JP2826325B2 - Optical information processing apparatus and optical information processing method - Google Patents
Optical information processing apparatus and optical information processing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光情報処理装置に係り、特に、超高速光パ
ルスを用いて、空間的に並列に配置された情報を読みと
り、それを時系列パルス列に変換する装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical information processing apparatus, and in particular, reads information spatially arranged in parallel using an ultrafast optical pulse and The present invention relates to a device for converting a pulse train into a series.
光はその空間的コヒーレンシーを利用して2次元的に
配列された多数の点に同時にアクセスすることができる
ため、半導体を用いた通常のコンピユータには無い、ユ
ニークな演算機能をもつた光情報処理装置を形成でき
る。Since light can simultaneously access a large number of two-dimensionally arranged points using its spatial coherency, optical information processing with a unique arithmetic function that is not available in ordinary computers using semiconductors The device can be formed.
第2図に従来のこの種の装置の概念図を示した。レー
ザ光源1から出た光はビームエキスパンダ2で径を広げ
られたあと何段かの空間光変調器(3,4等)に入射され
る。この空間光変調器とは、通常n×mのマトリクスに
対応する点の光透過率を電気光学効果等により各々変化
させることのできる装置をさす。少なくとも2段以上の
空間光変調器を通過させることによりアンド(AND),
オア(OR)等の基本演算や、画像処理に対応したより高
度の演算(微分等)を光の速さで実行できる。その結果
は、光検出器5のマトリクスに入射し、各点に入射した
光の強度が電気量に変換される。高速レーザパルスを用
いれば電気パルスが出力されることになる。FIG. 2 shows a conceptual diagram of this type of conventional apparatus. The light emitted from the laser light source 1 is expanded in diameter by a beam expander 2 and then incident on several stages of spatial light modulators (3, 4, etc.). This spatial light modulator refers to a device that can change the light transmittance at a point corresponding to an nxm matrix in general by an electro-optic effect or the like. By passing through at least two or more spatial light modulators,
Basic operations such as OR (OR) and more advanced operations (differentiation etc.) corresponding to image processing can be executed at the speed of light. The result is incident on the matrix of the photodetector 5, and the intensity of light incident on each point is converted into an electric quantity. If a high-speed laser pulse is used, an electric pulse will be output.
しかしこの種の装置からの出力を通常のコンピユータ
に入力したり、光フアイバーによつて伝送しようとする
と、大量の並列情報を時系列に変換させるために、たと
えばテレビジヨンの撮像管に相当するものが必要とな
る。However, when an output from this type of device is input to a normal computer or transmitted by an optical fiber, a large amount of parallel information is converted into a time series. Is required.
第3図にその概念図を示した。光(画像)11を、撮像
管の光電変換面12に照射し、各点に発生した電荷を電子
ビーム13でジグザグに走査して時系列信号として読みだ
す。しかも、もし第2図の出力を第3図の装置で読みだ
すならば、光の速度で演算された情報も、この並列−直
列変換部がネツクとなつて大幅と遅くなることになる。
なお、この種の従来技術として関連するものに、アプラ
イド オプテイクス(Applied Optics)第27巻第1661頁
(1988年)あるいは同誌第27巻第1674頁(1988年)等が
挙げられる。FIG. 3 shows a conceptual diagram thereof. Light (image) 11 is applied to the photoelectric conversion surface 12 of the image pickup tube, and the charges generated at each point are scanned zigzag with the electron beam 13 and read out as time-series signals. Moreover, if the output shown in FIG. 2 is read out by the apparatus shown in FIG. 3, the information calculated at the speed of light will be significantly slowed down because the parallel-serial conversion unit becomes a net.
In addition, related to this kind of prior art include Applied Optics, Vol. 27, p. 1661 (1988) or Vol. 27, p. 1674 (1988), and the like.
本発明は、上述したような、光情報装置からの大量の
空間的並列情報を、光のままで、時系列パルスに速やか
に変換する方法を提供するものである。又、本発明は、
ピコ秒〜フエムト秒の超高速パルスに情報をのせて伝送
させるための超高速変調器をも提供する。The present invention provides a method for rapidly converting a large amount of spatially parallel information from an optical information device into a time-series pulse while keeping the light as described above. Also, the present invention
An ultra-high-speed modulator for transmitting information with ultra-high-speed pulses of picosecond to femtosecond is also provided.
本発明の構成を第1図の実施例に基づいて説明する。 The configuration of the present invention will be described based on the embodiment shown in FIG.
レーザ光源1からの超高速レーザ光パルスは、ビーム
エキストパンダ2で空間的に径を広げられた後、平面波
としてn×mマトリクスの空間光変調器3に入射する。
通過後の光は、n×m個の小さい径の光パルス束として
空間位相変調板4に入射する。これは、マトリクスの各
点の1つずつが、時間τ秒のおくれ時間を生ずるように
位相を調整されており、それがレンズ51により光フアイ
バ61に入射する時には、nm個のパルスが時間間隔τで次
々に入射することになる。The ultrahigh-speed laser light pulse from the laser light source 1 is spatially expanded in diameter by the beam expander 2, and then enters the n × m matrix spatial light modulator 3 as a plane wave.
The light having passed through is incident on the spatial light modulator 4 as an n × m light pulse bundle having a small diameter. This is because each phase of the matrix has its phase adjusted so that a delay time of τ seconds occurs, and when it is incident on the optical fiber 61 by the lens 51, the nm pulses are transmitted in the time interval It will enter one after another at τ.
実際にこの構成が可能になるためには、位相変調板4
で生ずべきnm×τ秒の時間おくれが、例えば媒体の膜厚
の変化として実現されなければならない。レーザパルス
がピコ秒〜フエムト秒の超高速パルスならばこれは比較
的容易であり、又、この場合にこそ、従来の電気的コン
ピユータと異なる超高速光コンピユータとなりうる。In order for this configuration to be actually possible, the phase modulation plate 4
In this case, the delay of nm × τ seconds that should be generated must be realized, for example, as a change in the film thickness of the medium. This is relatively easy if the laser pulse is a picosecond to femtosecond ultrafast pulse, and in this case it can be an ultrafast optical computer different from a conventional electrical computer.
レーザ光パルス10ピコ秒のオーダーの場合には、第4
図に示したように、空間光変調器3を通過後の光パルス
をスクリーン52の位置で光フアイバーマトリクス7に入
射させる方法が実際的である。In the case of laser light pulse on the order of 10 picoseconds, the fourth
As shown in the figure, a practical method is to make the optical pulse after passing through the spatial light modulator 3 enter the optical fiber matrix 7 at the position of the screen 52.
この光ファイバーの長さを、n2本の1本1本がそれぞ
れ時間τ秒(10ピコ秒)の遅延を生ずるように設定し
たのち、フアイバー出力をレンズ53で、超高速光検出器
62に入射して電気パルス列に変換する。The length of this optical fiber is set so that each of the n 2 fibers has a delay of time τ seconds (10 pico seconds), and the fiber output is output by a lens 53 to an ultra-high-speed photodetector.
It is incident on 62 and converted into an electric pulse train.
第1図,第4図のいずれにおいても、空間光変調器3
のマトリクス各点の光透過率を1,0のいずれかに設定す
れば、第1図の光フアイバーへの入力光パルスと第4図
の光検出器62への入力光パルスは振幅が1又は0の値の
パルス列となる。In each of FIGS. 1 and 4, the spatial light modulator 3
If the light transmittance of each point of the matrix is set to either 1 or 0, the input light pulse to the optical fiber of FIG. 1 and the input light pulse to the photodetector 62 of FIG. A pulse train with a value of 0 is obtained.
本発明の構成におけるクロツク動作を第5図を用いて
説明する。同図(a)の如く、ピコ(10-2sec)秒パル
スがナノ(10-9sec)秒程度のクロツク時間t0くり返
し、レーザ光源(図示略)から発射される。このパルス
は平面波としてn×mマトリクスの空間光変調器3に入
射したのち、各点毎に時間差τ秒のおくれをもつて光フ
アイバー7に入射する。第5図ではn−3,m−4の例を
示した。すなわち同図(b)の如く12個のパルスのあり
なしにより、12ビツトを1かたまりとする光パルス列
が、くり返しt0毎に生ずる。そこで、時間t0の間に空間
光変調器の光透過率を更新することができれば、これは
伝送速度B01/τ(ピツト/秒)の光変調器として動作す
る。The clock operation in the configuration of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, a pico (10 -2 sec) second pulse is repeatedly emitted from a laser light source (not shown) with a clock time t 0 of about nano (10 -9 sec) second. This pulse is incident on the spatial light modulator 3 of an n × m matrix as a plane wave, and then is incident on the optical fiber 7 with a delay of τ seconds at each point. FIG. 5 shows an example of n-3 and m-4. That More No Yes 12 pulses as shown in FIG (b), the 12 bit optical pulse train to be 1 mass repeatedly occurs every t 0. Therefore, if it is possible to update the light transmittance of the spatial light modulator during the time t 0, which operates as an optical modulator of the transmission rate B 0 1 / tau (pits / sec).
以下、実施例に基づき本発明の内容をさらに詳細に説
明する。Hereinafter, the contents of the present invention will be described in more detail based on examples.
第1図の1はくり返し時間t0(1〜10m sec)毎に1p
sec〜10p secの幅の超短光パルスを発射できるレーザ光
源である。この出力光は十分な空間的コヒーレンシーを
有するため、ビームエキスパンダ2により少なくとも10
mmφの径のビームに拡大できる。この光を空間の光変調
器3に垂直入射させ、各光透過窓を同一の強度の平面波
パルスで照射する。窓の透過率を1.0で変調する光ゲー
ト作用により、空間光変調器3を通つた光パルスは、窓
の径に相当する径の小さな光パルス束に変換される。回
折効果を避けるためには、波長λに比べて窓の開口を50
λ程度に大きくとればよい。空間光変調器3の情報は、
次のレーザパルスが来るまでの時間t0の間に消去して書
換える必要がある。高速のGaAsやInP系の電気回路を用
いればt0〜10n sec以内で上記書換えを行なうことは十
分可能である。1 in FIG. 1 is 1p for each repetition time t 0 (1 to 10 msec).
It is a laser light source that can emit an ultrashort light pulse with a width of sec to 10 psec. Since this output light has sufficient spatial coherency, at least 10
It can be expanded to a beam with a diameter of mmφ. This light is vertically incident on the light modulator 3 in the space, and each light transmission window is irradiated with a plane wave pulse of the same intensity. The light pulse that has passed through the spatial light modulator 3 is converted into a light pulse bundle having a small diameter corresponding to the diameter of the window by an optical gate function of modulating the transmittance of the window by 1.0. To avoid diffraction effects, the window opening should be 50 compared to the wavelength λ.
What is necessary is just to make it as large as about λ. The information of the spatial light modulator 3 is
There is a need to be rewritten to erase during the time t 0 of until the next laser pulse. If a high-speed GaAs or InP-based electric circuit is used, the above rewriting can be sufficiently performed within t 0 to 10 nsec.
こうして振幅が1,0に変調された光パルス束は、空間
位相変調板4に入射する。ここでは、光パルスの位相毎
に時間τ(秒)の遅延時間を生じるように、厚さを変え
た窓がある。この光をレンズ51で光フアイバ61に絞りこ
む。この時、時間間隔τ秒おきに1又は0に対応する光
パルスが光フアイバーに入射し、これを時系列信号とし
て、そのまま伝送することが可能となる。The light pulse bundle whose amplitude has been modulated to 1,0 in this way enters the spatial light modulator 4. Here, there is a window whose thickness is changed so that a delay time τ (second) is generated for each phase of the light pulse. This light is converged on the optical fiber 61 by the lens 51. At this time, an optical pulse corresponding to 1 or 0 enters the optical fiber at every time interval τ seconds, and this can be transmitted as a time series signal as it is.
空間変調器がn×m個のマトリクスの場合には、クロ
ツク時間t0の間にn×m×τ個のパルスが存在すること
になる。これが十分可能なためには、元々のレーザ光の
半値全幅t1(秒)が、t1<τ≪t0の関係を満足する必要
がある。If the spatial modulator is an n × m matrix, there will be n × m × τ pulses during the clock time t 0 . For this to be sufficiently possible, the full width at half maximum t 1 (second) of the original laser beam must satisfy the relationship of t 1 <τ≪t 0 .
遅延τが1ピコ秒のオーダーであれば、屈折率3の物
質を用いたとき、約100μmの厚さの差に対応してい
る。τが大きいと、空間位相変調板2を用いるよりも、
第4図のように、一旦各パルスをフアイバーマトリクス
7に導入し、各フアイバーの長さが遅延時間τを生じる
ようにさせる方が実現容易である。遅延τが10ピコ秒な
らば、屈折率1.5のフアイバーでは約2mmの長さの差に対
応する。この光ファイバー遅延線の出力を一定平面上に
そろえた後、適当なレンズ系で(第4図では簡単に1枚
のレンズ53で示した)高速光検出器62に絞りこんで電気
パルス列に変換する。又は第1図と同様に光フアイバー
に入力させる。If the delay τ is on the order of 1 picosecond, it corresponds to a thickness difference of about 100 μm when a substance having a refractive index of 3 is used. When τ is large, the spatial phase modulation plate 2
As shown in FIG. 4, it is easier to temporarily introduce each pulse into the fiber matrix 7 so that the length of each fiber causes a delay time τ. If the delay τ is 10 picoseconds, a fiber with a refractive index of 1.5 corresponds to a length difference of about 2 mm. After the output of the optical fiber delay line is aligned on a certain plane, it is narrowed down to a high-speed photodetector 62 (shown simply by one lens 53 in FIG. 4) with an appropriate lens system and converted into an electric pulse train. . Alternatively, input is made to the optical fiber as in FIG.
以上のべてきた如く、本発明の装置では、クロツクタ
イム1ナノ秒〜10ナノ秒で、10×10のマトリクスの並列
情報を簡単に100コの時系列パルスに変換できる。これ
はクロツク光パルス幅t1が10ピコ秒以下と狭くなるほど
有効である。As described above, the apparatus of the present invention can easily convert parallel information of a 10 × 10 matrix into 100 time-series pulses with a clock time of 1 to 10 nanoseconds. This is effective as clock light pulse width t 1 is narrowed less than 10 picoseconds.
第1図は本発明の一実施例の光情報処理装置の概念図、
第2図は従来の光情報処理装置の概念図、第3図は従来
の撮像管に相当する、並列−直列変換装置の概念図、第
4図は本発明の第2の実施例の装置の概念図、第5図は
本発明の光情報処理装置のクロツク動作に関する説明図
である。 1……光源、2……ビームエキスパンダ、3……空間光
変調器、4……空間位相変調板、5……光検出器列、7
……光遅延線。FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical information processing apparatus according to one embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional optical information processing device, FIG. 3 is a conceptual diagram of a parallel-serial conversion device corresponding to a conventional image pickup tube, and FIG. 4 is a device of a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating the clock operation of the optical information processing apparatus according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Beam expander, 3 ... Spatial light modulator, 4 ... Spatial phase modulation plate, 5 ... Photodetector row, 7
... Optical delay line.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 智弘 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 福沢 董 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−129326(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/01 G02F 3/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomohiro Ohno 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-63-129326 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/01 G02F 3/00
Claims (4)
t0で発生する光源からの光パルスを、空間的に配置され
た複数の光変調窓に入射させた後、この照射された光パ
ルスが所望の変調を受けて前記複数の光変調窓の各々か
ら出射し、これらの光パルスが各々定められた遅延時間
で伝搬したのち、時系列の光パルス列を生成する光学系
を有する光情報処理装置であって、前記光変調窓の光変
調率の更新に要する時間は、光パルスの半値全幅t1より
大きく、くり返し時間t0より小さいことを特徴とする光
情報処理装置。An optical pulse having a full width at half maximum of t 1 is repeated in a time interval.
The light pulse from the light source for generating at t 0, after being incident on the plurality of light modulating windows that are spatially arranged, each of said plurality of light modulator windows this irradiated light pulse is subjected to desired modulation And an optical information processing apparatus having an optical system that generates a time-series optical pulse train after each of these optical pulses propagates with a predetermined delay time, wherein the optical modulation rate of the optical modulation window is updated. The time required for the optical information processing apparatus is larger than the full width at half maximum t 1 of the light pulse and smaller than the repetition time t 0 .
空間的に配された複数の光変調窓に照射させた後、前記
各光変調窓からの複数の光パルスが各々定められた遅延
時間である一定点に到達するように伝搬媒質の位相が調
整され、且つ前記複数の光変調窓からの複数の光パルス
が各々、時間τ秒の遅れをもったn×m個の時系列の光
パルス列に変換される時、前記入射光パルスをt0>n×
m×τ(秒)のクロック時間で入射し、これに同期して
前記光変調窓の各々を所望に光変調せしめることを特徴
とする光情報処理装置。2. The method according to claim 1, wherein the light pulses are applied to a plurality of spatially arranged light modulation windows in an n × m matrix, and then a plurality of light pulses from each of the light modulation windows are determined. The phase of the propagation medium is adjusted so as to reach a certain point, which is a delay time, and a plurality of light pulses from the plurality of light modulation windows are respectively n × m time series having a delay of time τ seconds. When converted to an optical pulse train, the incident optical pulse is converted to t 0 > n ×
An optical information processing apparatus, wherein light is incident at a clock time of m × τ (seconds), and each of the optical modulation windows is light-modulated as desired in synchronization therewith.
t0で発生する光源からの光パルスを、空間的に配置され
た複数の光変調窓に入射させた後、この照射された光パ
ルスが所望の変調を受けて前記複数の光変調窓の各々か
ら出射し、これらの光パルスが各々定められた遅延時間
で伝搬したのち、時系列の光パルス列を生成する光情報
処理方法であって、前記光変調窓の光変調率の更新に要
する時間は、光パルスの半値全幅t1より大きく、くり返
し時間t0より小さいことを特徴とする光情報処理方法。3. A repeated time interval of light pulses of the full width at half maximum t 1
The light pulse from the light source for generating at t 0, after being incident on the plurality of light modulating windows that are spatially arranged, each of said plurality of light modulator windows this irradiated light pulse is subjected to desired modulation And these light pulses are propagated with a predetermined delay time, respectively, and then an optical information processing method for generating a time-series light pulse train, wherein the time required for updating the light modulation rate of the light modulation window is , greater than the full width at half maximum t 1 of the optical pulse, the optical information processing method characterized by repeated less than the time t 0.
調窓に照射させた後、この照射された光パルスが、前記
複数の光変調窓の各々を所望の変調を受けて透過し、各
光変調窓を透過したこれらの光パルスが所定の遅延を受
けて、これらの光パルスによる光パルス列を生成する光
情報処理方法であって、前記複数の光変調窓への前記光
パルスの照射のくり返しの時間の間に前記光変調器の光
変調の更新がなされることを特徴とする光情報処理方
法。4. A light pulse is applied to a plurality of spatially arranged light modulation windows, and the irradiated light pulse passes through each of the plurality of light modulation windows after being subjected to a desired modulation. An optical information processing method in which these light pulses transmitted through each light modulation window are subjected to a predetermined delay to generate a light pulse train based on these light pulses, wherein the light pulse is transmitted to the plurality of light modulation windows. An optical information processing method, wherein the optical modulation of the optical modulator is updated during a period of repeated irradiation.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63259472A JP2826325B2 (en) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | Optical information processing apparatus and optical information processing method |
Applications Claiming Priority (1)
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JP63259472A JP2826325B2 (en) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | Optical information processing apparatus and optical information processing method |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH02106718A JPH02106718A (en) | 1990-04-18 |
JP2826325B2 true JP2826325B2 (en) | 1998-11-18 |
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Family Applications (1)
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JP63259472A Expired - Fee Related JP2826325B2 (en) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | Optical information processing apparatus and optical information processing method |
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Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2569314B2 (en) * | 1986-11-20 | 1997-01-08 | 富士通株式会社 | High-speed optical modulator |
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1988
- 1988-10-17 JP JP63259472A patent/JP2826325B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH02106718A (en) | 1990-04-18 |
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