted from the light modulating means is branched and collected by the second light detecting means. Two sets of light arranged adjacent to each of the two sets of light modulating means, wherein the light emitted from each of the second light sources diverges and condenses to the first light detecting means. Branching means;
An optical switch comprising control means for controlling the light modulation means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8428788A JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8428788A JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01255834A JPH01255834A (en) | 1989-10-12 |
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ID=13826253
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP8428788A Expired - Lifetime JP2658155B2 (en) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | Light switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658155B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03164816A (en) * | 1989-11-22 | 1991-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | Information processor |
-
1988
- 1988-04-05 JP JP8428788A patent/JP2658155B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH01255834A (en) | 1989-10-12 |
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