JPH0192729A - 光演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光演算装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、電子デバイスの技術的な進歩は目ざましく、電子
デバイスを使用し情報処理を行うに当たって、扱うデー
タの量をより大量に、かつ高速に処理を行いたいとの要
求が高まってきている。これらの要求を解決するために
、電子デバイスを用いた演算装置に取って代わる装置と
して、光の空間的な広がりを用いた光演算装置の開発が
行われてきた。

光演算装置は、光の空間的な広がりを用いて情報の演算
を実行する装置であって、特に同一の演算を何回にも渡
って実行する帰還型の光演算装置がある。この帰還型光
演算装置は、データを大量にかつ高速に処理できること
を特徴としている。

従来の光演算装置は、帰還を行うにあたって半導体レー
ザ、受光用フォトダイオードおよび電子式記憶装置また
は写真式記憶装置を用いている。

データの入出力は、半導体レーザおよび受光用フォトダ
イオードで行われ、特に同じ演算を２回以上必要とする
場合などにおいては、データの一時的保管のために前記
記憶装置が用いられる。

また、従来の光演算装置は、１つのデータ入力を光の空
間的な広がりを用いて隣接する演算部へ同時に与え、同
じく隣接するデータ入力によって与えられたデータとの
相関演算が行えるように半導体レーザおよび受光用フォ
トダイオードが一次元アレイ状に配置される。このよう
な配置をとることによって、−回のデータの入力により
多くの演算を同時に行うことができる（Ａｐｐｌ、　Ｏ
ｐｔ、　Ｖｏｌ。

２５　Ｎｏ、１０１９８６　ｐｐ、１６１５−１６２２
）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような機能を有する従来の光演算装置は、情報の
帰還を行うに当たって、光−電子変換および電子−光変
換を実行せねばならず、また、最後に行われた演算の結
果を次回の演算に使用するためには、演算の同期をとる
ために一定時間、前記演算を行った結果を保持する必要
を生じてしまうのである。このため従来の光演算装置に
は、光−電子変換素子、電子−光変換素子および記憶装
置を有する必要があり、このため装置が大きくなり、ま
た２回の光−電子変換および電子−光変換を行うために
演算速度が遅くなるという問題点を有していた。また、
１つのデータを光の空間的な広がりを用いることによっ
て、隣接する演算部へ同時に与えるために半導体レーザ
および受光用フォトダイオードが一次元アレイ状に並べ
られていたが、１つ１つの半導体レーザおよび受光用フ
ォトダイオードが分離しているために演算を行う光演算
装置の小型化が難しく、また、−回でできる演算量も限
られてしまうといった問題点を有していた。

本発明の目的は、このような問題点を解決した光演算装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による光演算装置は、 双安定レーザの入力側および出力側に光スイッチを集積
しアレイ状に並べた光半導体装置を備え、前記光半導体
装置により演算に用いるデータの入出力、データの一時
的な保存を行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、従来め光演算装置における光−電子変換素
子、電子−光変換素子および記憶装置を、双安定レーザ
および２つのレーザ・スイッチを１つの半導体装置に集
積しアレイ化した光半導体装置に置き換えた。このよう
な手段をとることによって、演算中は一度もデータが電
子に変換されることなく、データ入力部の光半導体装置
からデータ出力部の光半導体装置まで帰還することにな
り、また、高密度のデータ入力部を形成することが可能
となり、従来の光演算装置においてその小型化および高
速化を制限している前記原因を取り除くことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の適用された帰還型の光演算装置の構成
図である。

この光演算装置は、レンズ・アレイ１０１と、双安定レ
ーザの入力側および出力側に光スイッチを集積しアレイ
状に並べたデータ入力部光半導体装置２と、レンズ５０
１と、空間変調器６と、レンズ５０２と、双安定レーザ
の入力側および出力側に光スイッチを集積しアレイ状に
並べたデータ出力部光半導体装置３と、レンズ・アレイ
１０２と、光ファイバ４と、制御用コンピュータ７とか
ら構成されている。

レンズ・アレイ１０１は、光ファイバ４より出射したデ
ータを持ったレーザ光をデータ入力部光半導体装置２へ
集光する。

レンズ５０１は、データ入力部光半導体装置２より出射
したデータを持ったレーザ光を空間変調器６へ集光する
。

空間変調器６は、演算を行う。

レンズ５０２は、空間変調器６からデータ出力部光半導
体装置３ヘデータを持ったレーザ光を集光する。

レンズ・アレイ１０２は、データ出力部光半導体装置３
より出射したデータを持ったレーザ光を光ファイバ４へ
集光する。

光ファイバ４は、レンズ・アレイ１０２からレンズ・ア
レイ１０１ヘデータを持ったレーザ光を帰還させる。

入力部光半導体装置２および出力部光半導体装置３は、
同一構造であり、まず入力部光半導体装置２の構造を第
２図の断面図により説明する。

入力部光半導体装置２は、データ入力側レーザ・スイッ
チ領域８、双安定レーザ領域９、データ出力側レーザ・
スイッチ領域１０よりなる光半導体装置であり、１６は
レーザ活性層、１７はｐ型電極、ｌ８はｎ型電極である
。データ入力側レーザ・スイッチ領域８およびデータ出
力側レーザ・スイッチ領域１０は、通常のレーザの構造
を有するレーザであり、双安定レーザ領域９は、ＤＦＢ
レーザの構造を有する双安定レーザである。１４はレー
ザ光の入射面、１５はレーザ光の出射面である。

以上の構造の入力部光半導体装置２は、通常のレーザの
構造を有する領域８，１０への電流の注入を制御するこ
とによってレーザ活性層１６の利得係数を利得または損
失のどちらかの値をとるようにすることによって双安定
レーザ領域９におけるレーザ光の入出力制御を行う半導
体装置である。

次に、出力部光半導体装置３の構造を第３図の断面図に
より説明する。

出力部光半導体装置３は、データ入力側レーザ・スイッ
チ領域１１、双安定レーザ領域１２、データ出力側レー
ザ・スイッチ領域１３よりなる光演算装置であり、１９
はレーザ活性層、２０はｐ型電極、２１はｎ型電極であ
る。データ入力側レーザ・スイッチ領域１１およびデー
タ出力側レーザ・スイッチ領域１３は、通常のレーザの
構造を有するレーザであり、双安定レーザ領域１２は、
ＤＦＢレーザの構造を有する双安定レーザである。２２
はレーザ光の入射面、２３はレーザ光の出射面である。

以上の構造の出力部光半導体装置３は、通常のレーザ構
造を有する領域１１．１３への電流の注入を制御するこ
とによってレーザ活性層１９の利得係数を利得または損
失のどちらかの値をとるようにすることによって双安定
レーザ領域１２におけるレーザ光の入出力制御を行う半
導体装置である。

次に、本実施例の動作を第４図をも参照しながら説明す
る。なお、第４図は光半導体装置２．３の演算時の各領
域の動作図であり、太線の矢印はデータの流れを示して
いる。

まず制御用コンピュータ７から入力されたデータは、入
力部光半導体装置２の双安定レーザ領域９にレーザへの
注入電流として与えられる。即ち、２進化１０進法によ
る演算の場合、注入電流がしきい値より大きい電流か、
小さい電流かで２値が区別される。このような方法によ
って入力がなされたデータは、演算の開始の合図がある
まで双安定レーザ領域９に保存される〔第４図（Ａ）〕
。

次に、光半導体装置２のデータ出力側レーザ・スイッチ
領域１０に制御用コンピュータ７により電流が注入され
、スイッチがＯＮの状態になり、レーザ光が出射面１５
より出射され空間変調器６を通過する時に演算が実行さ
れ、演算の行われたデータが瞬時に、光半導体装置２の
データ出力側レーザ・スイッチ領域１０に制御用コンピ
ュータ７により電流が注入されるのと同期をとってＯＮ
状態にされている出力部光半導体装置３のデータ入力端
レーザ・スイッチ領域１１に入射面２２より入射し、領
域１１を透過して、双安定レーザ領域１２まで入射する
〔第４図（Ｂ）〕。

演算が終了すると直ちに光半導体装置２の双安定レーザ
領域９．データ出力側レーザ・スイッチ領域１０および
光半導体装置３のデータ入力側レーザ・スイッチ領域１
１への注入電流が制御用コンピュータ７によって切られ
、演算されたデータは光半導体装置３の双安定レーザ領
域１２に確保される〔第４図（Ｃ）〕。

光半導体装置３の双安定レーザ領域１２に確保されたデ
ータは、データ出力側レーザ・スイッチ領域１３が制御
用コンピュータ７によってＯＮ状態になると同時に光フ
ァイバ４をｉｆし、データ出力側レーザ・スイッチ領域
１３が制御用コンピュータ７によってＯＮ状態にされる
のに同期をとってＯＮ状態にされている光半導体装置２
のデータ入力側レーザ・スイッチ領域８を透過し、双安
定レーザ領域９に確保される〔第４図（Ｄ）〕。

データが光半導体装置２の双安定レーザ領域９に確保さ
れると同時にデータ入力側レーザ・スイッチ領域８．デ
ータ出力側レーザ・スイッチ領域ＩＯ２−光半導体装置
３のデータ入力側レーザ・スイッチ領域１１．双安定領
域１２およびデータ出力側レーザ・スイッチ領域１３へ
の注入電流が制御用コンピュータ７によって切られ、こ
れら各領域はＯＦＦの状態になり、初期の状態に戻り１
回目の演算を終える〔第４図（Ｅ）〕。

以上のような光演算装置において、演算に用いるデータ
の入出力、データの一時的な保存を、双安定レーザおよ
び２つのレーザ・スイッチを集積しアレイ状に並べた光
半導体装置で行うことは、単に従来用いられていた半導
体レーザおよび受光素子を光半導体装置に置き換えるの
みでよく、また、゛制御用コンピュータも従来の光演算
装置において使用していたデータの一時確保用のコンピ
ュータでよいことから光演算装置の基本構成を何ら変え
ることなく適用できる。

以上は、演算部には空間変調器であればどの様な構成を
用いてもよく、光連想メモリ等にも有効である。また、
レンズ５０１．５０２の代わりにホログラムを用いるこ
ともできる。

〔発明の効果〕

本発明を適用するならば、光演算装置において演算速度
の向上の問題点となっていた光−電子変換素子、電子−
光変換素子、および記憶装置を有する必要性のための装
置の巨大化、また、２回の光−電子変換、および、電子
−光変換を行うための演算速度の低下を克服し、演算速
度の飛躍的向上、および、光演算装置の小型化が可能と
する効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる光演算装置全体の概
略図、 第２図は第１図の入力部光半導体装置の断面図、第３図
は第１図の出力部光半導体装置の断面図、第４図は第１
図の光半導体装置の演算時の各領域の動作図である。 ２・・・入力部光半導体装置 ３・・・出力部光半導体装置 ４・・・光ファイバ ６・・・空間変調器 ７・・・制御用コンピュータ １０１、１０２・・・レンズ・アレイ ５０１　、５０２・・・レンズ ８．１１・・・入力側レーザ・スイッチ領域１０、１３
・・・出力側レーザ・スイッチ領域９．１２・・・双安
定レーザ領域 １６、１９・・・レーザ活性層 １７、２０・・・ｐ型電極 １８、２１・・・ｎ型電極 代理人弁理士　　　岩　　佐　　義　　幸１０１、１０
２−−−・レンズ・アレイ２．３−・・・単導体装置 ４−・・−光ファイバ ５０１　、５０２−・−レンズ ６−−−−空聞変調器 ７−・−利４＆Ｉｌ用フンピ１−タ 第１図 〜Ｈ へ ８．１１−−・−・データ入； ９　１２−−−−一双安定し− １０．１３−−−・・データ出ン 第 りイ則し−サ゛・スイッチ＠域 一す゛領域 りイ則し−サ゛・　スイ　ッチ令頁域 ４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）双安定レーザの入力側および出力側に光スイッチ
   を集積しアレイ状に並べた光半導体装置を備え、 前記光半導体装置により演算に用いるデータの入出力、
   データの一時的な保存を行うことを特徴とする光演算装
   置。