JP2827378B2 - Optical neuro element - Google Patents

Optical neuro element

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JP2827378B2
JP2827378B2 JP378290A JP378290A JP2827378B2 JP 2827378 B2 JP2827378 B2 JP 2827378B2 JP 378290 A JP378290 A JP 378290A JP 378290 A JP378290 A JP 378290A JP 2827378 B2 JP2827378 B2 JP 2827378B2
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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、パターン認識や情報の連想処理等を高速で
行うニューロ素子、更に詳細には、光導波路による並列
演算を用いた光ニューロ素子に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neural element for performing pattern recognition and associative processing of information at a high speed, and more particularly, to an optical neural element using parallel operation by an optical waveguide. Things.

[従来技術] 生体系の優れた情報処理機能を模擬したニューロコン
ピュータは、従来のvon Neumann型コンピュータでは困
難とされている連想、学習、パターン認識、組合せ最適
化問題等の処理が、比較的容易に実現できるとされてい
る。この連想、推論、学習等の知的情報処理機能に優れ
たニューロコンピュータの基本は並列処理であり、多数
のニューロンと呼ばれる素子間の結合強度に情報が蓄積
されている。このことは、空間並列性を有する光との整
合性がよいことから、従来ニューロコンピュータは、第
10図に示すように、光学マスク81、受光素子82、比較器
83、発光素子84で一つのニューロンを光学的に形成し、
マトリクス状の光学マスク81を用いてニューロン間の光
配線を実現している。各ニューロンの興奮状態は、1列
に並べられたLED84の点滅状態に対応している。各発光
素子84からの出力Vj(j=1,2・・・N;Nはニューロン
数)は図示されないレンズ系を用いて扇状ビームとなる
ように、波面変換され、結合強度マトリクスTijに対応
する光学マスク81のj列成分のみを一様に照射する。T
ijは第11図に示される例えば、A,J,Eを表す蓄積情報ベ
クトルV(A),V(J),V(E)を用いて で表され、Tijの大きさを光学マスク81の光透過率とし
て与えておくと、出力光強度は、TijVjに比例する。次
にこの光学マスク81からの出力光は、図示されないレン
ズ系によって、すべてのi行成分が受光素子アレイ82の
1つに集光される。従って、i番目の受光素子出力u
iは、 となり、受光素子出力に行列−ベクトル積が得られる。
受光素子アレイ82で光電変換された信号は、比較器83で
閾値処理され、LEDアレイ84にフィードバックされる。
この繰り返し演算によって、例えば不完全入力85に対し
て、蓄積された完全情報A,J,Eの中でもっとも類似した
Aを選択し、完全出力86が得られる。尚、実用的には行
列Tijは興奮性、抑制性シナプス結合に対応する正負の
成分を有する双極性であるため、Tijの正成分のみを集
めたTij (+)と負成分のみを集めたTij (-)に対応した2チ
ャンネルの光学系を用い、比較器83の前にそれらの差を
とる。また、宮崎、1989年電子情報通信学会春季全国大
会SD−1−6および宮崎、1989年電子情報通信学会秋季
全国大会D−217に述べられているように、薄膜導波路
を用いた光ニューロ素子も提案されている。
[Prior art] A neurocomputer that simulates an excellent information processing function of a biological system is relatively easy to process associative, learning, pattern recognition, combination optimization problems, etc., which are difficult with a conventional von Neumann-type computer. It is said that it can be realized. The basis of a neurocomputer excellent in intelligent information processing functions such as association, inference, learning and the like is parallel processing, and information is accumulated in connection strength between elements called many neurons. This is because the matching with the light having the spatial parallelism is good.
10, the optical mask 81, the light receiving element 82, the comparator
83, one neuron is optically formed by the light emitting element 84,
Optical wiring between neurons is realized using a matrix-shaped optical mask 81. The excitation state of each neuron corresponds to the blinking state of the LEDs 84 arranged in a line. The output V j (j = 1, 2,... N; N is the number of neurons) from each light emitting element 84 is wavefront transformed into a fan-shaped beam using a lens system (not shown), and is converted into a coupling intensity matrix T ij . Only the j-th column component of the corresponding optical mask 81 is uniformly irradiated. T
ij is, for example, using accumulated information vectors V (A) , V (J) , V (E) representing A, J, E shown in FIG. When the magnitude of T ij is given as the light transmittance of the optical mask 81, the output light intensity is proportional to T ij V j . Next, all the i-row components of the output light from the optical mask 81 are focused on one of the light receiving element arrays 82 by a lens system (not shown). Therefore, the i-th light receiving element output u
i is And a matrix-vector product is obtained at the output of the light receiving element.
The signal photoelectrically converted by the light receiving element array 82 is subjected to threshold processing by the comparator 83, and is fed back to the LED array 84.
By this repetitive operation, for example, for the incomplete input 85, the most similar A among the accumulated complete information A, J, E is selected, and a complete output 86 is obtained. In practice, the matrix T ij is bipolar having positive and negative components corresponding to excitatory and inhibitory synaptic connections, and therefore only T ij (+), which is a collection of only positive components of T ij , and only negative components Using a two-channel optical system corresponding to the collected T ij (-) , the difference between them is taken before the comparator 83. Also, as described in Miyazaki, 1989 IEICE Spring National Convention SD-1-6 and Miyazaki, 1989 IEICE Autumn National Convention D-217, an optical neuron device using a thin film waveguide was used. Has also been proposed.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この光ニューロコンピュータは、発光
素子、受光素子、光学マスク等個別の光部品で構成され
ていたため、寸法が大きく、光軸調整がめんどうであ
り、量産性および信頼性に問題があった。さらに、光学
マスクのパータンは固定されており、その適用範囲があ
らかじめ限定されており、他への応用ができないという
問題があった。
[Problem to be Solved by the Invention] However, since this optical neurocomputer is composed of individual optical components such as a light emitting element, a light receiving element, and an optical mask, the dimensions are large, the optical axis adjustment is troublesome, and mass production is difficult. And had problems with reliability. Further, the pattern of the optical mask is fixed, and its application range is limited in advance, and there is a problem that it cannot be applied to other applications.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、それぞれ強度変調された複数の光束に静磁
波を作用させ、更に、導波路表面の屈折率が光の伝搬方
向に垂直な方向に分布をもつ光集束性導波路により光束
を集束させ、検出することにより並列演算を行うように
しており、その目的とするところは、光部品を一つの基
板上に集積化することにより、小型で光軸調整が不要で
あり、量産性、信頼性に優れ、更に静磁波を制御するこ
とにより、各種の処理に対応できる光ニューロ素子を提
供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and applies a magnetostatic wave to a plurality of intensity-modulated light fluxes, and further, the refractive index of the waveguide surface is perpendicular to the light propagation direction. The parallel operation is performed by focusing and detecting the light beam by the light focusing waveguide having distribution in the direction, and the purpose is to integrate the optical components on one substrate, An object of the present invention is to provide an optical neuro element which is small in size, does not require optical axis adjustment, has excellent mass productivity and reliability, and can cope with various processes by controlling a magnetostatic wave.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明の光ニューロ素子
は、複数の光束を発する光源と、光束の強度を変調する
光変調手段と、光束を回折するための静磁波を印加する
静磁波励振手段と、静磁波により回折された光束を集光
するための光集束性導波路と、集光された光束を検出す
る複数の受光素子と、受光素子の出力信号に対し閾値処
理を行う手段とから構成されている。
[Means for Solving the Problems] To achieve this object, an optical neuron device according to the present invention comprises a light source for emitting a plurality of light beams, a light modulating means for modulating the intensity of the light beam, and a static light for diffracting the light beam. Magnetostatic wave exciting means for applying a magnetic wave, a light focusing waveguide for condensing a light beam diffracted by the magnetostatic wave, a plurality of light receiving elements for detecting the condensed light beam, and an output signal of the light receiving element. And means for performing threshold processing.

[作用] 上記の構成を有する本発明の光ニューロ素子では、光
源から発せられた複数の光束は、光変調手段により、不
完全入力信号で変調させる。この変調された複数の光束
に静磁波を作用させると、静磁波の周波数に応じた角度
の方向に、静磁波の強度に応じた回折強度で回折され
る。各光束から異なった方向へ回折された回折成分のう
ち同一方向へ回折された回折光成分を光集束性導波路に
よりそれぞれ一点に集光し、受光素子により検出する。
これにより、光束の強度で与えられるベクトルと、静磁
波の強度で与えられる行列の演算が行われ、その結果が
受光素子の出力で与えられる。この受光素子出力を閾値
処理し、再び光変調手段に加えることによりフィードバ
ックを行う。この繰り返し処理により、蓄積された完全
情報の中で不完全入力に最も類似したものが完全出力と
して得られる。
[Operation] In the optical neuron device of the present invention having the above-described configuration, a plurality of light beams emitted from the light source are modulated by the incomplete input signal by the light modulation unit. When a magnetostatic wave acts on the plurality of modulated light fluxes, the light flux is diffracted in a direction of an angle corresponding to the frequency of the magnetostatic wave with a diffraction intensity corresponding to the intensity of the magnetostatic wave. Of the diffracted components diffracted in different directions from each light beam, diffracted light components diffracted in the same direction are condensed at one point by a light-converging waveguide, and detected by a light receiving element.
Thus, a vector given by the intensity of the light beam and a matrix given by the intensity of the magnetostatic wave are calculated, and the result is given by the output of the light receiving element. The output of the light receiving element is subjected to threshold processing, and is fed back to the light modulating means to perform feedback. By this repetition processing, the most similar to the incomplete input among the stored complete information is obtained as a complete output.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。第1図は本発明の光ニューロ素子の構成を示
したもので、光ニューロ素子11は、スラブ型導波路12、
光集束性導波路13、半導体レーザ14a,14b,14c、コリメ
ータレンズ15a,15b,15c、静磁表面波を励振するストリ
ップ電極16、静磁表面波により回折され、光集束性導波
路13により集光された光を検出する受光素子17a,17b,17
cと比較器18a,18b,18cとから構成される。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an optical neuron element of the present invention. An optical neuron element 11 comprises a slab type waveguide 12,
Light focusing waveguide 13, semiconductor lasers 14a, 14b, 14c, collimator lenses 15a, 15b, 15c, strip electrode 16 for exciting a magnetostatic surface wave, diffracted by a magnetostatic surface wave, and collected by the light focusing waveguide 13. Light receiving elements 17a, 17b, 17 for detecting emitted light
c and comparators 18a, 18b, 18c.

光集束性導波路13は、第2図(a)に示すようにLiNb
O3等の結晶基板26上に、例えばTi等の金属28をその膜厚
分布が中央ほど大きくなるようにスパッタリング法によ
って形成する。その後、熱拡散を行うことにより同図
(b)のように屈折率分布をもつ導波路13を作製するこ
とができる。尚、同図(a)で示したTi28の膜厚分布
は、同図(c)のように基板から離れた位置にマスク29
をおいてスパッタリングを行うシャドーマスク法により
作製することができる。このような屈折率分布型導波路
を伝搬する点光源から発せられた光波は、山内、宮崎、
信学技法MW84−128に述べられているように第3図のよ
うにある長さごとに集光し、周期ビームとして伝搬する
ため光集束性導波路として用いることができる。
The light focusing waveguide 13 is made of LiNb as shown in FIG.
On a crystal substrate 26 of O 3 or the like, a metal 28 such as Ti is formed by a sputtering method so that the film thickness distribution becomes larger toward the center. Thereafter, the waveguide 13 having a refractive index distribution as shown in FIG. Incidentally, the film thickness distribution of Ti28 shown in FIG.
And a shadow mask method of performing sputtering. Light waves emitted from a point light source propagating through such a gradient index waveguide are shown in Yamauchi, Miyazaki,
As described in IEICE MW84-128, it can be used as a light-converging waveguide because it is condensed every certain length and propagates as a periodic beam as shown in FIG.

第1図において、光源である半導体レーザ14a,14b,14
cから発せられた光は、セルフォックレンズ等のコリメ
ータレンズ15a,15b,15cにより平行光束31a,31b,31cとな
りスラブ型導波路12を伝搬する。スラブ型光導波路12
は、Gd3Ga5O12等の基板35上に液相成長法、高周波スパ
ッタ法によりY3Fe5O12、Bi置換Y3Fe5O12等の磁性ガーネ
ット薄膜36を成長させることによって容易に作製するこ
とができる。半導体レーザ14a,14b,14cに流す電流を不
完全入力32a,32b,32cに対応した大きさに制御すること
により、不完全入力32a,32b,32cに対応した強度V1,V2,V
3をもつ光束31a,31b,31cが得られる。
In FIG. 1, semiconductor lasers 14a, 14b, 14
The light emitted from c becomes parallel light beams 31a, 31b, and 31c by collimator lenses 15a, 15b, and 15c such as Selfoc lenses, and propagates through the slab waveguide 12. Slab type optical waveguide 12
Is facilitated by growing the Gd 3 Ga 5 O liquid phase growth method on a substrate 35 on such 12, Y by RF sputtering 3 Fe 5 O 12, Bi substituted Y 3 Fe 5 magnetic garnet films 36 O 12, etc. Can be manufactured. Semiconductor lasers 14a, 14b, incomplete input 32a of current supplied to 14c, 32 b, by controlling the magnitude corresponding to 32c, incomplete input 32a, 32b, the intensity V 1 corresponding to 32c, V 2, V
Light beams 31a, 31b and 31c having 3 are obtained.

光束31a,31b,31cは、ストリップ電極16によって励振
された静磁表面波により回折される。すなわち、第4図
のように磁性ガーネット薄膜36に面に平行な方向に直流
磁界Hを印加し、ストリップ電極16にマイクロ波を印加
することにより、磁性ガーネット薄膜36の磁化Mの周期
的な歳差運動が磁界の方向と垂直方向に伝搬し、いわゆ
る静磁表面波が励振される。この周期的な磁化の変化に
より、TE,TMモード間のモード変換が生じると共に、光
の回折が生じる。第5図に示すように、結合強度マトリ
クスがTi1,Ti2,Ti3となるように静磁表面波41の強度を
変調することによりθの角度で回折された回折光、33
a,33b,33cの強度はそれぞれTi1V1,Ti2V2,Ti3V3となる。
ここでストリップ電極16に印加するマイクロ波の周波数
を変化させることにより、回折角θを変化させること
ができる。尚、静磁表面波は、受信電極30でマイクロ波
に変換し、モニタすることができる。
The light beams 31a, 31b, 31c are diffracted by the magnetostatic surface waves excited by the strip electrode 16. That is, as shown in FIG. 4, a DC magnetic field H is applied to the magnetic garnet thin film 36 in a direction parallel to the surface, and a microwave is applied to the strip electrode 16, so that the periodic increase of the magnetization M of the magnetic garnet thin film 36 is achieved. The differential motion propagates in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field, and a so-called magnetostatic surface wave is excited. This periodic change in magnetization causes mode conversion between TE and TM modes, and also causes light diffraction. As shown in FIG. 5, by modulating the intensity of the magnetostatic surface wave 41 so that the coupling strength matrix becomes T i1 , T i2 , and T i3 , the diffracted light 33 diffracted at an angle of θ i is obtained.
a, 33b, the strength of 33c becomes T i1 V 1, T i2 V 2, T i3 V 3 , respectively.
Here, the diffraction angle θ i can be changed by changing the frequency of the microwave applied to the strip electrode 16. Incidentally, the magnetostatic surface wave can be converted into a microwave by the receiving electrode 30 and monitored.

回折光33a,33b,33cは第1図のように光集束性導波路1
3を伝播する間に集光される。この集光された光の強度
は、回折光33a,33b,33cの強度の和 ui=Ti1V1+Ti2V2+Ti3V3 ・・・(3) となる。ストリップ電極16に印加するマイクロ波の周波
数をf1,f2,f3と変化させるとにより回折角を変化し、集
光位置は、それぞれ光検出器17a,17b,17cの位置となり
3つの回折光33a,33b,33cの強度の和uiが光検出器出力
として得られる。これにより、(2)式のベクトル−行
列演算を行うことができる。
The diffracted lights 33a, 33b, 33c are applied to the light focusing waveguide 1 as shown in FIG.
It is collected while propagating through 3. The intensity of the collected light is the sum of the intensities of the diffracted lights 33a, 33b, and 33c: u i = T i1 V 1 + T i2 V 2 + T i3 V 3 (3) By changing the frequency of the microwave applied to the strip electrode 16 to f 1 , f 2 , f 3 , the diffraction angle changes, and the condensing positions become the positions of the photodetectors 17a, 17b, 17c, respectively, and the three diffractions light 33a, 33b, the sum u i of the intensity of 33c is obtained as a photodetector output. Thereby, the vector-matrix operation of the expression (2) can be performed.

光検出器17a,17b,17cの出力は、比較器18a,18b,18cで
閾値処理され、半導体レーザ14a,14b,14cの変調電流に
フィードバックされる。これにより、光束31a,31b,31c
の強度が変化し、同様の演算が繰り返し行われ、不完全
入力32a,32b,32cに対して静磁表面波の強度Tijとして蓄
積された完全情報の中でもっとも類似した情報を選択
し、完全出力44a,44b,44cが得られる。ここで、本実施
例においては、光源としての半導体レーザ14a、14b,14c
からそれぞれ照射された光はコリメータレンズ15a,15b,
15cでそれぞれ平行光とされた後、単一のストリップ電
極16を駆動することにより励振された静磁表面波により
各々回折される。この時各々の光束が影響を受ける結合
強度マトリクスは、第5図に示されているように光束31
aに関してはTi1であり、光束31bに関してはTi2であり、
光束31cに関してはTi3である。ニューロ素子として機能
させるためには、一つの光束に対応する結合強度マトリ
クスの組合せは不変としなければならないので、本実施
例においては各光束各々に対する結合強度マトリクスが
同じ時にフィードバックが行われることを理解すべきで
ある。
The outputs of the photodetectors 17a, 17b, 17c are subjected to threshold processing by the comparators 18a, 18b, 18c, and fed back to the modulation currents of the semiconductor lasers 14a, 14b, 14c. Thereby, the luminous fluxes 31a, 31b, 31c
Is changed, the same calculation is repeatedly performed, and the most similar information is selected from the complete information accumulated as the magnetostatic surface wave intensity T ij with respect to the incomplete inputs 32a, 32b, and 32c, Complete outputs 44a, 44b, 44c are obtained. Here, in the present embodiment, the semiconductor lasers 14a, 14b, 14c as light sources
From the collimator lenses 15a, 15b,
After being converted into parallel lights at 15c, the light is diffracted by the magnetostatic surface waves excited by driving the single strip electrode 16, respectively. At this time, the coupling intensity matrix that is affected by each light beam is as shown in FIG.
It is T i1 for a, T i2 for the luminous flux 31b,
The light flux 31c is Ti3 . In order to function as a neuro element, the combination of the coupling intensity matrices corresponding to one light flux must be unchanged, so in the present embodiment, it is understood that feedback is performed when the coupling intensity matrix for each light flux is the same. Should.

尚、上述の構成では、結合強度マトリクスTijが正の
場合の演算を行うことができる。Tijが正及び負の値を
とる場合は、第6図のように上述の構成の2個の光ニュ
ーロ素子51,52を用い、一方、51でTijが正、他方52でT
ijが負の場合の演算を行い、一方51のニューロ素子の光
検出器17a,17b,17cの出力、即ち、Tijが正の場合の演算
結果から他方のニューロ素子52の光検出器54a,54b,54c
の出力即ち、Tijが負の場合の演算結果を差動増幅器55
a,55b,55cにより引くことにより、Tijが正負の値をとる
ときの演算結果が得られる。この結果を比較器56a,56b,
56cで閾値処理し、それぞれの光のニューロ素子の半導
体レーザ14a,14b,14c,58a,58b,58cの変調電流へフィー
ドバックすればよい。
In the above-described configuration, it is possible to perform an operation when the coupling strength matrix T ij is positive. When T ij takes positive and negative values, two optical neuro elements 51 and 52 having the above-described configuration are used as shown in FIG. 6, while T ij is positive at 51 and T ij is at the other 52.
ij performs operations when negative, whereas photodetector 17a Neuro elements 51, 17b, the output of 17c, i.e., the photodetector 54a of the other neuro device 52 from the calculation result when T ij is positive, 54b, 54c
, The operation result when T ij is negative,
a, 55b, by pulling by 55c, operation results when the T ij takes a positive or negative value is obtained. This result is compared with the comparators 56a, 56b,
The threshold processing may be performed at 56c, and the light may be fed back to the modulation currents of the semiconductor lasers 14a, 14b, 14c, 58a, 58b, 58c of the neuro elements of the respective lights.

本発明は、上述した実施例に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更加え
ることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、第7図のように、半導体レーザ61からの光を
コリメータレンズ62で平行光とし、円筒レンズ63で集光
し、スラブ型導波路12に入射させ、光変調器64により強
度変調された複数の光束に変換してもよい。光変調器64
は、第8図に示すようにAl等を用いた金属クラッド71、
電極72、バッファ層73とから構成される。バッファ層73
は、電極72による光波の減衰を防ぐ働きをする。電極72
に電流を流すと、光の伝搬方向と平行に電流の大きさに
比例した磁界が発生する。この磁界によりスラブ型導波
路12の磁性ガーネット36が磁化される。ここで、あらか
じめ膜面に垂直方向に直流磁界Hを印加しておくと、電
極72に電流が流れないときには、磁性ガーネット36の磁
化が光の伝搬方向と垂直であるためモード変換は生じな
い。電極72に変調電流を流すと、発生した磁界により磁
性ガーネット36の磁化に光の伝搬方向成分が生じ、ファ
ラデー効果によりTEモードがTMモードに変換され、TMモ
ードは金属クラッド部分74で減衰するため、変調電流に
対応した強度をもつ光束が得られる。ここで金属72のな
い部分の下の金属クラッド75が長いため、TE,TMモード
共に減衰し、電極72のない部分からは光波は出力されな
い。また、電極72のある部分は、金属クラッド74が短い
ためTEモードはほとんど減衰せず、TMモードのみ減衰す
る。このように、光変調器を用いることにより光束数を
非常に多くすることができ、大量の情報を処理すること
ができる。以下の動作は前述の実施例と同様である。た
だし、直流磁界を膜面に垂直に印加した場合は、第9図
のようにストリップ電極16にマイクロ波を印加すること
により、静磁体積波が励振される。この静磁波によって
も光を回折させることができ、回折光は、第7図の光集
束性導波路13により集光し、受光素子76で受光する。さ
らに比較器77で閾値処理した後、光変調器64へフィード
バックする。これにより、蓄積情報の中から不完全入力
78に最も類似したものが出力79として得られる。尚、光
変調器には、磁気光学効果であるファラデー効果を用い
たが他の磁気光学効果、あるいは電気光学効果、音響光
学効果等を用いてもよい。
For example, as shown in FIG. 7, light from a semiconductor laser 61 is made parallel by a collimator lens 62, collected by a cylindrical lens 63, made incident on the slab type waveguide 12, and intensity-modulated by a light modulator 64. It may be converted into a plurality of light beams. Optical modulator 64
Is a metal clad 71 using Al or the like as shown in FIG.
It comprises an electrode 72 and a buffer layer 73. Buffer layer 73
Functions to prevent the light wave from being attenuated by the electrode 72. Electrode 72
, A magnetic field is generated parallel to the light propagation direction and proportional to the magnitude of the current. The magnetic garnet 36 of the slab waveguide 12 is magnetized by this magnetic field. Here, if a DC magnetic field H is applied in advance in a direction perpendicular to the film surface, when no current flows through the electrode 72, no mode conversion occurs because the magnetization of the magnetic garnet 36 is perpendicular to the light propagation direction. When a modulation current is applied to the electrode 72, the generated magnetic field causes a component in the direction of light propagation in the magnetization of the magnetic garnet 36, and the Faraday effect converts the TE mode to the TM mode, which is attenuated by the metal cladding 74. Thus, a light beam having an intensity corresponding to the modulation current is obtained. Here, since the metal cladding 75 below the portion without the metal 72 is long, both the TE and TM modes are attenuated, and no light wave is output from the portion without the electrode 72. Further, in a portion of the electrode 72, the TE mode is hardly attenuated because the metal clad 74 is short, and only the TM mode is attenuated. As described above, by using the optical modulator, the number of light beams can be made very large, and a large amount of information can be processed. The following operation is the same as in the above-described embodiment. However, when a DC magnetic field is applied perpendicular to the film surface, a magnetostatic volume wave is excited by applying a microwave to the strip electrode 16 as shown in FIG. The magnetostatic wave can also diffract the light, and the diffracted light is collected by the light-converging waveguide 13 in FIG. Further, after threshold processing is performed by the comparator 77, the result is fed back to the optical modulator 64. This allows incomplete input from stored information
The one most similar to 78 is obtained as output 79. Although the Faraday effect, which is a magneto-optical effect, is used for the optical modulator, another magneto-optical effect, an electro-optical effect, an acousto-optical effect, or the like may be used.

また、光束の数、導波路の材料についても特に限定し
ない。
Further, the number of light beams and the material of the waveguide are not particularly limited.

また、信号処理の部分において、適宜、サンプル・ア
ンド・ホールド回路、遅延回路等を付加してもよい。
In the signal processing section, a sample-and-hold circuit, a delay circuit, and the like may be appropriately added.

また、用いる静磁波の種類についても特に限定しな
い。
The type of the magnetostatic wave used is not particularly limited.

また、光集束性導波路を磁性ガーネットのBi等の濃度
を変化させて作製してもよい。
Further, the light focusing waveguide may be manufactured by changing the concentration of Bi or the like in the magnetic garnet.

[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、光導波路を伝搬する光波に、静磁波を作用させ、光
集束性導波路により、回折光を集光することにより並列
演算を行い、光ニューロ素子を構成している。即ち、本
発明の光ニューロ素子は、光導波路を用いて並列演算を
行うことができるため、小型で光軸調整が不要であり、
量産性、信頼性に優れている。更に、静磁波を制御する
ことにより、結合強度マトリクスを変化させることがで
きるため、さまざまな処理に対応することができる。
[Effects of the Invention] As is apparent from the above description, according to the present invention, a magnetostatic wave is applied to a light wave propagating through an optical waveguide, and diffracted light is condensed by a light focusing waveguide. Perform a parallel operation to configure an optical neuron element. That is, since the optical neuron device of the present invention can perform parallel operation using an optical waveguide, it is compact and does not require optical axis adjustment,
Excellent mass productivity and reliability. Furthermore, since the coupling strength matrix can be changed by controlling the magnetostatic wave, it is possible to cope with various processes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図から第9図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は本発明の一実施例である光ニューロ
素子の構成図、第2図は光集束性導波路の作製法を示す
説明図、第3図は光集束性導波路における光波の伝搬を
示す説明図、第4図は静磁表面波の伝搬を示す説明図、
第5図は静磁波による光波の回折を示す説明図、第6図
は正負の結合強度マトリクスに対応する2つのニューロ
素子を用いたときの構成を示す構成図、第7図は光ニュ
ーロ素子の他の実施例を示す構成図、第8図は光変調器
の構成図、第9図は静磁体積波の伝搬を示す説明図、第
10図は、従来の光ニューロ素子の他の実施例を示す構成
図、第11図は蓄積情報を示す説明図である。 図中、11は光ニューロ素子、12はスラブ型導波路、13は
光集束性導波路、14a,14b,14cは半導体レーザ、15a,15
b,15cはセルフォックレンズ、16はストリップ電極、17
a,17b,17cは受光素子、18a,18b,18cは比較器、31a,31b,
31cは光束、33a,33b,33cは回折光である。
FIGS. 1 to 9 show an embodiment embodying the present invention. FIG. 1 is a structural view of an optical neuron element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a light focusing waveguide. FIG. 3 is an explanatory diagram showing propagation of a light wave in a light focusing waveguide, FIG. 4 is an explanatory diagram showing propagation of a magnetostatic surface wave,
FIG. 5 is an explanatory diagram showing diffraction of a light wave by a magnetostatic wave, FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration when two neuro elements corresponding to positive and negative coupling strength matrices are used, and FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing another embodiment, FIG. 8 is a configuration diagram of an optical modulator, FIG. 9 is an explanatory diagram showing propagation of a magnetostatic volume wave, and FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the conventional optical neuro element, and FIG. 11 is an explanatory diagram showing accumulated information. In the figure, 11 is an optical neuro element, 12 is a slab type waveguide, 13 is a light focusing waveguide, 14a, 14b, 14c are semiconductor lasers, 15a, 15
b and 15c are selfoc lenses, 16 is a strip electrode, 17
a, 17b, 17c are light receiving elements, 18a, 18b, 18c are comparators, 31a, 31b,
31c is a light beam, and 33a, 33b, and 33c are diffracted lights.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の光束を発する光源と、前記光束の強
度を変調する光変調手段と、前記光束を回折するための
静磁波を励振する静磁波励振手段と、前記静磁波により
回折された光束を集光するための光集束性導波路と、集
光された光束を検出する複数の受光素子と、前記受光素
子からの出力信号に対して閾値処理を行う手段とを備え
ていることを特徴とする光ニューロ素子。
A light source for emitting a plurality of light beams; a light modulating means for modulating the intensity of the light beam; a magnetostatic wave exciting means for exciting a magnetostatic wave for diffracting the light beam; A light-converging waveguide for condensing the light beam, a plurality of light-receiving elements for detecting the condensed light beam, and means for performing threshold processing on an output signal from the light-receiving element. Characteristic optical neuro element.
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