JPS62269125A - 光論理演算素子 - Google Patents
光論理演算素子Info
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- JPS62269125A JPS62269125A JP11288886A JP11288886A JPS62269125A JP S62269125 A JPS62269125 A JP S62269125A JP 11288886 A JP11288886 A JP 11288886A JP 11288886 A JP11288886 A JP 11288886A JP S62269125 A JPS62269125 A JP S62269125A
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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。
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〕
本発明は光通信や光情報処理などに用いられる光論理演
算素子に関する。
算素子に関する。
光論理演算素子は、近年発展の著しい光通信をはじめ、
将来の元コンビエータなどの分野においてその応用が期
待されることから、活発な研究開発が行なわれている。
将来の元コンビエータなどの分野においてその応用が期
待されることから、活発な研究開発が行なわれている。
この光論理演算素子の有力な一素子として、元カー効果
を呈、する非線形媒１ｔ−７７プリペロ共撮器あるいは
リング共蚕器の中に挿入し之構放のものがある（雑誌「
アプライド串フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｇ、 Ｌｅｔｔ、）Ｊ第４１巻、１９８２年、２２
１〜２２３ページ参照）０ この元カー効果管用い次元論理演算素子の入出力特性ｔ
ｊｇ４図に示したファブリペロ共振器型の場合を例にと
って説明する。入力光（パワーＰｉ）は、レンズ１６を
通り、両側にミラー１２．１３を設けた非線形ｔＪ＆買
１１ｔ−通ってレンズ１７からパワーＰＯの出力光とな
るとする。
を呈、する非線形媒１ｔ−７７プリペロ共撮器あるいは
リング共蚕器の中に挿入し之構放のものがある（雑誌「
アプライド串フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｇ、 Ｌｅｔｔ、）Ｊ第４１巻、１９８２年、２２
１〜２２３ページ参照）０ この元カー効果管用い次元論理演算素子の入出力特性ｔ
ｊｇ４図に示したファブリペロ共振器型の場合を例にと
って説明する。入力光（パワーＰｉ）は、レンズ１６を
通り、両側にミラー１２．１３を設けた非線形ｔＪ＆買
１１ｔ−通ってレンズ１７からパワーＰＯの出力光とな
るとする。
この入力光パワーｋＰｉｖそのときの出力光パワーｔＰ
ｏとすると、第４図の素子の光透過率τは、次式で与え
られる。
ｏとすると、第４図の素子の光透過率τは、次式で与え
られる。
・・・・・・・・・ （１）
ただし、δは次式の関係になっている。
δ＝δ０＋△φ ・・・・・・・・・ （２）δ＝＝
−３ｒ、 ｎｏ ｌ ＝ ２ｍｇ−４−１）ト・・・・
・（３）λ０ ここで、Ｒ１ｐ Ｒｚ ＊ 反射鋳の反射率ｎＱ
１１ 媒質のＩｉＩ型屈折屈折率ｎ２ 二波長λ０で
の光カー効果による媒質の非線形屈折率 ｌ ：媒質の長さ λ０ ：入出力光の波長 ＡＳ ：入出力光の媒質中でのビーム径 ｍ ：整数 ｂ ＝実数 これら（１）〜（４）式を用いると、第４ｉ￥１の素子
の入出力特性が得られるが、その人出力特性の代表例全
第５図（ａ）〜（ｆ）に示している。これらの図は同ｆ
ｉ４ ｊｌｌ Ｊ 。
−３ｒ、 ｎｏ ｌ ＝ ２ｍｇ−４−１）ト・・・・
・（３）λ０ ここで、Ｒ１ｐ Ｒｚ ＊ 反射鋳の反射率ｎＱ
１１ 媒質のＩｉＩ型屈折屈折率ｎ２ 二波長λ０で
の光カー効果による媒質の非線形屈折率 ｌ ：媒質の長さ λ０ ：入出力光の波長 ＡＳ ：入出力光の媒質中でのビーム径 ｍ ：整数 ｂ ＝実数 これら（１）〜（４）式を用いると、第４ｉ￥１の素子
の入出力特性が得られるが、その人出力特性の代表例全
第５図（ａ）〜（ｆ）に示している。これらの図は同ｆ
ｉ４ ｊｌｌ Ｊ 。
の値をδｏ＝２ｍＫ、δｏ ＝ ２ｍｇ ＋ ０．６
” ａδｏ＝２ｍｒ ＋０．７ｆ、δｏ＝２ｍｒ＋ｏ、
８４π、δｏ＝２ｍπ＋１．０２πお工びδｏ＝２（ｍ
＋１）πとしり時の出力Ｐｏｔ−示しているが同調量δ
０のイ直に工ってオ這々の入出力特性が得られることが
わかる。この様な入出力特性の中で、ＡＮＤゲート、Ｏ
Ｒゲートなどの光論理演算に用い得るのは、第５図（ｄ
） 、 （ｅ）等の微分利得曲線でるり、Ｎ５図（ｂ）
、 （ｃ）等の元履歴ＦＩＩＪ線に光メモリーなどに
応用可能である（雑誌「光学」、第１４巻第１号、１１
〜１８ページ参照）。
” ａδｏ＝２ｍｒ ＋０．７ｆ、δｏ＝２ｍｒ＋ｏ、
８４π、δｏ＝２ｍπ＋１．０２πお工びδｏ＝２（ｍ
＋１）πとしり時の出力Ｐｏｔ−示しているが同調量δ
０のイ直に工ってオ這々の入出力特性が得られることが
わかる。この様な入出力特性の中で、ＡＮＤゲート、Ｏ
Ｒゲートなどの光論理演算に用い得るのは、第５図（ｄ
） 、 （ｅ）等の微分利得曲線でるり、Ｎ５図（ｂ）
、 （ｃ）等の元履歴ＦＩＩＪ線に光メモリーなどに
応用可能である（雑誌「光学」、第１４巻第１号、１１
〜１８ページ参照）。
゛ ところで、第４図の工うな素子を用いである所定の
光論理演算を行なうためには、５ｇ５図に示される種々
の入出力特性の中から、その演算に通したものを選定す
る必要がある。しかしながら、従来の光論理演算素子で
は、人出力特性を決足するパラメータである同調量δＯ
Ｕ、（２）式に示し７′ｃ様に非線形媒質の長さや入力
元の波長に工って変動する九め、従来の素子では、入力
光である信号光の波長が限定されるという欠点があった
。ま友、使用するＵ長を固足するノー合、所定の入出力
特性を実現するには、媒質の長さｌをサブミクロンオー
ダの厳しい精度で決める必要が生じ、これは技術的に困
難であっ之。
光論理演算を行なうためには、５ｇ５図に示される種々
の入出力特性の中から、その演算に通したものを選定す
る必要がある。しかしながら、従来の光論理演算素子で
は、人出力特性を決足するパラメータである同調量δＯ
Ｕ、（２）式に示し７′ｃ様に非線形媒質の長さや入力
元の波長に工って変動する九め、従来の素子では、入力
光である信号光の波長が限定されるという欠点があった
。ま友、使用するＵ長を固足するノー合、所定の入出力
特性を実現するには、媒質の長さｌをサブミクロンオー
ダの厳しい精度で決める必要が生じ、これは技術的に困
難であっ之。
本発明の目的は、この様な従来の素子の欠点を除去し、
所定の入出力特性が任意に選択可能な、したがって、任
意波長の入力光に対して各種の光論理演算を可能とする
とともに、従来に比べて製作精度を大幅に緩和した光論
理演算素子を提供することにある。
所定の入出力特性が任意に選択可能な、したがって、任
意波長の入力光に対して各種の光論理演算を可能とする
とともに、従来に比べて製作精度を大幅に緩和した光論
理演算素子を提供することにある。
本発明による光論理演算素子に、光カー効果を示す非線
形媒質を含む光共儀器と、前記非線形媒質に適切な強度
の制御用光ｔ−照射する制御光手段′ とを備え比こ
とｔ−特徴としている。
形媒質を含む光共儀器と、前記非線形媒質に適切な強度
の制御用光ｔ−照射する制御光手段′ とを備え比こ
とｔ−特徴としている。
本発明の構成に工れば、非線形媒質に適切な強度の制御
光を照射し、それによる媒質の屈折率変化を利用して、
＊動的に同調ｔを制御可能にし次ものである。
光を照射し、それによる媒質の屈折率変化を利用して、
＊動的に同調ｔを制御可能にし次ものである。
即ち、非線形媒質に照射された制御光パワーをＰｃとす
ると、そのときのδの１［Ｅは次式で表わされる。
ると、そのときのδの１［Ｅは次式で表わされる。
δ＝δ０＋ψ十Δφ ・・・・・・・・・ （５）こ
こで、δｏ１Δφはそれぞれ、 （３） 、（４）式で
与えられる。またλＣは制御光の波長、ｎ２′は波長λ
Ｃでの元カー効果による媒質の非線形屈折率Ａｃは制御
ｉ尤の媒質中でのビーム径、をホす。
こで、δｏ１Δφはそれぞれ、 （３） 、（４）式で
与えられる。またλＣは制御光の波長、ｎ２′は波長λ
Ｃでの元カー効果による媒質の非線形屈折率Ａｃは制御
ｉ尤の媒質中でのビーム径、をホす。
（５） 、 （６）式から明らかな様に、本発明の構成
では、Ｐｃの１ｅを変えることに工つて、同調量δ０＋
ψの（匣を変えることができる之め、Ｐｃｔ−適切な１
直に選べは、第５図に示した入出力特性の中からｂ丁定
のものを選択できる工うになる。
では、Ｐｃの１ｅを変えることに工つて、同調量δ０＋
ψの（匣を変えることができる之め、Ｐｃｔ−適切な１
直に選べは、第５図に示した入出力特性の中からｂ丁定
のものを選択できる工うになる。
なお、（１］式エク、τはｓｉｎδの関数でらるので、
ψの範囲は％Ｏ≦ψ〈２π、で十分である。即ち、Ｐｃ
の値は次式の範囲であれば工い。
ψの範囲は％Ｏ≦ψ〈２π、で十分である。即ち、Ｐｃ
の値は次式の範囲であれば工い。
次に、図面ｔし照して本発明をｉｉ：Ｐ ＃ｌ Ｋ ｄ
明する。
明する。
第１図は本発明による一実施例のｍ成因である０本実施
例において、非線形媒質１１ｒｉ、３００Ａ厚のＧａＡ
ｓ層と４００Ａ厚のＧａｏ、７３ Ａ１６．！？ Ａｓ
層を交互に成長させ次厚さが１０μへ断面積が３ＷＸ３
ｍｍのＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ マにチ・カンタム・ウ
ェル（ＭＱＷ）結晶であり、ミラー１２．１３は波長０
．８〜０．９μｍでの反射率が９０％の銹電体多層膜ミ
ラー、制御用光源１４、信号光源２１゜３１は、いずれ
も波長０．８４μｍで単一軸モード発振するＧａＡｌＡ
ｓ／ＧａＡｓ半導体レーザ、合波器４は波長０．８４μ
ｍでの反射率及び透過率が４５チのアルミ蒸着ミラー、
レンズ１５ 、１６ 、１７゜２２．３２は１両端面に
無反射コーティングを施した先球セルフオツクレンズを
それぞれ用いている０ さて、半導体レーザ２１，３１から出射され友、光論理
演算される信号光に、ミラー４によって合波された後に
、光論理演算素子１への入力光としてＧａＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡａＭＱＭＩ’結晶にビーム径８ａｙｎφで絞り込ま
れている。そして光論理演算された出力光にレンズ１７
に工って平行光として取り出されている。
例において、非線形媒質１１ｒｉ、３００Ａ厚のＧａＡ
ｓ層と４００Ａ厚のＧａｏ、７３ Ａ１６．！？ Ａｓ
層を交互に成長させ次厚さが１０μへ断面積が３ＷＸ３
ｍｍのＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ マにチ・カンタム・ウ
ェル（ＭＱＷ）結晶であり、ミラー１２．１３は波長０
．８〜０．９μｍでの反射率が９０％の銹電体多層膜ミ
ラー、制御用光源１４、信号光源２１゜３１は、いずれ
も波長０．８４μｍで単一軸モード発振するＧａＡｌＡ
ｓ／ＧａＡｓ半導体レーザ、合波器４は波長０．８４μ
ｍでの反射率及び透過率が４５チのアルミ蒸着ミラー、
レンズ１５ 、１６ 、１７゜２２．３２は１両端面に
無反射コーティングを施した先球セルフオツクレンズを
それぞれ用いている０ さて、半導体レーザ２１，３１から出射され友、光論理
演算される信号光に、ミラー４によって合波された後に
、光論理演算素子１への入力光としてＧａＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡａＭＱＭＩ’結晶にビーム径８ａｙｎφで絞り込ま
れている。そして光論理演算された出力光にレンズ１７
に工って平行光として取り出されている。
一方、半導体レーザ１４から出射された制御光は、Ｇ−
ａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ ＭＱＷ結晶１１にビーム径１０
μｍφで絞り込まれている。この制−光のレベルｔ−変
えることにエフ、光論理演算素子１の入出力特性を、第
５図（ａ）〜（ｆ）に示す任意の特性に設定できる。
ａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ ＭＱＷ結晶１１にビーム径１０
μｍφで絞り込まれている。この制−光のレベルｔ−変
えることにエフ、光論理演算素子１の入出力特性を、第
５図（ａ）〜（ｆ）に示す任意の特性に設定できる。
本実施例では、光論理演算≠子１をＡＮＤゲートまたは
ＯＲゲートとして動作させるために、制御光パワーＰｃ
を半導体レーザ１４の駆動電流に工って変化させ、第２
図に示した入出力特性が得られる様に設定している０こ
こで、本実施例で用いたＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓｓＭＱ
Ｗ＃ｊ晶の波長Ｑ、８４ａｍ付近でのｎ、／の値ｒｘｓ
１．４Ｘ１０ｅｓｕであり、ψ＝２πとするために
必要な制御光パワーに、高々４、５ ｍ Ｗであつ７ｊ
ｏ即ち、ψを０≦ψく２πの範囲で制御するのに必要な
制御光パワーは、０≦Ｐｃ＜ ４．５ ｍ Ｗであった
。なお、第２図の入出力特性は、この実施例ではＰｃ＝
Ｌ１ｍＷのときに得られている。
ＯＲゲートとして動作させるために、制御光パワーＰｃ
を半導体レーザ１４の駆動電流に工って変化させ、第２
図に示した入出力特性が得られる様に設定している０こ
こで、本実施例で用いたＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓｓＭＱ
Ｗ＃ｊ晶の波長Ｑ、８４ａｍ付近でのｎ、／の値ｒｘｓ
１．４Ｘ１０ｅｓｕであり、ψ＝２πとするために
必要な制御光パワーに、高々４、５ ｍ Ｗであつ７ｊ
ｏ即ち、ψを０≦ψく２πの範囲で制御するのに必要な
制御光パワーは、０≦Ｐｃ＜ ４．５ ｍ Ｗであった
。なお、第２図の入出力特性は、この実施例ではＰｃ＝
Ｌ１ｍＷのときに得られている。
第３図（ａ） 、 （ｂ）は第２図の入出力特注ケ用い
てＡＮＤゲート、ＯＲゲートを動作させ次時の特性図を
示している。ここで、ｐ、、ｐ、ａそれぞれ半導体レー
ザ２１、半導体レーザ３１からの入力光であることを意
味している。図工り明らかなように、３、５ ｍ Ｗ
＜ Ｐ Ａ 、Ｐ ｓ ＜ ７ ｍＷのときにＡＮＤゲ
ート動作が、１ｆｃ、ＰＡ、Ｐ、）７ｍＷのときにＯＲ
ゲート動作が実現できた。すなわち、第３図値）では、
入力光Ｐ、、Ｐ、が同時に入力しｆｃ時にのみＰｏが出
力され、第３図（ｂ）では入力光ＰＡ、ＰＲのいずれか
一方が入力しｆｃ時にＰＯが出力される。
てＡＮＤゲート、ＯＲゲートを動作させ次時の特性図を
示している。ここで、ｐ、、ｐ、ａそれぞれ半導体レー
ザ２１、半導体レーザ３１からの入力光であることを意
味している。図工り明らかなように、３、５ ｍ Ｗ
＜ Ｐ Ａ 、Ｐ ｓ ＜ ７ ｍＷのときにＡＮＤゲ
ート動作が、１ｆｃ、ＰＡ、Ｐ、）７ｍＷのときにＯＲ
ゲート動作が実現できた。すなわち、第３図値）では、
入力光Ｐ、、Ｐ、が同時に入力しｆｃ時にのみＰｏが出
力され、第３図（ｂ）では入力光ＰＡ、ＰＲのいずれか
一方が入力しｆｃ時にＰＯが出力される。
本実施例の素子を用いて信号光源２１．３１として発振
波長が０．８１μｍから０．８５μｍＶで可変な外部鏡
付ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ半導体レーザを用いて、ＡＮ
Ｄゲート、ＯＲゲートＮＯ作試験ヲ別に行なった。その
結果、この素子でＨ，Ｐｃを前述の範囲内で変えること
に：り、いずれの揖号鼓長においてもＡＮＤゲート、Ｏ
Ｒゲートとして動作させることができた。
波長が０．８１μｍから０．８５μｍＶで可変な外部鏡
付ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ半導体レーザを用いて、ＡＮ
Ｄゲート、ＯＲゲートＮＯ作試験ヲ別に行なった。その
結果、この素子でＨ，Ｐｃを前述の範囲内で変えること
に：り、いずれの揖号鼓長においてもＡＮＤゲート、Ｏ
Ｒゲートとして動作させることができた。
これに対し、従来の素子の様に制御光を用いない場合に
は、信号波長がわずかに変わると、第５図（ａ３ 、
（ｂ） 、 （ｃ） 、 （ｆ）のような入出力特性が
得られろことがあり、所望の光論理演算を行なうことは
できなかつ几０ 以上、本発明の光論理演算素子の一実施例を説明したが
、本発明は本実施例に限定されることなくいくつかの変
形が考えらｎる０ 例えば、非線形媒質としては、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
ＭＱＷ結晶？用いたが、ＧａＡｓあるい［ＧａＡＩＡａ
バルク結晶でも良く、光カー効果を呈する眠りその他の
半導体、ガラス、Ｃ８２Ｖの液体などの材料でも良い。
は、信号波長がわずかに変わると、第５図（ａ３ 、
（ｂ） 、 （ｃ） 、 （ｆ）のような入出力特性が
得られろことがあり、所望の光論理演算を行なうことは
できなかつ几０ 以上、本発明の光論理演算素子の一実施例を説明したが
、本発明は本実施例に限定されることなくいくつかの変
形が考えらｎる０ 例えば、非線形媒質としては、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
ＭＱＷ結晶？用いたが、ＧａＡｓあるい［ＧａＡＩＡａ
バルク結晶でも良く、光カー効果を呈する眠りその他の
半導体、ガラス、Ｃ８２Ｖの液体などの材料でも良い。
ま友、光共振器として、ファブリペロ共振器の例を示し
九が、リング共振器や分布反射器を用いてもよい。さら
に、本実施例でに、制御用光源に波長０．８４μｍの半
導体レーザを用いたが、波長にこれに限定されず、また
固体レーザ等の他種のレーザでもＬい。また、本実施例
では、制御光を横方向から照射したが、照射方図はいか
なる方向でも工い。
九が、リング共振器や分布反射器を用いてもよい。さら
に、本実施例でに、制御用光源に波長０．８４μｍの半
導体レーザを用いたが、波長にこれに限定されず、また
固体レーザ等の他種のレーザでもＬい。また、本実施例
では、制御光を横方向から照射したが、照射方図はいか
なる方向でも工い。
更に１本発明の論理素子は、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート
以外にＮＡＮＤゲート、ＮＯＲゲートとして使用しても
工く、光履歴曲ｉｆ：活用すれば光メモリとしても動作
させることも可能である。
以外にＮＡＮＤゲート、ＮＯＲゲートとして使用しても
工く、光履歴曲ｉｆ：活用すれば光メモリとしても動作
させることも可能である。
以上説明した様に、本発明による光論理演算素子は、非
線形媒質に適切な強度の制御光を照射し、それによる媒
質の屈折率変化全利用することによって、所定の入出力
特性が任意に選択可能となっている。したがって、使用
する信号光の波長が限定されることなく、また、従来に
比べて製作精度を大幅に緩和できるという効果がある。
線形媒質に適切な強度の制御光を照射し、それによる媒
質の屈折率変化全利用することによって、所定の入出力
特性が任意に選択可能となっている。したがって、使用
する信号光の波長が限定されることなく、また、従来に
比べて製作精度を大幅に緩和できるという効果がある。
第１図は本発明による一実施例の構５５Ｇ凶、第２図は
本実施例の入出力特性図、第３図（ａ） 、 （ｂ）は
本実施例によるＡＮＤゲート、ＯＲゲートの動作を説明
する説明する特性図、第４図は従来の素子の構成図、第
５図（ａ）〜（ｆ）は従来の素子における各４の人出力
関係を示す特性図である。 １・・・・・・光論理演算素子、４・・・・・・合波器
、１１・・・・・・非線形媒質、１２．１３・・・・・
・ミラー、１４・・・可制御用光源、１５，１６．１７
，２２．３２・・・・・・レンズ１．２１，３１・・・
・・・１ｇ号光源。 代理人 弁理士 内 原 晋（＄ ５ 図
本実施例の入出力特性図、第３図（ａ） 、 （ｂ）は
本実施例によるＡＮＤゲート、ＯＲゲートの動作を説明
する説明する特性図、第４図は従来の素子の構成図、第
５図（ａ）〜（ｆ）は従来の素子における各４の人出力
関係を示す特性図である。 １・・・・・・光論理演算素子、４・・・・・・合波器
、１１・・・・・・非線形媒質、１２．１３・・・・・
・ミラー、１４・・・可制御用光源、１５，１６．１７
，２２．３２・・・・・・レンズ１．２１，３１・・・
・・・１ｇ号光源。 代理人 弁理士 内 原 晋（＄ ５ 図
Claims (1)
- 光カー効果を示す非線形媒質を含む光共振器と、前記非
線形媒質に適切な強度の制御用光を照射する制御光手段
とを備えたことを特徴とする光論理演算素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11288886A JPS62269125A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 光論理演算素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11288886A JPS62269125A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 光論理演算素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62269125A true JPS62269125A (ja) | 1987-11-21 |
Family
ID=14598025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11288886A Pending JPS62269125A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 光論理演算素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62269125A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076672A (en) * | 1988-09-20 | 1991-12-31 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | All-optical switch apparatus using a nonlinear etalon |
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