JPH0383292A - 光記憶装置 - 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、光を利用した極めて高速なアクセスが可能な
記憶装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、光記憶装置としては、写真技術に立脚したマイク
ロフィッシュ技術のように情報を直接記憶媒体に記録す
る方式、あるいはフーリエ変換像である回折像をホログ
ラムの形で記憶する方式など、各種の方式の装置が提案
されている。

その中で、通信や情報処理用の光記憶装置として特に注
目されているものとして、記憶及び読み出しく再生）に
レーザビームを用いる光デイスク装置がある。この種の
装置としては、ＣＤ（−２ンパクトデイスク）あるいは
レーザディスクのように民生用装置として広く普及して
いる装置から、大型計算機の大容量記憶媒体として開発
段階にある装置まで、種々のものがある。

光デイスク装置の基本動作原理は下記（１）〜（４）で
ある。

（１１円盤（ディスク）上の特定箇所にレーザ光を照射
することによって、光損傷、光構造変化、磁気的転移な
どにより、周囲と反射率が違うスポットを生せしめ、こ
れを情報とする。スポットの有無、スポットの密度など
として情報の蓄積が可能である。

（２）　　スポットが現に存在するか、あるいは存在す
るはずの位置にレーザ光を照射し、反射光の強度変化に
より、情報の検出即ち読み出し動作を行う。

（３）　　アドレスに対応する情報の存在する空間の走
査は、ディスクの回転と、ヘッドの円心方向（半径方向
）の機械的走査によって行う。

（４）非可逆的な構造変化を伴う作用による記憶方法の
場合は読み出し専用の記憶装置となるが、磁気的転移な
ど可逆的変化の作用を活用すると、書き変え可能な記憶
装置となる。

このように、光デイスク装置は磁気記憶装置に比べて大
容量、周辺回路の簡易化、非接触ゆえの長寿命性、など
優れた特徴を有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、光デイスク装置では上述の通り、情報の
アクセスにヘッドの機械的走査を伴うため、極めて低速
な動作しか期待できない。即ち、従来の光デイスク装置
は２次的記憶装置としては有効であるが、半導体のキャ
ッシュメモリに代表されるような、高速アクセスを要す
る記憶装置としては到底使用できろものではない。

本発明は、従来の光デイスク装置のような機械的走査を
必要としない、超真逮アクセスが可能な光記憶装置を実
現することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明による光記憶装置は、光信号の伝ばんが可能な光
導波路をループに接続してなる情報蓄積手段と、前記情
報！積手段のループ内に少なくとも１つ有する、ループ
内を伝ぱんする所定のタイミングを持つ光信号を外部制
御信号により減衰させることが可能な信号制御手段と、
前記情報蓄積手段の光導波路に光信号を励起する少なく
とも一つの書き込み手段と、前記情報Ｎ積手段の光導波
路内を伝ぱんする光信号を取り出す少なくとも一つの読
み出し手段とを具備することを特徴とするものである。

ここで、光導波路は光ファイバあるいは平面先導波路、
あるいはこれらの組み合せなど、光信号を伝ばんせしめ
ろことが可能な適宜な光導波路である。

く作　　　用〉 上記構成において、情報の書き込み動作は、書き込み手
段により光導波路に光信号を励起しループ内に導入する
ことによりなされる。

導入された光信号はループ内を周囲板ばんする状態で保
持される。即ち、情報として蓄積されろ。

情報の読み出し動作は、読み出し手段により光導波路か
ら取り出される光信号を検出することにより行われる。

情報の消去あるいは書き換えは、ループ中、信号制御手
段の部分を所定の光信号が通過するタイミングで、ルー
プ内を伝ぱんする光信号を減衰あるいは増幅など変化さ
せることにより行われる。

従い、本発明装置では従来のような機械的走査を必要と
せず、情報の読み出しアクセスは、光信号が光導波路内
に導入されて伝ばんし、検出されるまでの時間、即ち先
導波路内の光の伝ばん遅延時間のオーダーという極めて
高速なものとなる。このように、本発明装置は構造及び
動作原理、並びに得られる特性共に、従来の光デイスク
装置とは全く異なるものである。

〈実　施　例〉 以下、図面に示す実施例とともに本発明を説明する。

第１図は本発明による光記憶装置の−実施例を示し、同
図中、ＬＰは情報蓄積手段をなすループ状光導波路、Ｓ
Ｗはループ内の信号制御手段、Ｃ１は書き込み手段、Ｃ
２は読み出し手段である。また、ＴＩＮは信号制御手段
ＳＷの制御信号入力端子、ＩＮは書き込み手段Ｃ１の光
信号の入力端子、ＯＵＴは読み出し手段Ｃ２の光信号の
出力端子、ＬＯはループ外への光信号排出月光導波路で
ある。また、第２図は信号制御手段ＳＷを方向性結合Ｍ
型のスイッチで実現した例を示し、Ｅは制御用ｍ＄ＥＦ
＋、ＧＮＤは接地ｇ極である。

第１図から分るように、光記憶装置はループ状光導波ｇ
ｉｉＬＰを情報蓄積領域として持ち、その先導波路には
情報を書き込むために被蓄積信号である光信号をループ
内に導入する書き込み手段Ｃ１と、情報を読み出すため
に光信号をループ外に取り出し所定の信号を検出する読
み出し手段Ｃ２と、情報の消去または書き換のためルー
プ内を伝ぱんする光信号を外部制御信号に従って減衰さ
せることが可能な信号制御手段ＳＷとを有している。

ループ状先導波路ＬＰは光ファイバ、ｍ電体ガイド、平
面光導波路などからなり、書き込み手段Ｃ１、読み出し
手段Ｃ２及び信号制御手段ＳＷの位置を除く部分では光
信号（パルス状）を極力蓋なく且つ低損失に伝ばんさせ
ることが可能なものであればどのようなものでも良く、
本発明では特に限定されることはない。

書き込み手段Ｃ１はループ状光導波路ＬＰに光信号を励
起して導入できるものであれば良く、例えば方向性光結
合器で実現される。

この場合、入力端子ＩＮからループ内に導入する光信号
の振幅を大きく出来るように、方向性光結合器としては
、結合効率が大きなことが望ましい。

読み出し手段Ｃ２はループ状先導波路ＬＰ中を伝ぱんす
る光信号を検出することができるものであれば良く、例
えばループ中の光波動と弱い結合を持つタップと検出器
とからなる。タップは例えば結合効率の小さい方向性光
結合器によって構成すれば良い。あるいは、光導波路が
光ファイバの場合、光ファイバの局所的な曲げなどによ
る応力がかかった部分から洩れ出す光を、タップ出力用
光導波路と結合させてタップを実現することも可能であ
る。

信号制御手段ＳＷは電気あるいは光などによる外部制御
信号に従って、ループ状光導波路ＬＰを伝ぱんする光信
号を減衰させることが可能な素子であればどのようなも
のでも良い。

本実施例では、信号ｌ！ｉ１１御手段ＳＷを方向性光結
合器型のスイッチ素子によって実現している。このスイ
ッチ素子は良く知られているのでその詳細な説明は省略
するが、第２図面の簡単な説明する。第２図において、
電界により屈折率が変化できる材料、例えばＬ　ｉ　Ｎ
　ｂ　Ｏ，や半導体ガイドよりなる２つの先導波路１，
２が互いに結合モードを持つように近接して設置されて
おり、２つの光導波ｓ１゜２の屈折率を異ならせるｔコ
めの電極Ｅ及び接地ｍ極　ＧＮＤが設置された構造とな
っている。そして、入力端子ＴＴＮから電極Ｅに制御信
号が印加されていない場合、ループに沿って入力してき
た光信号はそのままループの軌道に伝ぱんするが、制御
信号が印加されている場合には、光信号は光導波路ＬＯ
による排出軌道に伝ぱんするという動作のスイッチング
が行われる。このスイッチング動作により、外部から制
御信号を印加すると、その時信号制御手段ＳＷを通過し
てループ内を周回伝ぱんする光信号は極めて大きな減衰
を受けたことにＡる。

次に第１図、第２図に示した実施例装置のメモリとして
の動作を説明する。

囚　書き込み動作： 所定のタイミングで、蓄積すべき情報である短いパルス
の光信号を入力端子ＩＮに印加する。ここでは、仮に情
報の“１″と“０″に対し短光パルス信号の有無を対応
づけるものとする。入力端子ＩＮに印加された光パルス
信号は書き込み手段Ｃ１を通してループ状光導波路ＬＰ
に導入され、そこに周回伝ぱんするパルス列３の形で蓄
積される。即ち記憶保持される。

＠　読み出し動作： 結合係数の小さなタップ部では光パルス信号のエネルギ
の殆どそのままがループ内を伝ばんし、その極く一部４
がタップ用光導波路（第１図のＬＯ）に伝ばんして出力
端子ＯＵＴからループ外に取り出される。

この際、タップの構造や、伝ぱんする光の姿態によって
若干の波形の乱れはあるが、周回して読み出し手段Ｃ２
のタップに到着した光パルス信号は殆どその形態を保っ
たまま２つに分かれ、１つはそのまま周回を続け、他の
１つはタップ出力４となる。

タップ出力４に含まれる情報は、検出器において、所定
のタイミングに光パルス信号が有るか無いかを判定する
ことにより検出される。従って、前述の如く光パルス信
号の有無即ちタップ出力の有無が情報のパ１″とＯ″に
対応することから、上述の動作により情報の読み出しが
行われることになる。

（Ｃ）　　アクセス時間： 上述した動作において、書き込み時間及び読み出し時間
は最大でも、略々光パルス信号がループ状光導波路ＬＰ
を周回する時間のオーダとなる。例えば、入力する光パ
ルス信号としてｌｐｓ程度のものをとり、記憶容量ＩＫ
ｂとすると、アクセス時間はｌｎｓオーダという超高逮
なものとなる。

０　消去、書き換え動作： ループ状光導波路ＬＰを周回する光パルス信号のうち、
ｗＪ御対象となる情報パルスがちょうど信号制御手段Ｓ
Ｗの部分を通過するタイミングに同期して、外部トリガ
により制御信号入力端子ＴＩＮに制御信号が印加されて
いれば、周回してきた光パルス信号はエネルギの大部分
がループ外に排出される結果、減衰し、情報の消去（１
１き換え）が行われろ。第１図のパルス列５中、破線の
パルスが消去されたものを示す。

上記のタイミングに制御信号が入力されていない場合は
、光パルス信号は減衰されることなく再度ループを周回
することく仁なる。即ち、この場合、消去は行われない
。

次に、信号制御手段ＳＷの他の例を第３図により説明す
る。前述の如く信号制御手段ＳＷはどのようなスイッチ
素子でも良く、第３図のものはマツハツエンダ型の干渉
計を利用したもの、即ちループ状先導波路ＬＰを長さが
略等しい２つの経路Ｐ１とＰ２に分け、一方の経路ｐｉ
を信号制御手段ＳＷとして用いｔコものである。この場
合も、ループ状光導波路ＬＰＩよ電界により屈折率、従
って伝ぱんする光の伝ばん常数を変えることが可能な材
料よりなり、２つの経路Ｐ１とＰ２の部分の電界を異な
らせろための電極ＥとＧＮＤを設置しである。

第３図に示す信号ａｍ手段ＳＷの場合、ループ状光導波
路ＬＰを左側から矢印方向６に進んできた光信号は、分
岐点Ａで２つの経路Ｐｉ、Ｐ２に分れて伝ばんし、制御
信号入力端子ＴＩＮに制御信号が印加されていない場合
には、これら分れた２つの光信号は同一の位相で合流点
Ｂで合流し、再びループ状光導波路ＬＰを右方向７へ伝
ぱんする。

一方、制御信号入力端子ＴＩＮに制御信号が印加されて
いる場合には、２つの経路ＰＩ。

Ｐ２での屈折率の違いに従って伝ばん常数が異なるため
、両経路ＰＬ、Ｐ２に分流して伝ばんした光信号は合流
点Ｂで合流したとき位相が互いに異なることになる。そ
して、素子の材料、構造、動作レベルを適当に選ぶこと
により、２つの光信号の位相を逆相にすることができ、
合流して大幅に減衰する。従って、第３図の例でもルー
プ内の情報をスイッチ（ζより制御できる。この場合、
２つの逆相光信号は合流点Ｂで反射され、再び両＠　ｒ
ｒｌｔ　Ｐ　１　ｓＰ２を通って逆に左方向８に伝ばん
し、分岐点Ａに戻る。この際、２つの光信号は位相が同
相に戻ることからループ状光導波路ＬＰを左方向９へ進
行することになる。この左方向へ伝ぱんする光信号は雑
音成分となるので、第３図のように、方向性光結合Ｗｓ
１０などを用い光導波路ＬＯを通してループ外に排除す
れば良い。

なお、第３図の信号制御手段ＳＷを用いた場合のメモリ
としての動作、及び、得られる特性、効果は、第１図、
第２図の実施例と同一であり、従ってこれらの説明は省
略する。

次に本発明の他の実施例を第４図により説明する。第４
図に示すように、この実施例の光記憶装置では読み出し
手段をＣ２からＣＮまで複数（Ｎ−１）個用いる点が第
１図の実施例と異なり、基本動作は読み出しをＮ−１並
列に行うことを除いて第１図の実施例と同一である。Ｏ
ＵＴ　１〜０ＵＴＮ−１は各読み出し手段Ｃ２〜ＣＮの
出力端子である。

読み出し手段を複数個用いることの利点は、高速読み出
しが可能となる点にある。即ち、情報の読み出し時間は
ほぼ光信号が読み出し手段に達するまでの時間で決まり
、ｎ個設けることにより、読み出し時間はほぼｎ分の１
になる。

第４図の実施例では読み出し手段のみをループ状光導波
路ＬＰに複数値設電したが、その他に、書き込み手段お
よび／あるいは信号制御手段も複数偏設けることにより
、書き込み、あるいは消去、書き換えのアクセス時間の
短縮も可能となる。

ところで、本発明の光記憶装置では、ループ状光導波路
ＬＰを周回する光信号が伝ばん損失により振幅を少しづ
つ減衰するため、大容量で長時間保持のメモリとしては
若干問題が残る。しかし、この伝ばん損失による減衰の
問題を避けるためには、ループ内にレーザ増幅器やファ
イバ増幅器などの光増幅手段を挿入設置し、損失の補償
を加えれば良い。

上述した各実施例では信号制御手段ＳＷにおいて、スイ
ッチ素子としての光制御の物理過程として屈折率の変化
を利用するものを説明したが、この他に、偏光状態を利
用するもの、散乱過程を利用するものなど各種の信号制
御手段がある。更に、光の制御過程として吸収制御ある
いは利得制御を用いることも可能なことは言うまでもな
い。

そして利得制御を用いて光信号を制御する場合は、例え
ば、信号制御手段として光増幅手段を用い、外部制御信
号が印加されていないときは周回する光信号を所定の利
得で増幅して大振幅とし、印加されているときは利得を
ｌ以下に切り換えるか光増幅手段をバイパスさせろかす
ることにより、相対的（等価的）に光信号を減衰させれ
ば良い。

なお、第１図〜第３図に例示した光記憶装置で利用する
電気光学効果などの効率は一般に小さく、従って、十分
なスイッチングを行うためには相互作用長を比較的長く
とる必要がある。そして、光パルス１つ１つを独立に蓄
積、記憶、読み出し、消去などの制御をすることを考え
ると、取扱える情報の速度は上記の相互作用長のふん伝
ぱんする光信号の遅延時間に制限されろことになる。し
かしながら、この遅延時間に比べて極く短い光パルスで
もスイッチングすることができる。従って、情報量を飛
躍的に増加するためには、記憶、読み出しなどの処理を
行う単位として複数の光パルス、例えばバイト、あるい
はワードなどの単位で行えば良い。即ち、実際の情報処
理などにおいては情報はバイト単位などで処理されるこ
とを見ても明らかな通り、上述した遅、延時間に関する
条件は大きな制約にならないことが多い。この場合、取
り扱える情報量あるいは情報速度は、−度に扱う光パル
スの個数分増大することになる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の光記憶装置によると、従
来の光デイスク装置のような機械的走査を必要とせず、
光の伝ばん速度に従う極めて高速なアクセスが可能な光
記憶装置の実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の構成図、第２図と第３
図はそれぞれ信号制御手段の例を示す図、第４図は本発
明の他の実施例装置の構成図である。 図面中、 ＩＮは光信号の入力端子、 ＯＵＴ、０ＵＴＩ〜０１ＪＴＮ−１は光信号の出力端子
、 ＴＩＮは制御信号の入力端子、 ＬＰはループ状先導波路、 Ｃ１は書き込み手段、 Ｃ２〜ＣＮは読み出し手段、 ＳＷは信号制御手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光信号の伝ぱんが可能な光導波路をループに接続してな
   る情報蓄積手段と、 前記情報蓄積手段のループ内に少なくとも１つ有する、
   ループ内を伝ぱんする所定のタイミングを持つ光信号を
   外部制御信号により減衰させることが可能な信号制御手
   段と、 前記情報蓄積手段の光導波路に光信号を励起する少なく
   とも一つの書き込み手段と、 前記情報蓄積手段の光導波路内を伝ぱんする光信号を取
   り出す少なくとも一つの読み出し手段とを具備すること
   を特徴とする光記憶装置。