JPH0377496B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複数でかつ同数の光ビツト信号か
らそれぞれ構成される２つの光デジタル信号を、
光−電気変換することなしに、それらの各ビツト
ごとに比較する光コンパレータ、さらに詳しくは
弾性表面波による光のブラツグ回折現象を利用し
た光コンパレータに関する。

近年、光応用技術の進展はめざましく、これに
ともなつて種々の光機能素子が要求されている。
光機能素子の中でも光コンパレータは、光演算、
光情報処理、光計算機などの基本デイバイスであ
り、その必要性は大きいが、まだ実現されていな
いのが現状である。

この発明は、光応用に使用可能な光コンパレー
タを提供することを目的とする。

この発明による光コンパレータは、音響光学材
料で形成された光導波層、各光ビツト信号が互い
に平行となるように光導波層内を伝搬する２つの
光デジタル信号の、互いに比較される２つの光ビ
ツト信号のみが同時に回折されるように、各光ビ
ツト信号を順次ブラツグ回折させる２つのパルス
状弾性表面波を発生する弾性表面波発生器、およ
び各光デジタル信号の回折光を検知する手段を備
えていることを特徴とする。２つの光デジタル信
号中の互いに比較される２つの光ビツト信号のみ
が、弾性表面波によつて同時に回折され、この回
折光が検知される。したがつて、互いに比較され
る光ビツト信号の表わすデータ（ビツト）が同じ
場合と、異なる場合とでは、検知された各光デジ
タル信号の和または差は、互いに異なる値を示
す。このため、検知された光デジタル信号の和ま
たは差をレベル弁別することにより、対応するビ
ツト信号が一致しているか不一致であるかを検出
することができる。しかも、複数の光ビツト信号
の回折時点はそれぞれ異なるから、上記の和また
は差信号と各回折時点とを対応させることによ
り、不一致のビツト信号がどれであるかを知るこ
とができる。

この発明による光コンパレータは、１つの基板
上に作製することが可能であり、しかも構造が非
常に簡単であるために容易に量産が可能となり、
安価に提供することができる。また、ワンチツプ
上に他の光機能素子と一緒に製作できるので、同
一基板上に多くの素子との集積が可能である。さ
らに、この発明においてはパルス状の弾性表面波
が用いられているから、その駆動電力が少なくて
すむという利点がある。

以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て詳述する。

第１図において、音響光学結晶であるニオブ酸
リチウム（LiNbO₃）単結晶１１の表面に、チタ
ン（Ti）を温度約1000℃で熱拡散することによ
り、屈折率が結晶基板１１よりも３〜５×10^-3程
度高く厚さが数μｍ程度の光導波層１２が、光信
号の入力側（第１図左側）の一部を除いて、形成
されている。この基板１１上の入力側には、光デ
ジタル信号ＡおよびＢを光導波層１２に入力させ
るための光導波路１６が各信号Ａ，Ｂに対して８
本ずつ等間隔でかつ平行に形成されている。信号
Ａの光導波路と信号Ｂの光導波路もまた互いに平
行であり、後述する弾性表面波（以下SAWとい
う）の伝搬方向に直交する方向に対してブラツグ
角θだけ傾斜している。そして、信号Ａの光導波
路と信号Ｂの光導波路とは、後述するインターデ
ジタル・トランスデユーサ（以下IDTという）を
配置するためのスペースをあけて設けられてい
る。各光導波路１６の巾をlw、間隔をldとし、
隣接する光導波路１６の中心から中心までの間隔
をloとする。lo＝lw＋ldであり、この実施例では
たとえばlo＝100μｍである。すべての光導波路１
６についてこれらの巾lwおよび間隔lw、loは等
しく設定されている。これらの光導波路１６もま
たチタンの熱拡散によつて形成されている。

光デジタル信号ＡおよびＢはこの実施例ではそ
れぞれ８ビツトの光信号であり、これらの各光ビ
ツト信号をそれぞれａ１，ａ２，…ａ８，ｂ１，
ｂ２，…ｂ８で表わす。信号Ａにより表わされる
データをたとえば11101101、信号Ｂにより表わさ
れデータを11100010とする。データ１は光有であ
り第１図においては実線で、データ０は光無であ
り破線でそれぞれ示されている。光デジタル信号
ＡおよびＢは、それぞれ光フアイバ１８から光結
合器１７を経て光導波路１６に入力する。光結合
手段としては、光フアイバ結合器以外にも、グレ
ーテイング、プリズムその他の光結合素子を用い
ることができる。

IDT１３は、信号ＡおよびＢを表わす光ビツト
信号ａ１〜ａ８，ｂ１〜ｂ８をそれぞれ回折させ
るパルス状のSAWを発生するものであり、光デ
ジタル信号Ａの伝搬光路と信号Ｂの伝搬光路の間
に配置されている。IDT１３には超音波信号発生
器２８からパルス巾Ｔの超音波電圧パルス信号が
印加される。IDT１３から発生したパルス状の
SAWは各光信号ＡおよびＢの伝搬光路に向つて
２方向にSAW１およびSAW２としてそれぞれ伝
搬していく。SAWの波面は光に対して回折格子
として作用するので、SAWの波面に小さい角度
θで入射した光は、次の条件を満足するときに
SAWによつて完全に反射され、その進行方向が
2θだけ変わる。

sinθ＝λ／２・１／Λ ……(1) ここで λ；光の波長 Λ；SAWの周期 これが、SAWを利用したブラツグ回折による
光の偏向である。

SAWの伝搬速度をVS、IDT１３の各端から、
光ａ１およびｂ１がSAWによつて偏向される位
置（回折点）までの距離をそれぞれlaおよびlbと
する。la＝lbである。第２図を参照して、スイツ
チ２９が時点toから時間Ｔだけオンとされ、IDT
１３からパルス状のSAW１および２が発生した
のち、時間la／VS（＝lb／VS）が経過した時点
で光ａ１とｂ１が同時に回折される。この時点で
は他の光ａ２〜ａ８，ｂ２〜ｂ８はまだ回折され
ずに直進している。SAW１および２はパルス状
であつて、その先端から後端までの巾はＴ・VS
である。そして、この巾Ｔ・VSは、光導波路１
６の間隔ldよりも小さくなるようにパルス巾Ｔが
定められている。したがつて、SAW１は光ａ１
と相互作用している間は、他の光ａ２〜ａ８、と
くにａ２と相互作用しない。SAW２と光ｂ１お
よび他の光との関係も全く同じである。光ａ１お
よびｂ１は、SAW１および２によつてそれぞれ
時間Ｔ（光ａ１，ｂ１の開口をlwとすれば厳密に
はlw／VS＋Ｔ）だけ回折され、SAW１および
２が通過すると、再び非回折光に戻る。次に、時
点toから（la＋lo）／VSの時間が経過したとき
に、光ａ２およびｂ２が同時に、しかもこれらの
光ａ２，ｂ２のみがSAW１および２によつて、
上述の一定時間の間だけ回折される。このように
して、光aiおよびbi（ｉ＝１〜８）は、時点toか
ら時間｛la＋（ｉ−１）・lo｝／VSが経過したと
きに同時に、しかもこれらの光ai，biのみが
SAW１および２によつて一定時間だけ回折され
る。SAWの発生器としては、IDT以外にたとえ
ばガン・ダイオードがある。

グレーテイング・レンズ１４は、光デジタル信
号Ａおよび信号Ｂの回折光を集光するものであ
り、光導波層１２に形成されている。集光手段と
しては、他にジオデジツク・レンズやルネブル
グ・レンズなどを用いることができる。そして、
第１図に示すように光導波層１２上で集光して
も、光導波層１２から出力された光を集光するよ
うにしてもよい。集光された光は次に光検知器１
５によつて検知され、電気信号に変換される。検
知器１５も光導波層１２上に設けても、光導波層
１２外に設けてもどちらでもよい。検知器１５の
出力ｄは、信号ＡおよびＢの回折光の和を表わし
ている。

２つの光デジタル信号ＡとＢにおける互いに比
較される光ビツト信号aiとbi（ｉ＝１〜８）は、
SAWによつて同時に回折される。したがつて、
信号aiとbiが同じデータを表わす場合には（たと
えばａ１とｂ１、ａ２とｂ２、ａ３とｂ３、ａ４
とｂ４）、両信号の輝度が同じであるとすれば、
信号ｄは、各光信号の２倍のレベル（レベル２）
（ai，biがともに１の場合）またはＯレベル（レ
ベルＯ）（ai，biがともにＶの場合）となる。こ
れに対して、互いに比較される信号aiとbiの表わ
すデータが異なる場合には（たとえばａ５とｂ
５、ａ６とｂ６、ａ７とｂ７、ａ８とｂ８）、信
号ｄは、１つの光信号の検知レベル（レベル１）
になる。レベル弁別回路２１には、レベル２より
も若干低い基準レベルS1が設定されており、入
力信号ｄがこのレベルS1を超えた場合にＨレベ
ルとなる信号ｅを出力する。この信号ｅは、
NOT回路２３で反転されて信号ｆとなる。また、
レベル弁別回路２２には、レベル１よりも若干低
い基準レベルS2が設定されており、入力信号ｄ
がこのレベルS2を超えた場合にＨレベルとなる
信号ｇを出力する。この信号ｇはANDゲート２
４に送られる。ゲート２４は信号ｆによつて制御
されるから、ゲート回路２４からは、信号ｄ中の
レベル１の信号成分のみを表わすパルスからなる
信号ｈが出力され、この信号ｈは検出回路２７に
送られる。

タイミング発生回路２５は、時点toにおいてパ
ルス巾Ｔのパルス信号ｉを出力してスイツチ２９
を制御するとともに、各信号aiとbiが回折される
時点に同期したクロツク・パルスCKを出力する。
このクロツク・パルスCKはカウンタ２６に送ら
れ、ここで計数される。検出回路２７は、信号ｈ
中にパルスが現われたときのカウンタ２６の計数
値を読取ることにより不一致の信号ai，biが何ビ
ツト目のデータであるかを検出する。

第３図および第４図は他の実施例を示してい
る。ここでは、光デジタル信号ＡおよびＢの回折
光がそれぞれレンズ１４Ａおよび１４Ｂを経て光
検知器１５Ａおよび１５Ｂに集光され、独立に検
知される。各検知器１５Ａ，１５Ｂの出力jA，
jBは差動増巾器３１に送られ、これらの差が検
出される。信号ＡとＢにおける互いに比較される
光ビツト信号aiとbiが同じデータを表わす場合に
は差動増巾器３１の出力信号ＫはＯレベルである
が、信号aiとbiが異なるデータを表わす場合に
は、信号Ｋ中にはレベル１または−１のパルス成
分が現われる。検出回路３２は、これらのレベル
１または−１のパルス成分を検出し、かつカウン
タ２６の計数出力を参照して、不一致のビツトが
何ビツト目であるかを判断する。

第５図はさらに他の例を示している。信号Ａの
光導波路１６と信号Ｂの光導波路１６とは隣接し
て設けられ、信号Ａ中の光ａ８の光導波路１６の
信号Ｂ中の光ｂ１の光導波路１６との間隔もldに
設定されている。そして、信号Ａの光ａ１〜ａ８
の入射位置順序が第１図に示すものと逆になつて
いる。

IDT１３は、これらの光信号ＡおよびＢの伝搬
光路から横方向にずれた位置に設けられている。
IDT１３の先端から光ａ１の回折点までの距離を
lcとする。IDT１３を駆動制御するためのスイツ
チ２９は、タイミング発生回路からの制御信号ii
によつてオン、オフされる。まず時点toにおい
て、時間Ｔだけスイツチ２９がオンにされ、
SAW１が発生し、光信号Ａ，Ｂの伝搬光路の方
向に向つて伝搬していく。そして、時点toから
Ｌ／VSの時間が経過したときに再びスイツチ２
９が時間Ｔだけオンとされ、SAW２が発生する。
２つのSAW１とSAW２は距離Ｌだけ離れて伝搬
し、光ai，biが順次回折される。距離Ｌは８・lo
に等しく設定される。したがつて、光aiとbiと
が、SAW１とSAW２とによつて、それぞれ同時
に回折される。光信号ＡとＢの各ビツトの比較が
行なわれるのは、時点toから時間（Ｌ＋lc）／
VSが経過して光ａ１とｂ１が回折される時点か
ら、この後時間８・lo／VSが経過する時点まで
である。この比較動作が行なわれている時間帯に
おいて検知器１５から出力される信号ｄは第２図
に示すものと全く同じになるので、全く同様にし
て不一致のビツトを検出することができる。第５
図において、信号Ａの回折光と信号Ｂの回折光と
をそれぞれ別個に検知して、その検知出力の差を
演算するようにすることもできるのは言うまでも
ない。

第１図および第３図に示す実施例においては、
光導波路１６とIDT１３との配置位置関係、すな
わち距離laとlbとを正確に等しく設定する必要が
あるが、これらの距離la，lbをμｍオーダの精度
で作成するのはきわめて困難である。ところが、
第５図に示す実施例においては、距離lcは任意の
長さでよく、作成された距離lcに対してIDT１３
からのSAW発生タイミングを正確に制御すれば
足りる。したがつて、第５図に示す光コンパレー
タは製造が容易であるという利点をもつている。

上記実施例においては、光導波路はLiNbO₃に
Tiを熱拡散することにより形成されているが、
他の音響光学材料および他の方法によつて実現す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２
図は動作を示すタイム・チヤート、第３図は他の
実施例を示す構成図、第４図はその動作を示すタ
イム・チヤート、第５図はさらに他の実施例を示
す構成図である。 １１……LiNbO₃基板、１２……光導波層、１
３……IDT、１４，１４Ａ，１４Ｂ……グレーテ
イング・レンズ、１５，１５Ａ，１５Ｂ……光検
知器、Ａ，Ｂ……光デジタル信号、ａ１〜ａ８，
ｂ１〜ｂ８……光ビツト信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数でかつ同数の光ビツト信号からそれぞれ
   構成される２つの光デジタル信号を、それらの各
   ビツトごとに比較するものであつて、 音響光学材料で形成された光導波層、 各光ビツト信号が互いに平行となるように光導
   波層内を伝搬する２つの光デジタル信号の、互い
   に比較される２つの光ビツト信号のみが同時に回
   折されるように、各光ビツト信号を順次ブラツグ
   回折させる２つのパルス状弾性表面波を発生する
   弾性表面波発生器、および 各光デジタル信号の回折光を検知する手段、 を備えている光コンパレータ。