JPH0668593B2 - 光論理要素 - Google Patents
光論理要素Info
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- JPH0668593B2 JPH0668593B2 JP61280938A JP28093886A JPH0668593B2 JP H0668593 B2 JPH0668593 B2 JP H0668593B2 JP 61280938 A JP61280938 A JP 61280938A JP 28093886 A JP28093886 A JP 28093886A JP H0668593 B2 JPH0668593 B2 JP H0668593B2
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/218—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference using semi-conducting materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
Description
【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明はより一般的には光論理要素の分野、より具体的
には一連に動作される一群の光論理要素に関する。
には一連に動作される一群の光論理要素に関する。
技術の背景 現在、光論理要素に対する関心が、これらが潜在的に高
速論理動作を遂行する能力を持つこと及び、大きな並列
コンピュータに構成できる可能性から非常に高まつてい
る。１つの光論理要素のアレイが少なくとも１０６個の
論理ゲートを含み、これらが同時に機能することが期待
できる。これらアレイの数個を一連のレンズによつて光
学的に相互接続することによつて、一定の時間内に現在
電気論理要素によつて可能と考えられているより多くの
論理要素を動作することが可能であると考えられる。
速論理動作を遂行する能力を持つこと及び、大きな並列
コンピュータに構成できる可能性から非常に高まつてい
る。１つの光論理要素のアレイが少なくとも１０６個の
論理ゲートを含み、これらが同時に機能することが期待
できる。これらアレイの数個を一連のレンズによつて光
学的に相互接続することによつて、一定の時間内に現在
電気論理要素によつて可能と考えられているより多くの
論理要素を動作することが可能であると考えられる。
幾つかのタイプの光論理要素が開発されている。例え
ば、高度に光線形の半導体材質、例えば、ＩｎＳｂ、Ｉ
ｎＡｓあるいはＧａＡｓが光双安定デバイス内に使用さ
れる。これに関しては、例えば、アプライド フイジク
ス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ）、ページ１３１−１３３、１９８３年１月
１５日号を参照すること。これら半導体の励起子に起因
する吸収効果に基づく多重量子井戸（ＭＱＷ）デバイス
への使用が実演されている。１つの有望なＭＱＷデバイ
スは自己電気光学効果デバイス（ＳＥＥＤ）と呼ばれ、
光学的に影響された電場を使用して光線の変調を行な
う。これに関しては、例えば、アプライド フイジクス
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）、ページ１３−１５、１９８４年を参照する
こと。これら要素は単一ビーム論理要素とも呼ばれる。
ば、高度に光線形の半導体材質、例えば、ＩｎＳｂ、Ｉ
ｎＡｓあるいはＧａＡｓが光双安定デバイス内に使用さ
れる。これに関しては、例えば、アプライド フイジク
ス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ）、ページ１３１−１３３、１９８３年１月
１５日号を参照すること。これら半導体の励起子に起因
する吸収効果に基づく多重量子井戸（ＭＱＷ）デバイス
への使用が実演されている。１つの有望なＭＱＷデバイ
スは自己電気光学効果デバイス（ＳＥＥＤ）と呼ばれ、
光学的に影響された電場を使用して光線の変調を行な
う。これに関しては、例えば、アプライド フイジクス
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）、ページ１３−１５、１９８４年を参照する
こと。これら要素は単一ビーム論理要素とも呼ばれる。
光論理要素へのもう１つのアプローチは非線形フアブリ
ーペロ エタロンを使用して論理ゲートを構成する。例
えば、アプライド フイジクス レターズ（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、ページ１７
２−１７４、１９８４年１月１５日号を参照すること。
この方法は、例えば、２つの入力ビーム及び１つのプロ
ーブビームを使用し、非線形媒体が、１つの入力パルス
の吸収が屈折率を変化させ、結果としてプローブビーム
波長付近でのフアブリーペロ透過ピークが半最高値の所
で約１波長だけシフトされるように選択される。勿論、
このピークは媒体が緩和されると元の波長の所に戻ど
る。ただし、出力は入力ビームがエタロンに当つた直後
のプローブビームの透過によつて決定されるため問題な
い。パルス式動作も考えられ、むしろこの方が好ましい
場合が多い。このタイプの論理要素は、このデバイスが
２つのビーム、この場合は２つの異なる波長を特徴とす
る２つのビームを区別することから、二重ビームデバイ
スと呼ばれる。
ーペロ エタロンを使用して論理ゲートを構成する。例
えば、アプライド フイジクス レターズ（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、ページ１７
２−１７４、１９８４年１月１５日号を参照すること。
この方法は、例えば、２つの入力ビーム及び１つのプロ
ーブビームを使用し、非線形媒体が、１つの入力パルス
の吸収が屈折率を変化させ、結果としてプローブビーム
波長付近でのフアブリーペロ透過ピークが半最高値の所
で約１波長だけシフトされるように選択される。勿論、
このピークは媒体が緩和されると元の波長の所に戻ど
る。ただし、出力は入力ビームがエタロンに当つた直後
のプローブビームの透過によつて決定されるため問題な
い。パルス式動作も考えられ、むしろこの方が好ましい
場合が多い。このタイプの論理要素は、このデバイスが
２つのビーム、この場合は２つの異なる波長を特徴とす
る２つのビームを区別することから、二重ビームデバイ
スと呼ばれる。
類似の研究、例えば、フアブリーペロ空胴の光学調節に
よる光の変調が報告されているが、論理動作遂行の可能
性に関しては明示されてない。この方法においては、空
胴を通じ伝送される単一ビームが制御ビームによつて変
調される。ここで、制御ビームは空胴媒体の屈折率を変
化させ、これによつて単一ビームに対する屈折率を変化
させる。これに関しては、例えば、アプライド フイジ
クス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｅｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）、ページ５１１−５１４、１９７９年４
月１５日号を参照すること。
よる光の変調が報告されているが、論理動作遂行の可能
性に関しては明示されてない。この方法においては、空
胴を通じ伝送される単一ビームが制御ビームによつて変
調される。ここで、制御ビームは空胴媒体の屈折率を変
化させ、これによつて単一ビームに対する屈折率を変化
させる。これに関しては、例えば、アプライド フイジ
クス レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｅｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）、ページ５１１−５１４、１９７９年４
月１５日号を参照すること。
光論理要素は、少なくとも理論上は、電気論理要素と比
較して、非常に向上されたスイツチング能力を持つ。し
かし、多くの論理要素は、電気論理要素にはみられない
制約を持つ。この制約の１つとして方向性の問題があ
る。光要素は好ましい入力側以外の方向からの光線入力
を受け入れる。このため外来光線が入力として受け入れ
られ、結果として、デバイスの動作が妨害される。広い
間隔の論理要素を持つ小さなアレイにおいては、方向性
の欠如は大きな問題とはならないが、大きなアレイ内の
密集した論理要素においては、情報の流れとは逆の方向
に不注意に加えられた外来光線が発生し、結果として、
誤動作あるいは論理要素のノイズに対する抵抗が低下さ
れる場合がある。本発明はこの問題を解決することを目
的とする。
較して、非常に向上されたスイツチング能力を持つ。し
かし、多くの論理要素は、電気論理要素にはみられない
制約を持つ。この制約の１つとして方向性の問題があ
る。光要素は好ましい入力側以外の方向からの光線入力
を受け入れる。このため外来光線が入力として受け入れ
られ、結果として、デバイスの動作が妨害される。広い
間隔の論理要素を持つ小さなアレイにおいては、方向性
の欠如は大きな問題とはならないが、大きなアレイ内の
密集した論理要素においては、情報の流れとは逆の方向
に不注意に加えられた外来光線が発生し、結果として、
誤動作あるいは論理要素のノイズに対する抵抗が低下さ
れる場合がある。本発明はこの問題を解決することを目
的とする。
発明の構成 本発明は第１と第２の反射デバイスの間に光学的に非線
形の媒体を持つ光理論要素に関する。プローブビーム及
び少なくとも１つの入力ビームがこの要素に当てられ
る。第１の反射デバイスはこの入力ビームの波長を透過
し、一方、第２の反射デバイスは入力ビーム及びプロー
ブビームの両方の波長を反射する。このため非線形媒体
は第１の反射デバイスに加えられたビームには応答する
が、第２の反射デバイスに加えられたビームには感応し
ない。
形の媒体を持つ光理論要素に関する。プローブビーム及
び少なくとも１つの入力ビームがこの要素に当てられ
る。第１の反射デバイスはこの入力ビームの波長を透過
し、一方、第２の反射デバイスは入力ビーム及びプロー
ブビームの両方の波長を反射する。このため非線形媒体
は第１の反射デバイスに加えられたビームには応答する
が、第２の反射デバイスに加えられたビームには感応し
ない。
発明の実施例 第１図は先行技術による多量ビーム光論理要素の一例と
しての実施態様の略図を示す。プローブ光源１、少なく
とも１つの入力光源３、非線形要素５、及び非線形要素
からの出力を検出するための装置７が示される。装置７
は光検出器であり得る。さらにレンズ１１が示される
が、これはそれぞれ入力及びプローブ光線の焦点を非線
形要素に合せるのに使用される。このプローブ及び入力
光線は鏡１５によつて非線形要素に向けられる。プロー
ブ光線はレンズ９及び光線スプリツタ１７によつて検出
装置に向けられる。光源１及び３は光線の強度を変える
ための装置を含む。非線形要素は１９として示される非
線形媒体を含む。
しての実施態様の略図を示す。プローブ光源１、少なく
とも１つの入力光源３、非線形要素５、及び非線形要素
からの出力を検出するための装置７が示される。装置７
は光検出器であり得る。さらにレンズ１１が示される
が、これはそれぞれ入力及びプローブ光線の焦点を非線
形要素に合せるのに使用される。このプローブ及び入力
光線は鏡１５によつて非線形要素に向けられる。プロー
ブ光線はレンズ９及び光線スプリツタ１７によつて検出
装置に向けられる。光源１及び３は光線の強度を変える
ための装置を含む。非線形要素は１９として示される非
線形媒体を含む。
この入力及びプローブ光線は異なる波長を持つ。つま
り、この論理要素は二重光線デバイスである。典型的な
半導体吸収特性から、一般に、ブローブ光線は入力光線
の波長より長いブローブ波長を持つ。これは、プローブ
光線の吸収が最小にされたとき、ある論理動作、例え
ば、ＮＯＲを遂行する。さらに、パルスモードにて動作
する場合は、プローブ光線に対する入力光線の影響を最
大にするために入力光線がプローブ光線を追跡すること
が要求される。
り、この論理要素は二重光線デバイスである。典型的な
半導体吸収特性から、一般に、ブローブ光線は入力光線
の波長より長いブローブ波長を持つ。これは、プローブ
光線の吸収が最小にされたとき、ある論理動作、例え
ば、ＮＯＲを遂行する。さらに、パルスモードにて動作
する場合は、プローブ光線に対する入力光線の影響を最
大にするために入力光線がプローブ光線を追跡すること
が要求される。
第１図の非線形要素は、非線形媒体として、例えば、分
子ビームエピタキシーによつて成長された多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造を使用する透過非線形フアブリーペロ
エタロンである。このＭＱＷ構造は、公称上、６３ピリ
オドの７６オングストローム厚ＧａＡｓ及び８１オング
ストローム厚Al0.37Ga0.63Ａｓ層を含む。この層がAl
0.37Ga0.63Ａｓ層によつてクラツドされ、全体で約１．
２５μMの厚さとされる。このエタロン鏡は４波長厚の
スペーサを持つ１０層誘電体干渉フイルタから成る。こ
のフイルタは８２５nmにて発光するモード固定レーザー
のピーク出力波長の所で高透過率を示し、８５０nmより
長い波長の所で９７％あるいはそれ以上の反射率を示す
ように設計される。プローブ波長の所で高公差を与え、
またプローブ波長に近い波長の入力パルスを効率的に活
用することからこのタイプの鏡が要求される。
子ビームエピタキシーによつて成長された多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造を使用する透過非線形フアブリーペロ
エタロンである。このＭＱＷ構造は、公称上、６３ピリ
オドの７６オングストローム厚ＧａＡｓ及び８１オング
ストローム厚Al0.37Ga0.63Ａｓ層を含む。この層がAl
0.37Ga0.63Ａｓ層によつてクラツドされ、全体で約１．
２５μMの厚さとされる。このエタロン鏡は４波長厚の
スペーサを持つ１０層誘電体干渉フイルタから成る。こ
のフイルタは８２５nmにて発光するモード固定レーザー
のピーク出力波長の所で高透過率を示し、８５０nmより
長い波長の所で９７％あるいはそれ以上の反射率を示す
ように設計される。プローブ波長の所で高公差を与え、
またプローブ波長に近い波長の入力パルスを効率的に活
用することからこのタイプの鏡が要求される。
プローブ光源にはＣＷ色素レーザーからの８５０nm１０
mW光線が使用され、７ピコ秒入力光線には８２５nmの所
にピーク出力を持ちキヤビテイダンパーを装備する同期
ポンプモード固定色素レーザーからの出力が使用され
る。プローブはパルスモードにて動作することもでき
る。ただし、ここでは緩和特性をよりはつきり示すため
にＣＷモードの動作が選択された。入力パルスのエネル
ギーを調節することもできる。このゲートは弱い入力パ
ルスにて制御できる比較的高エネルギーの入力パルスを
使用することもできる。
mW光線が使用され、７ピコ秒入力光線には８２５nmの所
にピーク出力を持ちキヤビテイダンパーを装備する同期
ポンプモード固定色素レーザーからの出力が使用され
る。プローブはパルスモードにて動作することもでき
る。ただし、ここでは緩和特性をよりはつきり示すため
にＣＷモードの動作が選択された。入力パルスのエネル
ギーを調節することもできる。このゲートは弱い入力パ
ルスにて制御できる比較的高エネルギーの入力パルスを
使用することもできる。
つまり、フアブリーペロ空胴を通じての透過特性は入力
パルスによつて決定される。
パルスによつて決定される。
これは以下の説明からより良く理解できる。非線形要素
は、ＮＯＲゲートとして使用されたとき、入力光線の波
長の所で非常に高い吸収体として機能する。しかし、入
力光線が存在しないと、プローブエネルギーが少しは吸
収されるが、プローブ光線に対して殆んど透明である。
空洞の調節によつて、非線形要素内の非線形媒体は透明
とし、非線形要素は不透明とすることができる。プロー
ブ光線の吸収の変化は、公称上は、エタロンの調節のみ
によるもので、プローブ光線の波長の所での吸収率の変
化によるものではないと想定される。入力光線が存在し
ない場合に、プローブ光線の透過率及び吸収率が共に最
大化される。しかし、１つあるいは複数の入力光線が存
在すると、プローブ光線は主に反射される。これは、非
線形媒体による入力光線の吸収がプローブ波長の所での
媒体の屈折率を変化させ、従つて、プローブ光線からみ
た空洞の光路長が変化するためである。プローブ光線は
入力光線よりもかなり高いエネルギーを持つため、非線
形媒体あるいは鏡内のプローブ光線の少しの吸収が結果
として１つの入力光線と同程度のエネルギー吸収を与え
る。従つて、ゼロあるいは１の入力レベルにおいては、
吸収されるエネルギーはほぼ等しく、動作温度は環境温
度より少し高くなるが温度の安定性は確保される。
は、ＮＯＲゲートとして使用されたとき、入力光線の波
長の所で非常に高い吸収体として機能する。しかし、入
力光線が存在しないと、プローブエネルギーが少しは吸
収されるが、プローブ光線に対して殆んど透明である。
空洞の調節によつて、非線形要素内の非線形媒体は透明
とし、非線形要素は不透明とすることができる。プロー
ブ光線の吸収の変化は、公称上は、エタロンの調節のみ
によるもので、プローブ光線の波長の所での吸収率の変
化によるものではないと想定される。入力光線が存在し
ない場合に、プローブ光線の透過率及び吸収率が共に最
大化される。しかし、１つあるいは複数の入力光線が存
在すると、プローブ光線は主に反射される。これは、非
線形媒体による入力光線の吸収がプローブ波長の所での
媒体の屈折率を変化させ、従つて、プローブ光線からみ
た空洞の光路長が変化するためである。プローブ光線は
入力光線よりもかなり高いエネルギーを持つため、非線
形媒体あるいは鏡内のプローブ光線の少しの吸収が結果
として１つの入力光線と同程度のエネルギー吸収を与え
る。従つて、ゼロあるいは１の入力レベルにおいては、
吸収されるエネルギーはほぼ等しく、動作温度は環境温
度より少し高くなるが温度の安定性は確保される。
各種の変形が考えられる。例えば、非線形媒体として、
ＭＱＷ構造でなく、バルク半導体材質を使用することも
できる。ただし、現時点においては、室温において励起
によつて強い非線形効果があるため、ＭＱＷ構造の方が
好んで使用される。反射フアブリーペロ エタロン、つ
まり、完全に反射するバツクミラーを持つフアブリーペ
ロ エタロンを使用することができる。一例としての半
導体材質としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＣｄＳが含
まれる。
ＭＱＷ構造でなく、バルク半導体材質を使用することも
できる。ただし、現時点においては、室温において励起
によつて強い非線形効果があるため、ＭＱＷ構造の方が
好んで使用される。反射フアブリーペロ エタロン、つ
まり、完全に反射するバツクミラーを持つフアブリーペ
ロ エタロンを使用することができる。一例としての半
導体材質としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＣｄＳが含
まれる。
複数の入力光線を使用することも考えられる。この分析
はパルスが空洞ビルドアツプ時間に対して十分に長いこ
とを前提としての概算であることに注意する。従つて、
この分析はプローブ光線の吸収が入力光線の吸収と同一
の物理的効果を与えない場合は妥当でない。ただし、こ
れは、通常、妥当な概算を与えると考えて良い。
はパルスが空洞ビルドアツプ時間に対して十分に長いこ
とを前提としての概算であることに注意する。従つて、
この分析はプローブ光線の吸収が入力光線の吸収と同一
の物理的効果を与えない場合は妥当でない。ただし、こ
れは、通常、妥当な概算を与えると考えて良い。
これら論理要素は、通常は、負の論理ゲート、例えば、
ＮＯＲあるいはＮＡＮＤとして使用される。これは、こ
れらゲートがエネルギー吸収の差を最小化するためであ
る。ＮＯＲゲートとしての使用が最も有望である。
ＮＯＲあるいはＮＡＮＤとして使用される。これは、こ
れらゲートがエネルギー吸収の差を最小化するためであ
る。ＮＯＲゲートとしての使用が最も有望である。
自己制限ＮＯＲゲートの場合は、プローブ光源からのパ
ルス間ノイズが概ねコントラストに等しい係数だけ減少
される。従つて、自己制限ゲートは、非自己制限ゲート
と比較してノイズに強い。入力光線及びプローブ光線は
必ずしも非線形要素に空洞の同じ側から入いるとは限ら
ない。これらは反対側から入れてある。つまり、一連の
光論理要素を通じてのデータ流は好ましい方向である
が、反対方向から入いる外来入力光線が論理要素の正常
な動作を妨害する恐れがある。
ルス間ノイズが概ねコントラストに等しい係数だけ減少
される。従つて、自己制限ゲートは、非自己制限ゲート
と比較してノイズに強い。入力光線及びプローブ光線は
必ずしも非線形要素に空洞の同じ側から入いるとは限ら
ない。これらは反対側から入れてある。つまり、一連の
光論理要素を通じてのデータ流は好ましい方向である
が、反対方向から入いる外来入力光線が論理要素の正常
な動作を妨害する恐れがある。
入力光線及びプローブ光線の両方ともパルスあるいはＣ
Ｗのいすれのモードでも動作することができる。ただ
し、両方の光線が同一の時間的特性を持つことが必要で
ある。用語“ＣＷ”は強度がデバイス応答時間あるいは
クロツク期間より長い時間一定あるいは概ね一定である
ことを意味する。“パルス”はデバイスクロツク期間よ
りも短かい媒体緩和時間より短かい時間を意味する。
Ｗのいすれのモードでも動作することができる。ただ
し、両方の光線が同一の時間的特性を持つことが必要で
ある。用語“ＣＷ”は強度がデバイス応答時間あるいは
クロツク期間より長い時間一定あるいは概ね一定である
ことを意味する。“パルス”はデバイスクロツク期間よ
りも短かい媒体緩和時間より短かい時間を意味する。
第２図は非対称の本発明による多重ビーム光論理要素の
略図を示す。入力光源２０１は放射エネルギー、例え
ば、波長λｉ（例えば、８２５nm）の光線を鏡２１５及
びレンズ２１１を介して反射デバイス２３０に向ける。
一方、光源２０３は波長λｐ（例えば、８５０nm）の光
線を鏡２１５及びレンズ２１１を介して反射デバイスの
左側に向ける。
略図を示す。入力光源２０１は放射エネルギー、例え
ば、波長λｉ（例えば、８２５nm）の光線を鏡２１５及
びレンズ２１１を介して反射デバイス２３０に向ける。
一方、光源２０３は波長λｐ（例えば、８５０nm）の光
線を鏡２１５及びレンズ２１１を介して反射デバイスの
左側に向ける。
本発明による反射デバイス２３０は光源２０３からのプ
ローブ光線の少しを非線形媒体２１９にパスし、光源２
０１からの入力光線の実質的に全てを非線形媒体２１９
にパスするように設計された層２３０−１から２３０−
８を含む。層２３０−１、２３０−３、２３０−５及び
２３０−７は高屈折率材質、例えば、硫化亜鉛から成
り、層２３０−２、２３０−４、２３０−６及び２３０
−８は低屈折率材質、例えば、フツ化マグネシウムから
成る。高屈折率層２３０−５を除くこれら層の全ては入
力光線波長λｉの４分の１波長の幅を持つ。層２３０−
５は２分の１波長の整数倍の幅を持ち、入力光線をデバ
イス２３０を通じて非線形媒体２１９により効率的にパ
ルスする。
ローブ光線の少しを非線形媒体２１９にパスし、光源２
０１からの入力光線の実質的に全てを非線形媒体２１９
にパスするように設計された層２３０−１から２３０−
８を含む。層２３０−１、２３０−３、２３０−５及び
２３０−７は高屈折率材質、例えば、硫化亜鉛から成
り、層２３０−２、２３０−４、２３０−６及び２３０
−８は低屈折率材質、例えば、フツ化マグネシウムから
成る。高屈折率層２３０−５を除くこれら層の全ては入
力光線波長λｉの４分の１波長の幅を持つ。層２３０−
５は２分の１波長の整数倍の幅を持ち、入力光線をデバ
イス２３０を通じて非線形媒体２１９により効率的にパ
ルスする。
デバイス２３５は層２３５−１から２３５−８を含む。
層２３５−１、２３５−３、２３５−５及び２３５−７
は低屈折率材質（例えば、ＭｇＦ）から成る。残りの層
は高屈折率材質（例えば、ＺｎＳ）から成る。これらは
入力光線周波数の４分の１波長あるいは４分の１波長の
整数倍の幅を持つ。デバイス２３０内に複数の２分の１
波長の層、例えば、層２３０−５が存在しない場合は、
層２３５−８に当たる実質的に全ての光線は、高効率に
て反射され、この方向からの非線形媒体２１９の右側の
所での入力光線の強度は非常に低くなる。第３図はデバ
イス２３０及び２３５の反射率を波長の関数として示
す。波形３０１はデバイス２３０の反射率を表わす。こ
れは入力光線の波長λｉの所に反射率の顕著な下落を持
つが、その他の所では高い反射率を示す。波形３０５は
デバイス２３５の反射率を示すが、これは対象となる全
ての波長の所で高い反射率を示す。
層２３５−１、２３５−３、２３５−５及び２３５−７
は低屈折率材質（例えば、ＭｇＦ）から成る。残りの層
は高屈折率材質（例えば、ＺｎＳ）から成る。これらは
入力光線周波数の４分の１波長あるいは４分の１波長の
整数倍の幅を持つ。デバイス２３０内に複数の２分の１
波長の層、例えば、層２３０−５が存在しない場合は、
層２３５−８に当たる実質的に全ての光線は、高効率に
て反射され、この方向からの非線形媒体２１９の右側の
所での入力光線の強度は非常に低くなる。第３図はデバ
イス２３０及び２３５の反射率を波長の関数として示
す。波形３０１はデバイス２３０の反射率を表わす。こ
れは入力光線の波長λｉの所に反射率の顕著な下落を持
つが、その他の所では高い反射率を示す。波形３０５は
デバイス２３５の反射率を示すが、これは対象となる全
ての波長の所で高い反射率を示す。
エタロン内の非対称性の程度は、デバイス２３０を通つ
て入力側から入いる入力光線から吸収された光とデバイ
ス２３５を通つて出力側から入いる入力光線から吸収さ
れる光の比によつて表わすことができる。反射デバイス
２３０及び２３５が吸収を行なわず、入力波長の所でそ
れぞれＲ１及びＲ２の反射率を持ち、αＬは（入力波長
の所の）非線形媒体の吸収率×長さの積を表わすものと
すると、非対称性の程度Ａは以下の標準のフアブリーペ
ロ エタロン式によつて表わすことができる。
て入力側から入いる入力光線から吸収された光とデバイ
ス２３５を通つて出力側から入いる入力光線から吸収さ
れる光の比によつて表わすことができる。反射デバイス
２３０及び２３５が吸収を行なわず、入力波長の所でそ
れぞれＲ１及びＲ２の反射率を持ち、αＬは（入力波長
の所の）非線形媒体の吸収率×長さの積を表わすものと
すると、非対称性の程度Ａは以下の標準のフアブリーペ
ロ エタロン式によつて表わすことができる。
この式から、Ｒ２が増加される、あるいはＲ１が減少さ
れると、Ａは増加することがわかる。Ｒ２＝1.0である
場合は、Ａは期待されるように無限に接近する。αＬ≧
0.5の場合は、Ｒ１＝０が望ましい構成を与える。これ
は媒体内の２度の通過によつて殆んどの入力光線が十分
に吸収されるためである。αＬ＜＜１の場合は、エタロ
ンの厚さが入力波長と共振するとき媒体が入力光線を効
率的に吸収できるように十分に大きなＲ１を持つことが
必要である。この場合、Ｒ１−２αＬが適当な選択で
ある。これらの全ての場合において、Ｒ２は、設計が許
す限り最大にされる。これは、これが常に大きな非対称
性を保証するためである。反射デバイス２３０及び２３
５はプローブ光線の波長の所で、これがエタロンと共振
するときプローブ光線の透過を最大限にするため、可能
な限り同一の反射率を持すことが好ましい。この等化は
鏡デバイス２３５内に１つの厚い層を含めることによつ
て実現できる。この層の厚さは、鏡デバイス２３０の反
射特性曲線の鏡像であり、またプローブ光線波長に対し
て対称性を持つ反射特性曲線を与えるような厚さにされ
る。この反射特性の最小ポイントは、入力光線の波長よ
り、プローブ波長と入力光線の波長との差の２倍以上長
い波長の所で起こるようにされる。
れると、Ａは増加することがわかる。Ｒ２＝1.0である
場合は、Ａは期待されるように無限に接近する。αＬ≧
0.5の場合は、Ｒ１＝０が望ましい構成を与える。これ
は媒体内の２度の通過によつて殆んどの入力光線が十分
に吸収されるためである。αＬ＜＜１の場合は、エタロ
ンの厚さが入力波長と共振するとき媒体が入力光線を効
率的に吸収できるように十分に大きなＲ１を持つことが
必要である。この場合、Ｒ１−２αＬが適当な選択で
ある。これらの全ての場合において、Ｒ２は、設計が許
す限り最大にされる。これは、これが常に大きな非対称
性を保証するためである。反射デバイス２３０及び２３
５はプローブ光線の波長の所で、これがエタロンと共振
するときプローブ光線の透過を最大限にするため、可能
な限り同一の反射率を持すことが好ましい。この等化は
鏡デバイス２３５内に１つの厚い層を含めることによつ
て実現できる。この層の厚さは、鏡デバイス２３０の反
射特性曲線の鏡像であり、またプローブ光線波長に対し
て対称性を持つ反射特性曲線を与えるような厚さにされ
る。この反射特性の最小ポイントは、入力光線の波長よ
り、プローブ波長と入力光線の波長との差の２倍以上長
い波長の所で起こるようにされる。
動作において、入力光源２０１から鏡２３０に加えられ
る入力光線は、鏡２３０によつて非線形媒体（ＮＬＭ）
２１９に送くられ、ここで吸収され、次に鏡２３５によ
つてもう１度ＮＬＭ内を通過される。入力光線の吸収さ
れなかつた残りの部分は再び鏡２３０に送くられる。こ
のＮＬＭ２１９の２度の通過によつて、入力光線の吸収
の効率が、鏡２３０及び２３５の両方が入力光線を透過
する場合と比較して向上される。論理要素２０５はこれ
によつて、入力光線が非線形媒体に到達する前に反射さ
れるために層２３５−８に当たる入力光線に対して高度
にインセンシテイブとなる。従つて、データは第２図の
デバイスの左から右へと流れるのみである。
る入力光線は、鏡２３０によつて非線形媒体（ＮＬＭ）
２１９に送くられ、ここで吸収され、次に鏡２３５によ
つてもう１度ＮＬＭ内を通過される。入力光線の吸収さ
れなかつた残りの部分は再び鏡２３０に送くられる。こ
のＮＬＭ２１９の２度の通過によつて、入力光線の吸収
の効率が、鏡２３０及び２３５の両方が入力光線を透過
する場合と比較して向上される。論理要素２０５はこれ
によつて、入力光線が非線形媒体に到達する前に反射さ
れるために層２３５−８に当たる入力光線に対して高度
にインセンシテイブとなる。従つて、データは第２図の
デバイスの左から右へと流れるのみである。
第４図は本発明による光論理要素のアレイの略図を示
す。図示されるごとく、４５として示されるアレイ４５
は、個々が４５０として示される複数の光論理要素を含
む。これら光論理要素は第１図に既に詳細に示されてい
るため、ここで再度詳細には示されない。図示されるご
とく、これら要素はプレーナアレイを形成する。
す。図示されるごとく、４５として示されるアレイ４５
は、個々が４５０として示される複数の光論理要素を含
む。これら光論理要素は第１図に既に詳細に示されてい
るため、ここで再度詳細には示されない。図示されるご
とく、これら要素はプレーナアレイを形成する。
本発明による光論理要素のアレイは縦接続、つまり、レ
ンズによつて光学的に相互接続することもできる。この
ように縦接続されたアレイが第４図に示されるが、これ
は複数のレンズ５０７及び５０９によつて光学的に相互
接続された第４図に示されるような複数のアレイ５０
１、５０３及び５０５から構成される。本発明による
と、光線はこのアレイを通じて、これら論理要素の非対
称性によつて決定される方向にのみ伝搬される。アレイ
の左側から加えられる光線がこの中の光論理デバイスに
よつて使用される。しかし、これら光論理要素は、論理
要素の反射デバイスの構造の差によつて、このアレイの
右側から加えられる光線に対してはインセンシテイブで
ある。第２のアレイ内の非線形要素は第１のアレイから
の出力を検出するための装置として機能する。必要な特
性を持つレンズの選択及び使用は当業者において明白で
ある。
ンズによつて光学的に相互接続することもできる。この
ように縦接続されたアレイが第４図に示されるが、これ
は複数のレンズ５０７及び５０９によつて光学的に相互
接続された第４図に示されるような複数のアレイ５０
１、５０３及び５０５から構成される。本発明による
と、光線はこのアレイを通じて、これら論理要素の非対
称性によつて決定される方向にのみ伝搬される。アレイ
の左側から加えられる光線がこの中の光論理デバイスに
よつて使用される。しかし、これら光論理要素は、論理
要素の反射デバイスの構造の差によつて、このアレイの
右側から加えられる光線に対してはインセンシテイブで
ある。第２のアレイ内の非線形要素は第１のアレイから
の出力を検出するための装置として機能する。必要な特
性を持つレンズの選択及び使用は当業者において明白で
ある。
１つの実施態様においては、このプローブ及び入力光線
の役割が連続するアレイ内で交互に変えられる。つま
り、ある１つのアレイ内のプローブ光線が次のアレイの
入力光線となる。この場合は、例えば、第２のアレイに
対するプローブ光線が第１のアレイに対するプローブ光
線より多く吸収されるため、非線形媒体の選択がより厳
しくなる。一例としての材質には、ＧａＡｓ及びＩｎＰ
及びこれらの化合物、並びにＣｄＳが含まれる。後者の
材質は、現時点においては、液体ヘリウムの温度におい
てのみ使用できる。
の役割が連続するアレイ内で交互に変えられる。つま
り、ある１つのアレイ内のプローブ光線が次のアレイの
入力光線となる。この場合は、例えば、第２のアレイに
対するプローブ光線が第１のアレイに対するプローブ光
線より多く吸収されるため、非線形媒体の選択がより厳
しくなる。一例としての材質には、ＧａＡｓ及びＩｎＰ
及びこれらの化合物、並びにＣｄＳが含まれる。後者の
材質は、現時点においては、液体ヘリウムの温度におい
てのみ使用できる。
第１図は先行技術による多重ビーム光論理要素を簡略的
に示す図； 第２図は本発明の一例としての多重ビーム光論理要素を
簡略的に示す図； 第３図は本発明による光論理要素の各部分の反射特性を
表わす波形を示す図； 第４図は本発明による光論理要素のアレイを簡略的に示
す図；そして 第５図は本発明による光論理要素の縦続アレイを簡略的
に示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １…透過非線形フエブリーペロ エタロン ３…入力光源 ５、１９…非線形要素 ３０、３５、２３０…反射デバイス ２０１、２０３…光源 ２１９…非線形媒体
に示す図； 第２図は本発明の一例としての多重ビーム光論理要素を
簡略的に示す図； 第３図は本発明による光論理要素の各部分の反射特性を
表わす波形を示す図； 第４図は本発明による光論理要素のアレイを簡略的に示
す図；そして 第５図は本発明による光論理要素の縦続アレイを簡略的
に示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １…透過非線形フエブリーペロ エタロン ３…入力光源 ５、１９…非線形要素 ３０、３５、２３０…反射デバイス ２０１、２０３…光源 ２１９…非線形媒体
Claims (9)
- 【請求項１】第１の反射デバイス（３０）及び第２の反
射デバイス（３５）； 該第１及び第２の反射デバイスの間の放射エネルギー非
線形媒体（１９）； 第１の波長の放射エネルギービームを該反射デバイスに
加えるための手段（１）；及び 少なくとも１つの第２の波長の放射エネルギービームを
該反射デバイスに加えるための手段（３）を含む放射エ
ネルギー論理素子において、 該非線形媒体が該第１と第２の反射デバイスの２つの対
向する面の間にあり、該２つの放射エネルギー印加手段
は該非線形媒体が対面している面と反対側の該第１の反
射デバイスの面に該放射エネルギーを向けており、そし
て 該第１の反射デバイスが該第２の波長の放射エネルギー
ビームの波長を透過し該第１の波長の放射エネルギービ
ームの波長を反射し、該第２の反射デバイスが該第１及
び第２の波長の放射エネルギービームの両方の波長を反
射することを特徴とする放射エネルギー論理素子。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、 該第１及び第２の反射デバイスの各々が高及び低屈折率
材質の交互の層を含み； 該第１の反射デバイスの交互の層が同一の厚さの複数の
層及び少なくとも１つの該同一の厚さの層よりも高い屈
折率の層を含み、該第２の反射デバイスの交互の層が同
一の厚さの複数の層を含み、これによって、第１の反射
デバイスがこれに加えられる第２の波長の放射エネルギ
ービームに対して実質的に透明にされ、一方、第２の反
射デバイスがこれに加えられる第２の波長の放射エネル
ギービームを実質的に反射するようにされることを特徴
とする放射エネルギー論理素子。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、 該同一の厚さの交互の層が該第２の波長の４分の１の奇
数倍の厚さを持ち、該より厚い高屈折率の層が第２の波
長の２分の１の整数倍の厚さを持つことを特徴とする放
射エネルギー論理素子。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、該第２の反射デバイスがさらに
少なくとも１つの高屈折率の層を含み、該層の厚さが、
該第１及び第２の反射デバイスが該第１の波長の放射エ
ネルギービームの波長を同程度反射するように、該第２
の波長の放射エネルギービームの波長より該第１と第２
の波長の差の２倍以上長い波長の整数倍にされることを
特徴とする放射エネルギー論理素子。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項または第３項または
第４項に記載の放射エネルギー論理素子において、該高
屈折率層が硫化亜鉛層から成り、該低屈折率層がフツ化
マグネシウム層から成ることを特徴とする放射エネルギ
ー論理素子。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、該第１及び第２の放射エネルギ
ービームが光線であることを特徴とする放射エネルギー
論理素子。 - 【請求項７】特許請求の範囲第２項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、該第１の反射デバイスが該第２
の波長の２分の１の整数倍の厚さの１つの高屈折率層及
び複数の該第２の放射エネルギービームの波長の４分の
１の厚さの層を含み、該第２の反射デバイスが該第２の
放射エネルギービームの波長の４分の１の厚さの複数の
層を含むことを特徴とする放射エネルギー論理素子。 - 【請求項８】特許請求の範囲第７項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、該高屈折率層がフツ化亜鉛層か
ら成り、該低屈折率層がフツ化マグネシウム層から成る
ことを特徴とする放射エネルギー論理素子。 - 【請求項９】特許請求の範囲第８項に記載の放射エネル
ギー論理素子において、該第１及び第２の波長の放射エ
ネルギーの波長が光学波長であることを特徴とする放射
エネルギー論理素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US80284285A | 1985-11-27 | 1985-11-27 | |
| US802842 | 1985-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62144146A JPS62144146A (ja) | 1987-06-27 |
| JPH0668593B2 true JPH0668593B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=25184866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61280938A Expired - Fee Related JPH0668593B2 (ja) | 1985-11-27 | 1986-11-27 | 光論理要素 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4767196A (ja) |
| EP (1) | EP0225112B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0668593B2 (ja) |
| CA (1) | CA1272628A (ja) |
| DE (1) | DE3686395T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8610129D0 (en) * | 1986-04-25 | 1986-05-29 | Secr Defence | Electro-optical device |
| WO1989006370A1 (en) * | 1988-01-06 | 1989-07-13 | Australian Telecommunications Corporation | Current injection modulator |
| KR900700859A (ko) * | 1988-01-06 | 1990-08-17 | 원본미기재 | 전기 광학 변조기 |
| US5002369A (en) * | 1988-01-11 | 1991-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Nonlinear optical element having electrodes on two side surfaces of nonlinear medium through insulating layers |
| US5109156A (en) * | 1990-10-25 | 1992-04-28 | Radiant Technologies, Inc. | Light actuated optical logic device |
| JP3994737B2 (ja) * | 2002-01-09 | 2007-10-24 | 富士通株式会社 | 光装置 |
| US7901870B1 (en) * | 2004-05-12 | 2011-03-08 | Cirrex Systems Llc | Adjusting optical properties of optical thin films |
| US20170323240A1 (en) | 2016-05-06 | 2017-11-09 | General Electric Company | Computing system to control the use of physical state attainment with inspection |
| US10884315B2 (en) * | 2018-03-20 | 2021-01-05 | International Business Machines Corporation | Integrated optical transmission element |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL6901722A (ja) * | 1969-02-03 | 1970-08-05 | ||
| US3792916A (en) * | 1969-02-25 | 1974-02-19 | Us Army | Anti-laser optical filter assembly |
| US4597638A (en) * | 1983-02-28 | 1986-07-01 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear optical apparatus |
| US4630898A (en) * | 1983-10-14 | 1986-12-23 | Jewell Jack L | Etalon optical logic gate apparatus and method |
| US4615034A (en) * | 1984-03-30 | 1986-09-30 | Spectra-Physics, Inc. | Ultra-narrow bandwidth optical thin film interference coatings for single wavelength lasers |
-
1986
- 1986-11-18 EP EP86309006A patent/EP0225112B1/en not_active Expired
- 1986-11-18 DE DE8686309006T patent/DE3686395T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-11-26 CA CA000523875A patent/CA1272628A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-11-27 JP JP61280938A patent/JPH0668593B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-12-14 US US07/132,694 patent/US4767196A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3686395D1 (de) | 1992-09-17 |
| EP0225112B1 (en) | 1992-08-12 |
| US4767196A (en) | 1988-08-30 |
| JPS62144146A (ja) | 1987-06-27 |
| EP0225112A2 (en) | 1987-06-10 |
| CA1272628A (en) | 1990-08-14 |
| EP0225112A3 (en) | 1989-08-02 |
| DE3686395T2 (de) | 1993-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |