JPH0397317A - 光論理回路装置 - 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、光電子装置に関する。

（従来技術） 多くの種類の論理デバイスが、光コンピュータ及び光ス
イッチについて提案された。これらは全てデバイスをカ
スケード接続するのに要する利得及び光学的にデバイス
を相互接続して一般プール論理関数を行う少なくとも最
小の機能性を有しなければならない。（例えば、ＮＯＲ
ゲートのカスケード接続構成を用いて、プール論理関数
を実行することは常に可能である。）明らかに実行の立
場からすると、容易に使用できる物理的に十分な機能性
を有するデバイスであることが好ましい。

例えば“３端子デバイス”は明らかに次の理由から“２
端子デバイス“より好ましい。即ち、３端子デバイスに
より得られる入出力アイソレーションが、２端子デバイ
スに付随する限界的なバイアス問題を無くするからであ
る。また設計者が論理機能性を選択できるようなデバイ
スを与えることも望ましいことである。２つの入力ＮＯ
Ｒゲートのみから、任意の光コンピュータを構戊するこ
とは可能ではあるが、さらに複雑なゲートが利用可能で
あると、さらに優れたアーキテクチャが利用できる。最
後に高速かつ低パワー条件で動作するデバイスであるこ
とも重要である。ディ・エイ・ビー◆ミラー（Ｄ．Ａ．
Ｂ．ＭＩＩ１ｅｒ）　、１　９　８　５年１０月８日、
の米国特許第４，５４６，２４４号に開示の自己電気光
学効果素子（ＳＥＥＤ）はこれらの条件を全て満たすも
のである。ＳＥＥＤは、多重量子井戸材料における薄い
半導体層に垂直に加えられた電界の変化により誘導され
る光吸収の変化に基づく。一般的に、量子井戸は、逆バ
イアスｐ−ｆ−ｎダイオードの真性領域に含まれる。適
切な負荷と組合わせたときに得られるデバイスは、光電
子フィードバックと双安定性とを有する。単一抵抗器バ
イアスＳＥＥＤの最初の実証以来引続いて多大の努力が
デバイスの機能向上に集中された。付加的な機能性は、
数個のｐ−ｔ−ｎダイオード上に入射する２以上の光ビ
ームを有することによりＳＥＥＤにおいて達せられた。

例えば、可視光（λ−６３３ｎｍ）ビームにより照射さ
れたフォトダイオードで抵抗負荷を置換することにより
、ダイオードバイアスＳＥＥＤ　（Ｄ−ＳＥＥＤ）はフ
ォトダイオード上の光人力を調節することにより、パワ
ー的に何十年にわたり使用可能である。

例えば、フォトダイオード上に入射するビームは、量子
井戸ダイオードからの光出力を制御できる。

この様なデバイスは、メモリとして使用でき、可視及び
赤外の両ビームを取去った場合３０秒間にもわたりその
状態を保持する。第２の例である対称ＳＥＥＤ　（Ｓ−
ＳＥＥＤ）はエッチ・エス・ヒルトン（ｆ｛．Ｓ．Ｈ１
　１ｔｏｎ）ら、１９８８年６月２８日、の米国特許第
４．７５４，１３２号に開示されたが、これは電気的に
直列接続された２つの量子井戸ｐ−ｔ−ｎダイオードか
らなるものである。これはタイムシーケンシャル利得を
有し、信号タイミング再生もでき、光パワー供給変動に
左右されず好都合な人出力アイソレーションを与える。

信号入力と出力は事実上微分的であるので、特定の論理
パワーレベルを限る必要はなく、デバイスの動作は数十
年に及ぶパワー範囲にわたり可能となる。この様に、Ｓ
−ＳＥＥＤは容易に使用できるという点において最も基
本的な要求を満たしている。また光セットーリセットラ
ッチとして、または、ＮＯＲ，ＯＲ，ＮＡＮＤ，ＡＮＤ
関数のできる微分論理ゲートとして動作できる点におい
てこれは柔軟性のある論理機能性を有する。これはエイ
・エル・レンタイン（Ａ．Ｌ．Ｌｅｎｔｌｎｅ）ら、“
対称自己電気光学効果素子を用いる光子環状計数器と微
分論理ゲート゜と題する論文、「コンファレンス　オン
　レーザース　アンド　エレクトロ　オブティックス（
オプティ力ル　ソサエティ　オブアメリカ）　　（Ｃｏ
ｎｆ’ｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ　（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏ
ｃｉｅｔｙ　ｏｒ　Ａｍｅｒｉｃａ））　Ｊ（１　９８
８年４月）に開示されている。これ以上の機能性はＳ−
ＳＥＥＤの概念を直列接続される３個以上のダイオード
に拡張することにより得られるが、これはマルチ状態自
己電気光学効果素子（Ｍ−ＳＥＥＤ）として、エイ●エ
ル・レンタイン（Ａ．Ｌ．Ｌｅｎｔｌｎｅ）、１９８９
年１月２４日、米国特許第４，８００．２６２号に開示
されている。

Ｍ−ＳＥＥＤは光可動Ｓ−ＳＥＥＤ，画像しきい値デバ
イス、またはマルチ人力セレクションデバイスとして動
作できる。

ピー・ウィートリイ（Ｐ．Ｗｈｅａｔｌｅｙ）らの“ハ
ードリミティング　オプトエレクトロニック論理デバイ
ス゜と題する論文、「フォトニック　スイッチング：プ
ロシーディングス　オブ　ザ　ファースト　トビカル　
ミーティング（Ｐｈｏｔｎｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｆｎｇ：
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｉｒｓｔ　
Ｔｏｐｉｃａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ）Ｊ１９８７年３月、
は光論理に適した２つのオプト　エレクトロニツク　デ
バイスを開示している。この両デバイスは、定電圧源と
接地との間の電気吸収変調器と直列接続されたフォトト
ランジスタを有する。一定の光パワー、即ちポンブパワ
ーのビームは変調器上に入射し、この一部が変調器によ
り吸収されて光電流となり、一部は伝送されてデバイス
の光出力を与える。このように、このデバイスは次の理
由から３端子デバイスである。

即ち、出力パワーは人力信号と同じバスを辿らない一定
の光供給から誘導されるためである。前記ウィートリイ
の論文に開示の第１のデバイスは、ポンプビームの波長
が変調器光電流は印加逆デバイス電圧と共に増加するよ
うなものである反転デバイスである。第２の非反転デバ
イスにおいては、変調器吸収は印加逆デバイス電圧と共
に減少する。

開示のように、多重入力論理ゲートは数個のフォト・ト
ランジスタを用いて作られる。第１の反転デバイスの波
長を用い、２個のフォト・トランジスタを並列接続する
とＮＯＲゲートを作ることができ、直列接続するとＮＡ
ＮＤゲートを作ることができる。第２の非反転デバイス
はそれぞれトランジスタを並列または直列の場合に、Ｏ
ＲまたはＡＮＤゲートとすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 開示されたウィートリイ・デバイス並びに前記に引用の
既知ＳＥＥＤ論理構成では、さらに複雑な論理関数（例
えばＥ−ＡＢ＋ＣＤ）を実行するのに、光カスケード接
続を必要とし、カスケード接続の結果に対応して、増加
する光遅延と損失を有する問題がある。フィートリイ・
デバイスでは、副次的問題として、Ｓ−ＳＥＥＤで一般
的なように、光出力の相補が欠けていることと、タイム
シーケンシャル方式で出力ビームが伝送される前に人力
ビームを取去ることができるように情報を記憶できない
ことがあげられる。

［課題を解決するための手段］ 本発明の手段により前記課題は解決され技術的進歩が達
或されたが、その１例とする本発明の装置で次のことが
行われる。即ち、ＡＮＤ，ＯＲ．ＮＡＮＤＳＮＯＲの４
種の基本的な論理演算の少なくとも２種を有する所定の
論理関数のいずれかに好都合に対応する電気回路を形成
するように、複数の光検出器が相互接続される。そして
電気回路は、光検出器の少なくとも１個の上にそれぞれ
人射する複数の光信号ビームに応答して、所定の論理関
数のとる値に基づいて光出力ビームの発生を制御するの
で、光カスケード接続なしに光論理を本発明の装置は実
行できる。例えば、Ｓ−ＳＥＥＤからなる２個の直列接
続した量子井戸ｐ−ｉ−ｎダイオードを用い、相互接続
した光検出器の電気回路により生ずる電圧に応答し、光
出力ビームを発生する場合に、相補する光出力が得られ
タイムシーケンシャル動作が行われる。

本発明の装置は、光出力ビームを発生する出力デバイス
と、出力デバイスを電気的に制御するため、電気回路を
形威するように相互接続された複数の光検出器とからな
る。この回路は、ＡＮＤ，ＯＲ，ＮＡＡＤ，ＮＯＲから
なる論理演算群からの少なくとも２種の演算を有する論
理関数に対応する。この回路は、電圧源に接続可能であ
り、複数の光信号ビームの論理関数が第１の値である場
合には第１論理値において、また論理関数が第２の値で
ある場合には第２論理値において、回路が光出力ビーム
の発生を制御するように、光検出器の少なくとも１個の
上にそれぞれ人射する複数の光信号ビームに応答する。

実施例で説明すると、論理関数のＡＮＤ及び、ＮＡＮＤ
演算は、いずれも回路内の直列接続に対応し、ＯＲ及び
ＮＯＲ演算はいずれも、回路内の並列接続に対応する。

回路と直列接続する基準光検出器は論理関数が第１の値
である場合には、回路により発生される初期光電流より
大きい初期先電流を発生することにより、そして論理関
数が第２の値である場合には、回路により発生される初
期光電流より小さい初期光電流を発生することにより、
光基準ビームに応答する。基準ビームと信号ビームのパ
ワーは、例えば、光減衰器を用いて制御できるが、これ
は但し、光検出器により発生される初期光電流は論理関
数を達成するために必要となる光電流関係の結果による
。

ここに開示する実施例においては、回路の基準光検出器
と相互接続する光検出器は、量子井戸ｐ−ｉ−ｎダイオ
ードで実行される。光変調を必要としないが、量子井戸
はダイオードの優れたスイッチング性能となる。光基準
ビームは、同じ特性を有する他の量子井戸ｐ−ｉ−ｎダ
イオードから伝送され重要なバイアスの必要性を減ずる
。

回路は、Ｓ−ＳＥＥＤからなる１組の直列接続する量子
井戸ｐ−ｉ−ｎダイオードにより光出力ビームと相補出
力ビームの発生を制御する。光信号ビームは、初めに装
置の状態をセットするように加えられ、次に、光クロッ
クビームは、タイムシーケンシャル方式で、装置の状態
を読取るように、Ｓ−ＳＥＥＤのｐ−Ｌ−ｎダイオード
に加えられる。

［実施例］ 第１図は、本発明を説明するシングルエンド光論理構成
に対する一般的回路図である。多くの場合、検出と変調
のプロセスに同じ量子井戸ｐ−ｉ一ｎダイオードが用い
られるが、簡単のために、ここで説明する回路には（第
６図の回路は例外として）、光信号ビームが入射する１
組の数個のダイオード（信号ダイオード）、基準ビーム
が入射する１個のダイオード（基準ダイオード）、１組
の入射する等しいパワークロックビームから出力ビーム
を発生する２個のダイオード（出力Ｓ−ＳＥＥＤ）を有
する。いずれか２個（またはＮ個）の並列接続するダイ
オードは、２個（またはＮ個）のビームに対し十分に大
きい光ウィンドウを有する単一ダイオードにより置換可
能である。ここで説明する回路は、量子井戸ｐ−ｉ−ｎ
ダイオードのみを用いるが、実際は入射入力ビームを有
するダイオードが量子井戸を持つことは必要ではないが
、持つ場合には、優れたスイッチング性能が結果として
得られる。優れたスイッチング性能は、低減する電圧の
場合の量子井戸の吸収の増加から結果として得られる。

吸収のこの変化が、さらにダイオード間の光電流の差を
高め、そしてそれらをより速くスイッチングさせる。本
発明の装置は、比較的低いバワ一人力信号と基準ビーム
を用いて装置の状態をセットし、次に続いて１組の等し
く、高いパワークロックビームを用いて、その状態を読
取ることにより動作し、そしてＳ−ＳＥＥＤに存在する
同一のタイムシーケンシャル利得機構を達成する。

論理ゲートの動作を以下に説明する。まず、回路１１０
のダイオード１１１、１１２、１１３等に信号ビームを
加え、基準ビームをダイオード１２０に加える。基準ビ
ームは、固定電圧Ｖ，が印加された量子井戸変調器１５
０に、先のクロックビームを通過させることにより与え
られる。基準ビームと信号ビームとは、同一（クロック
）レ−ザから誘導され、同一特性を有する量子井戸ｐ−
ｉ−ｎダイオードを通過し、さらに限界的なバイアスの
必要性を低減する。回路１１０と基準ダイオードの１２
０間とのノードにある電圧は、発生電流の関数である。

非反転関数（例えばＡＮＤとＯＲの組合わせ）に対し、
基準ビームバワーレベルは、基準ダイオード１２０の端
子間電圧は論理関数が満足されない場合は、事実上ゼロ
となるように調節される。これは基準ダイオード１２０
により発生される光電流が、回路１１０により発生され
るそれより初期に大きい場合に起る。基準ビームバワー
レベルは調節され、基準ダイオード１２０の端子間電圧
が、論理関数が満足される場合に、供給電圧Ｖ。に事実
上等しくなる。この場合、基準ダイオード１２０により
発生される光電流は、回路１１０より発生されるそれよ
り初期には小さい。この２つの場合は、基準ビームに対
するパワーレベルの範囲を与え、大きなバイアスは存在
しない。検出器として量子井戸ｐ−ｉ−ｎダイオードを
使用する場合、双安定性の存在する入力バワ一レベルの
範囲がある。従って、上記２つの場合に必要となること
は、基準ダイオード１２０で発生される光電流は、回路
１１０により発生されるそれにより十分に大きいかまた
は小さいかであることで、その結果の基準ダイオード１
２０の端子間電圧は人力信号の全てのセットに対し一義
的に（即ち双安定ループの外に）規定される。もう１つ
の方法は、入力信号と基準ビームを加える間に、供給電
圧■。をゼロから増加し、有効に双安定特性を除去する
ことである。負の抵抗領域を有しない光検出器（例えば
量子井戸を有しない検出器）に入射する人力信号を有す
るダイオードに対し用いても、双安定特性を除去できる
。

量子井戸ｐ−４−ｎダイオード１３０と１４０からなる
出力Ｓ−ＳＥＥＤのセンタノードは、・基準ダイオード
１２０と回路１１０との間の点に接続されるため、この
点における電圧が一度決定されると（即ち、回路のスイ
ッチング時間後）、信号ビームは取去られ、そして高い
パワークロックビームが高パワーにおける装置の状態を
読み出すように加えられて、かくして、タイムシーケン
シャル利得を達成する。しかし、双安定性は装置の状態
を読取るためには必要であり、従って、出力Ｓ−ＳＥＥ
Ｄは、クロック信号を加える場合に双安定領域を有しな
ければならない。これを保証するために、回路は、高電
圧より低電圧において吸収の大きい波長で動作し、そし
て双安定性領域を確実とする。ここでは、低電圧は低光
出力に対応し、高電圧は高光出力に対応する。第１図の
出力信号Ｃは、非反転出力（論理関数が満足される場合
は″ハイ″）であるが、その理由は前述のように、基準
ダイオード１２０端子間電圧が論理関数が満足される場
合、パワー供給電圧Ｖ。に事実上等しいためである。出
力信号Ｄは出力Ｃに相補するため、それは反転出力であ
る。例えば、出力Ｄは、ＮＯＲゲートとＮＡＮＤゲート
に用いられる。

この動作可能な波長域はＳ−ＳＥＥＤにおいて双安定性
のない、例えば大波長域であって、ここでは電圧の増加
と共に吸収は増加するが、利得機構は存在しない。検出
器ダイオードにフォトトランジスタを使用すると、エネ
ルギー効率の改良可能なこの利得機構を得ることができ
る。

第２図に示すＯＲ／ＮＯＲ構成に対する信号ダイオード
は、２個の並列接続の量子井戸ダイオード２１１と２１
２からなり、それぞれ入力信号Ａと入力信号Ｂを有する
。ＯＲ演算に対し、信号ＡとＢのいずれか一方が論理“
１゛の場合に、出力は論理“１”となる。そうでない場
合、出力は論理“０”となる。基準ビームバワーに対す
る制約は次の通りである。全てのダイオードに対する応
答を等しいと仮定し、２個の入力信号のパワーの和が基
準ビームバワーより十分に小さいならば、両入力が共に
論理“０“のとき、基準ダイオード２２０の端子間は事
実上ゼロボルトとなる。出力Ｓ−ＳＥＥＤのダイオード
２３０は、基準ダイオード２２０と並列接続されている
ので、クロックビームが加えられる場合、出力Ｃは“ロ
ー”となる。反対に、もし２個の入力信号のパワーの和
が基準ビームバワーより十分に大きいならば、少なくと
も１個の入力が論理“１”のとき、基準ダイオード２２
０端子間には、ほぼ供給電圧Ｖ。が現われ、そしてクロ
ックビームが加えられる場合、出力Ｃは、“ハイ”とな
る。信号を加えている間、双安定特性は、ＤＣパワー供
給を瞬間的にターンオフすることにより、なくすること
ができるので、装置は真の光比較器として働く。つまり
基準ビームバワーは論理“Ｏ”のパワーの２倍と論理″
０２と論理“１゛のパワーの和との間になければならな
いことになる。

ダイオード２４０により発生される出力Ｄは、出力Ｃに
相補的なので、ＤはＡとＢのＮＯＲである。ＡＮＤ／Ｎ
ＡＮＤゲートは同じ回路構成を用い論理“０゛と論理″
１２のパワーの和と論理“１＃のバワーの２倍との間に
基準ビームパワーを選択することにより実現できる。Ｎ
個の入力のＭが１ハイ”であるとき、論理″１”である
出力を有する論理構成は、Ｎ個のダイオードを有し、そ
れぞれ１個の入力を有し並列に接続されている。

この論理構成に対する基準ビームバワーレベルは範囲は
次式： （Ｍ−１）Ｐ　　　　＋　（Ｎ−Ｍ＋１）Ｐ論理。

論理１ ＜Ｐ　　　＜　（Ｍ）　Ｐ　　　　＋　（Ｎ−Ｍ）　Ｐ
論理。

基準　　　　　論理１ により与えられるが、ここで、ＯＲ／ＮＯＲゲートに対
し、Ｍ−１、ＡＮＤ／ＮＡＮＤゲートに対し、Ｍ−Ｎ，
インバータ／バッファまたはＤ形フリップフロップに対
し、Ｍ−Ｎ■１である。基準ビームに対する最適値は不
等式の２端の中間にあるように選択される。この場合基
準ビーム振幅は次式： Ｐ基準一（　（２Ｍ−１）Ｐ論理１ ＋　（２Ｎ−２Ｍ＋１）Ｐ論理○）／２により与えられ
る。基準ビームバワーの制約は、大きいＮにはタイトと
なるので、この論理ゲートは少数の人力に対し非常に好
都合である。

第３図に示すＡＮＤ／ＮＡＮＤ論理構成は、他の論理関
数と組合わせる場合に特に好都合である。

信号人力ＡとＢは、それぞれ直列に接続する２個のダイ
オード３１１と３１２上に入射する。基準信号を含める
と入力は、３個の直列に接続する量子井戸ｐ−ｉ−ｎダ
イオード３２０，３１１、３１２上に入射する。等しい
パワー人力光ビームに対し、第３図の装置は３つの状態
を有し、それぞれ状態は、端子間に事実上供給電圧Ｖ。

（及び高い光出力）を有する１個のｐ−ｉ−ｎダイオー
ドと、両端子間に事実上のゼロボルトを有する他の２個
のダイオードに対応する。電圧Ｖ。が入力信号を加えな
がら（いずれの双安定特性を効果的に取除きながら）ゼ
ロから上げられると、最小の入射光パワーを有すること
になる。そうでない場合は、特定のダイオードは双安定
領域の外に一義的に装置状態を決めるためには、他の２
個のダイオードより十分に小さいパワーを有する人力信
号を持たねばならない。ＡＮＤゲートとして演算する場
合、両入力が共に論理“１”の場合のみ、出力は論理“
１２となる。そうでない場合は、出力は論理“０゜とな
る。基準ビームバワーは論理“０”のそれより大きいと
仮定し、もし信号ＡかＢのどちらか一方が論理“０”の
場合、論理“０”人力を有する特定のダイオードは、そ
の端子間に事実上供給電圧Ｖ。を有し、その他のダイオ
ード（基準ダイオード３２０を含め）は、その端子間が
事実上ゼロボルトとなる。もし両信号が論理“０“であ
ると、最小パワー（若干の不等式があると仮定して）の
入力論理“０”を有するダイオードは、その端子間供給
電圧Ｖ。を事実上有し、そして基準ダイオード３２０は
、なおその端子間に事実上ゼロボルトを有する。出力Ｓ
−ＳＥＥＤのダイオード３３０は、基準ダイオード３２
０と並列接続されているため、クロックビームが加えら
れるとき、出力Ｃは“ロー”となる。もし基準ビームバ
ワーが論理″１＃のそれより小さいならば、入力ＡとＢ
が共に論理“１”のとき、基準ダイオード３２０は最小
入射パワーとその端子間に事実上供給電圧■。を有する
。従って、クロックが加えられる場合、出力Ｃは“ハイ
“となる。この様に、もし基準ビームバワーが論理“Ｏ
゜と論理“１″の間にあるとすると、第３図に示す回路
構成はＡＮＤ関数を行う。Ｓ−ＳＥＥＤの２個の出力は
相補するので、ダイオード３４０により発生される出力
Ｄは、２個の入力ＡとＢのＮＡＮＤである。

Ｎ入力ＡＮＤ／ＮＡＮＤゲートはＮ個のダイオード（但
しそれぞれＮ個の入射信号ビームの１つに対応する）を
基準ダイオードと直列に接続することにより、実現でき
る。このゲートに対する基準ビームパワーレベルの制約
は、基準ビームにおけるパワーレベルが論理“０”パワ
ーレベルと論理“１”レベル（双安定ループがないと仮
定し）の間にあることである。この場合、マルチ人力Ａ
ＮＤ／ＮＡＮＤゲートは、人力数に関係なく同じ信号許
容値を有し、そして、同じスイ・ノチングエネルギーを
また有する。このように、このＮ人力ＡＮＤ／ＮＡＮＤ
ゲートは、大きい論理入力数に有用なものである。非常
に大きいＮの場合に演算を制限する１つの実用上の制約
は、ロー状態にあるダイオードの端子間に有限の順方向
の電圧が現われること、即ち光起電力のあることである
。この電圧の存在はデバイスの基本的機能を変えるもの
ではないが、順方向電圧の和は“ハイ″状態にあるダイ
オードにブレイクダウンを起こさせるような大きいもの
であってはならない。

第１図に示す種類の１端子光論理構戊の重要な利点は、
この様な構成で任意の関数を実行できることにある。第
４図に示す構成により２つのサブ関数のＯＲはサブ関数
に対応する回路４１１と４１２を並列接続することによ
り、実行される。第５図に示す構成により２つのサブ関
数のＡＮＤはサブ関数に対応する回路５１１と５１２を
直列接続することにより実行される。このような関数の
１例はＥ−ＡＢ＋ＣＤである。この関数を実行するため
の回路構戒を第６図に示す。注目点は、基準ダイオード
と出力Ｓ−ＳＥＥＤのトップダイオードが１個のダイオ
ード６３０に結合されていることである。電気的に直列
接続された２個のｐ−ｉ−ｎダイオード６１１と６１２
からなるサブグループ１は、ＡとＢのＡＮＤを実行する
。また直列の２個のダイオード６１３と６１４からなる
サブグループ２は、ＣとＤのＡＮＤを実行する。サブグ
ループ１と２を並列接続することにより、回路はＡＢと
ＣＤの所望のＯＲを実行する。この回路を一般化してＳ
ｐ直列ダイオードのＰ並列接続グループからなり、但し
、ここで直列接続するダイオードの各グループは、ダイ
オードの同数を有する必要はない、そしてプログラム可
能論理アレイ（即ち多くのＡＮＤのＯＲ）を形成する。

次にＥ−　（ＡＢ十Ｃ）Ｄにより与えられる他の任意の
関数を考え、これが第７図の構成により実行されること
を説明する。まずＡＢは、直列接続するダイオード７１
１と７１２に実行される。この直列グループと並列のダ
イオード７１３は、ＡＢとＣのＯＲ関数を実行する。こ
の３個のダイオード、７１１、７１２、７１３がサブグ
ループ１を構成する。別のダイオード７１４は、サブグ
ループ１と直列接続され、（Ａ　Ｂ　＋　Ｃ）とＤのＡ
ＮＤ関数を実行する。次に、サブグループ１は基準ダイ
オード７２０と直列接続されダイオード７３０と７４０
とからなる出力Ｓ−ＳＥＥＤのセンタノードにおける出
力電圧を与える。

第７図に示す構成において、入力信号のコントラスト比
率は、適切に論理関数を行うような構成に対し２：１よ
り大きくなければならない。その理由は、入力ビームＤ
の論理“１″は、入力ビームＡ，Ｂ，Ｃの論理“０”よ
り大きい電流を発生しなければならないからである。入
射ビームＣのダイオード７１３は入射ビームＡとＢのダ
イオード７１１と７１２の組と並列接続されているため
、これら３個のダイオード７１１、７１２、７１３のい
ずれか１個の電流の寄与は、入力ビームＤのダイオード
７１４のそれの２倍となる。光減衰器が、最適性能（特
に人力信号が２つの論理レベル間でコントラスト比率が
小さい場合）を達成するために、追加できる。光減衰器
は、一般に、各ダイオードに対し異なる。それらはデバ
イスの一部として加工されるか、またはデバイスの画像
面に置かれた減衰器のパターン化されたアレイである。

また、もし入力コントラスト比率が十分にある（これは
特定の回路によるカリとすると、減衰器は必要でない。

次に、論理構成を１より大きいコントラスト比率に対し
動作しようとすると仮定し、減衰器の適当な値に対する
計算を説明する。これは大きいコントラスト比率に対し
光パワーレベルの不均等性の影響を最小にするものであ
る。

減衰器に対する最適値を計算するために使用する方法は
、システムを完全に不安定平衡状態にあるようにさせる
値を選ぶ方法である。このような状態において、システ
ムはスイッチングとなる人力のいかなる僅かな変動につ
いても非常に鋭敏である。従って、等しいパワー入射ビ
ームと全てのダイオードが、同じ応答性を有すると仮定
すると、全てのダイオードに等しい電流が発生する。回
路における全てのダイオードは不安定平衡点においてバ
イアスが与えられていると考えられ、そしてそのような
点はただ１つのみ存在することから、この事は全てのダ
イオードについて当てはまる。

事実、信号が加えられている間電圧がゼロから増加する
場合に限り、デバイスはこのような状態にある。そうで
ない場合、システムにおける双安定性がそうなることを
妨げる。減衰器に対するこの値の本計算方法を説明する
ために、第７図に示す構或を考える。まず、サブグルー
プ１のダイオードにより発生される電流を考える。もし
等しい電流が各ダイオードにより発生されるとすると、
サブグループ１における直列電流は、入力ビームＤに対
するダイオード７１４のそれの２倍となる。

従って、サブグループ１におけるダイオード上に入射す
る入力信号は、５０％だけ減衰される必要がある。これ
は非常に簡単な例であるが、この方法はさらに複雑な構
戊に同様に適用できる。

同様に重要点として任意の回路における基準ビームバワ
ーの制約の計算がある。一般的に、真理値表が回路に対
し書かれ、回路における全電流に対する各ダイオードの
寄与が計算される。再び、全てのダイオードは同じ応答
性を有すると仮定する。直列接続するサブグループの寄
与は、サブグループの最小のものに等しく、並列接続す
るサブグループの寄与は、各サブグループの電流の和に
等しい。次に関数が論理“０”である場合の電流の最大
が求められ、関数が論理“１”である場合の電流の最小
が求められる。入力信号が加えられている間双安定性が
ないと仮定すると、基準ビームは、これら２つの電流の
間にある電流を発生しなければならない。そうでない場
合、基準ビームは次のように制約される。即ち、関数が
満足される場合基準ダイオードにより発生される電流に
対する信号ダイオードにより発生される電流の比率は、
装置の状態を一義的に決めるのに要する臨界係数ｋを越
える。反対に、関数が満足されない場合、基準ダイオー
ドにより発生される電流に対する信号ダイオードにより
発生される電流の比率は１／ｋより小さくなければなら
ない。幾つかの回路に対し次のことは可能である。即ち
、人力信号が十分なコントラスト比を有しない限り、も
しくは上記のように、信号が加えられている間双安定性
が取除かれていない限り、これらの両条件共満足される
ことはない。

第７図の回路に対し真理値表と発生電流を第８図に示す
。電流値は次の仮定において計算された。

即ち、人力ビームＡＳＢ，Ｃは５０％だけ減衰され、応
答性は簡単のためＩＡ／Ｗの一定値を選び、入力信号を
加えている間は双安定性は取除かれといるとする。（全
電流スケールで応答性として一定ではないが、量子井戸
ダイオードの１個に対しＯないし１５ボルトで平均約０
．３Ａ／Ｗ．）第８図における最後の欄から、基準ビー
ムバワーレベルに対する制約は式： ２論理Ｏ＜Ｐ基準＜０゜　５（Ｐ論理１＋２論理Ｏ）で
ある。

基準ビームに対する最適パワーレベルは、この不等式の
両辺の間の中間点にある。この場合基準ビームバワーは （１／４）Ｐ．Ａ　　　＋　（３／４）Ｐ論理。

禰理１ に等しい。

第９図は第６図の回路に対する真理値表を示す。

この回路に減衰器は必要としない。

第９図の最後の欄から基準ビームパワーレベルに対する
制約は式： ２Ｐ論理Ｏ＜Ｐ基準＜２論理１＋２論理０である。

この不等式の両辺の中間点に基準ビームバワーを選ぶと
基準ビームバワーレベルは （１／２）Ｐ論理１＋　（３／２）Ｐ論理ｏとなる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の構成によりさらに複独な論
理関数（例えばＥ−ＡＢ＋ＣＤ）を既知ＳＥＥＤ論理構
或の場合の光カスケード接続を必要とせずに実行するこ
とができる。

上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシングルエンド光論理構成に対する
一般的回路を示す図、 第２図ないし第７図は、第１図に示す種類の構成の特定
実施例に対する回路を示す図、第８図と第９図は、第７
図と第６図に示す実施例に対しそれぞれ光電流関係を規
定する表である。 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンドＦＩＧ．
６ ＦＩＧ．　８ ｖ０ ＦＩＧ．９

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）光出力ビームを生成する手段と、 この生成手段を電気的に制御する電気回路を形成するよ
   う相互接続された複数の光検出器手段とからなり、 この電気回路は、ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲから
   なる論理演算群から少なくとも２種の演算を含む論理関
   数に対応し、 この電気回路は、電圧源に接続可能で、 この電気回路は、複数の光信号ビームに応答し、この各
   光信号ビームは、前記複数の光信号ビームの該論理関数
   が第１の値である場合は第１論理値において、また前記
   複数の光信号ビームの該論関数が第２の値である場合は
   第２論理値において、該電気回路が該光出力ビームの発
   生を制御するように、前記光検出器手段の少なくとも１
   個の上に入射する ことを特徴とする光論理回路装置。
2. （２）該論理関数のＡＮＤとＮＡＮＤの演算は、該電気
   回路内で直列接続に対応し、 該論理関数のＯＲとＮＯＲの演算は、該電気回路内で並
   列接続に対応する ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. （３）前記複数の光検知器手段は、それぞれ、ｐ−ｉ−
   ｎダイオードからなる ことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. （４）前記複数の光検出器手段は、それぞれ、半導体量
   子井戸領域を含む ことを特徴とする請求項１記載の装置。
5. （５）光検出器手段を更に有し、 この光検出器手段は、前記電圧源と接続するために前記
   電気回路と直列接続され、 光基準ビームに応答し、前記複数の光信号ビームの前記
   論理関数が前記第１の値である場合は、前記回路により
   発生される初期光電流より大きい初期光電流を発生し、
   前記複数の光信号ビームの前記論理関数が前記第２の値
   である場合は、前記回路により発生される初期光電流よ
   り小さい初期光電流を発生する ことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. （６）前記複数の光検出器手段と前記電気回路と直列接
   続する前記光検出器手段とは、それぞれｐ−ｉ−ｎダイ
   オードからなる ことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. （７）前記複数の光検出器手段と前記電気回路と直列接
   続する前記光検出器手段とは、それぞれ半導体量子井戸
   領域を含む ことを特徴とする請求項５記載の装置。
8. （８）前記光基準ビームを前記回路と直列接続する前記
   光検出器手段に伝送する手段を更に有し、この伝送手段
   は、ｐ−ｉ−ｎダイオードの真性領域に量子井戸を有す
   るｐ−ｉ−ｎダイオードからなることを特徴とする請求
   項７記載の装置。
9. （９）前記電圧源と接続するために前記回路と直列接続
   し、光基準ビームに応答する光検出器手段を更に有し、 前記光信号ビームと前記光基準ビームのパワーは、前記
   回路と直列接続する前記光検出器手段が、前記複数の光
   信号ビームの前記論理関数が前記第１の値である場合は
   、前記電気回路により発生される初期光電流より大きい
   初期光電流を発生し、前記複数の光信号ビームの前記論
   理関数が前記第２の値である場合は、前記電気回路によ
   り発生される初期光電流より小さい初期光電流を発生さ
   せるような、ものであることを特徴とする請求項１記載
   の装置。
10. （１０）前記回路に電気的に接続され、前記光出力ビー
    ムに相補するビームを発生させる手段を更に有すること
    を特徴とする請求項１記載の装置。
11. （１１）前記相補ビーム発生手段は、半導体量子井戸領
    域を含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. （１２）前記相補ビーム発生手段は、ｐ−ｉ−ｎダイオ
    ードからなることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. （１３）前記相補ビーム発生手段は、光クロックビーム
    に応答して、前記光出力ビームを発生する光変調器手段
    からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
14. （１４）前記複数の光信号ビームを前記装置の状態をセ
    ットする為に初めに加え、続いて、前記装置の状態を読
    取る為に、前記光クロックビームを加えることを特徴と
    する請求項１３記載の装置。
15. （１５）前記電気回路に電気的に接続され、前記光出力
    ビームに相補するビームを発生する手段を更に有するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の装置。
16. （１６）前記光変調器手段は、半導体量子井戸領域を含
    むことを特徴とする請求項１６記載の装置。
17. （１７）前記光変調器手段は、ｐ−ｉ−ｎダイオードか
    らなることを特徴とする請求項１６記載の装置。