KR20000016570A - Optical logic element and optical logic device - Google Patents

Optical logic element and optical logic device

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KR20000016570A
KR20000016570A KR1019980710162A KR19980710162A KR20000016570A KR 20000016570 A KR20000016570 A KR 20000016570A KR 1019980710162 A KR1019980710162 A KR 1019980710162A KR 19980710162 A KR19980710162 A KR 19980710162A KR 20000016570 A KR20000016570 A KR 20000016570A
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KR
South Korea
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optical
optical logic
ole
layer
logic element
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Application number
KR1019980710162A
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Korean (ko)
Inventor
한스 구데 구데센
게르 아이. 라이스타드
페르-에릭 노르달
Original Assignee
게르 아이. 라이스타드
옵티콤 에이에스에이
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02Optical bistable devices

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

PURPOSE: An optical logic element (OLE), particularly a multistate, optical logic element, and even more particularly to a proximity-addressable optical logic element is disclosed. CONSTITUTION: The OLE comprises an optical memory substance (1), which can transfer from one physical or chemical state to a second physical or chemical state. The memory substance (1) is provided in or on a layer-like structure, and an activator (2) which generates a magnetic, electromagnetic or electrical field or supplies energy to the memory substance (1) and an optical detector for detection of the memory substance's optical response conditional on the memory substance's physical or chemical state, is provided in or adjacent to the layer-like structure, the optical logic element (OLE) thus forming an integrated component. An optical logic device (OLD) comprises at least one structure (S) composed of the optical logic elements, where the optical memory substance (1), the activator (2) and the detector (3) in each optical logic element (OLE) in the structure (S) merges into and is connected to the memory substance, the activator and the detector in the surrounding logic elements (OLEs) in the structure (S). Each logic element (OLE) in the structure (S) has an unambiguous assignment between the memory substance (1) and the activator (2) and an assignment between the memory substance(1) and the optical detector (3) for unambiguous detection and can be accessed and addressed individually. The structures (S) in the optical logic device (OLD) may be entirely or partly configured as optical memories, logic and arithmetic circuits and registers respectively or in a combination of these, as an optical data processor.

Description

광학식 논리 엘리먼트 및 광학식 논리 디바이스Optical Logic Elements and Optical Logic Devices

오늘날 디지털 광학식 데이터 저장 기술은 콤팩트한 포맷으로 데이터를 저장할 용량에 대하여 확대되는 필요에 따라 개발되어 왔으며 이들은 대체성 및/또는 이동성을 지닌 커다란 데이터 영역 밀도를 결합하는 해결책을 제공하는 데 특히 성공적이었다.Today, digital optical data storage technology has been developed with the need to expand the capacity to store data in a compact format, and they have been particularly successful in providing solutions that combine large data area densities with alternative and / or mobility.

중요한 방법은 한정된 회절 스폿 근방에 포커싱될 수 있는 간섭광을 방사하는 작고 성능이 좋은 반도체 레이저를 사용하는 것이 되어 왔으며, 이에따라 대응하여 데이터 전달 매체에서 정보 비트의 조밀한 배열 및 정확한 정의를 제공한다. 실제적인 시스템에서, 비용 및 공간적인 제한은 레이저 빔이 회전하는 디스크의 표면에 대해 스캐닝하며, 서보 제어하에서 광학식 안내 트랙을 따름에 따라 일련의 비트스트림을 추출하는 설계구조로 되어왔다.An important method has been to use small, high performance semiconductor lasers that emit interfering light that can be focused near a defined diffraction spot, thus correspondingly providing a tight arrangement and accurate definition of information bits in the data transfer medium. In practical systems, cost and space constraints have been designed to scan a surface of a rotating disk of a laser beam and extract a series of bitstreams along an optical guide track under servo control.

이러한 특성 설계에 기초한 시스템은 데이터 밀도가 이론적인 한계에근접하고 앞으로의 요구를 만족시키기 위한 추가의 개량이 과거에서와 같은 증가하는 개량사항에 의해 만족될 수 없다는 사실을 개선시켜 왔다.Systems based on this feature design have improved the fact that data densities are close to theoretical limits and that further improvements to meet future demands cannot be satisfied by increasing improvements as in the past.

한 명백한 제약사항은 2차원 데이터 저장 포맷의 사용이다. 영역 데이터 밀도가 높을 지라도, 물리적 비트 위치는 높은 기계적 성능의 강성이고 자기지지 표면상에서 편평표면에 한정되고, 비교적 덜 인상적인 볼륨 데이터 밀도가 되게 한다. 데이터가 디스크의 표면 아래에 상이한 깊이로 여러 플레인에 저장되는 기술적인 해결책이 최근에 공표되었다. 상이한 층간의 구별은 정확한 포커스와 연관된 필드의 매우 짧은 깊이로 인해 가능하며 이 원리는 10개 플레인 또는 층 까지 포함하도록 개발되어야 할 것으로 예상된다(예로서, E.K.(서명), "Stacking the decks for optical data storage", Optics and Photonics News, August 1994, p.39를 참조하라). 다수 층 또는 다수 레벨로부터 획득된 이점은 한편으로는 층의 개수와 다른 한편으로는 각각의 층에서 달성가능한 영역 데이터 밀도사이의 기술적인 트레이드 오프 및 비용 이슈에 의해 부분적으로 상쇄될 수 있다. 청구한 청구범위에 따라 구현될 때라도, 이러한 기술적 해결책은 장기간의 개발 및 개량을 유지시키는 잠재력이 희박하다.One obvious limitation is the use of two-dimensional data storage formats. Although the region data density is high, the physical bit position results in a high mechanical performance stiffness and confined to flat surfaces on self-supporting surfaces, resulting in a relatively less impressive volume data density. Technical solutions have recently been published in which data is stored in different planes at different depths below the surface of the disc. The distinction between different layers is possible due to the very short depth of field associated with the correct focus and this principle is expected to be developed to include up to 10 planes or layers (eg EK (Stacking the decks for optical) data storage ", Optics and Photonics News, August 1994, p. 39). The benefits obtained from multiple layers or multiple levels can be partially offset by technical tradeoffs and cost issues between the number of layers on the one hand and the area data density achievable on each layer on the other hand. Even when implemented in accordance with the claimed claims, such technical solutions have the potential to maintain long-term development and improvement.

대부분의 경우에 액세스 시간 및 데이터 전송율에서의 제약은 상기한 데이터 밀도 및 용량에 대한 제약사항 보다 디스크 시스템을 회전시키는 데 있어서 더욱 심각한 결점을 나타낸다.In most cases, the constraints on access time and data rate represent more serious drawbacks in spinning a disk system than the constraints on data density and capacity described above.

디스크상의 파일이 비순서적 시퀀스로 고속으로 액세스되어야만 하는 응용의 경우에, 레이저 포커싱 서보는 디스크상의 한 위치로부터 다른 위치로 광학식 조립체를 방사상으로 고속으로 이동시켜야만 한다. 정확한 방사상 위치에서, 트랙킹은 2차원 정렬, 스피닝 속도의 조정, 동기화 수립 및 파일 헤더의 검색 및 식별등을 포함하여 고속으로 재개되어야 한다. 이러한 전자기계적 프로시저는 전형적으로 200 ms 이상의 긴 액세스 시간을 포함한다. 회전 정렬을 위해 걸리는 시간을 감소시키기 위해 디스크 회전속도를 증가시키는 바와 같은 액세스 시간을 감소시키는 것과, 서보-제어된 포커싱 및 트랙킹 성분의 무게를 감소시키기 위한 노력이 행해져 왔다. 그러나, 한 영역에서의 개선은, 다른 영역에서의 불이익을 수반한다. 스피닝 속도를 증가시키는 것은 소위 "휩소우 효과" 즉, 상이한 반경에서 트랙 사이를 교번할 때 디스크의 표면에 대해 일정한 빔 스캐닝 속도를 유지하기 위해 필요로 되는 회전속도의 고속 감속 및 가속을 악화시킨다. 이것은 광학식 디스크 기반 데이터 검색 시스템의 대기시간에 대한 주요원인이다. 방사상 위치에 무관하게 일정한 회전속도로 구동하므로써 휩소우 효과를 제거하기 위한 시도는 영역 데이터 밀도의 감소 또는 기술적 복잡도가 증대되어지게 한다.In applications where files on the disk must be accessed at high speed in an out of order sequence, the laser focusing servo must move the optical assembly radially at high speed from one location on the disk to another. At the correct radial position, tracking should resume at high speed, including two-dimensional alignment, adjustment of spinning speed, synchronization establishment, and search and identification of file headers. Such electromechanical procedures typically involve long access times of 200 ms or more. Efforts have been made to reduce access time, such as increasing disk rotation speed, to reduce the time taken for rotational alignment, and to reduce the weight of servo-controlled focusing and tracking components. However, improvements in one area entail disadvantages in other areas. Increasing the spinning speed exacerbates the so-called "whip-saw effect", i.e. the high speed deceleration and acceleration of the rotational speed required to maintain a constant beam scanning speed with respect to the surface of the disc when alternating between tracks at different radii. This is the main reason for the latency of optical disk-based data retrieval systems. Attempts to eliminate the whip-saw effect by driving at a constant rotational speed irrespective of the radial position lead to a reduction in area data density or increased technical complexity.

이러한 정밀한 전자기계적 광학식 시스템이 순 전자적 분야에서 전형적인 시간척도(마이크로초 또는 이보다 더 짧은)에서 느릴 것이라는 것은 놀랄만한 일이 아니며, 따라서 광학식 디스크 드라이브를 컴퓨터를 포함한 직접 임의접근 메모리(DRAM)를 포함하는 광범위한 응용에 직접적인 고속 액세스 메모리로서 사용하는 것을 방해한다. 상기 디바이스의 아킬레스건 즉, 기계적 관성없이 포커싱 및 트랙킹을 필요로 하는 것을 제거하기 위한 노력이 행해져 왔다. 연구되어 온 해결책은 광전 편향기, 도파관 및 회절성 광학식 엘리먼트를 포함한다. 이러한 특성을 갖춘 어떠한 기계적 및 재정적으로 실행가능한 시스템은 실질적으로 나타나지 않았으며 앞으로 수년간은 마찬가지일 것으로 여겨진다. 또한, 디스크 회전과 연관된 대기시간 문제는 상기와 같은 수단에 의해 해결되지 않았다.It is not surprising that these precise electromechanical optical systems will be slow at typical time scales (microseconds or shorter) in the pure electronics sector, and thus include optical disc drives containing direct random access memory (DRAM), including computers. Interfere with use as a fast access memory directly for a wide range of applications. Efforts have been made to eliminate the achilles tendon of the device, that is, the need for focusing and tracking without mechanical inertia. Solutions that have been studied include photoelectric deflectors, waveguides and diffractive optical elements. No mechanically and financially viable system with this feature has appeared substantially and is believed to be the same for years to come. In addition, the latency problem associated with disk rotation has not been solved by such means.

회전하는 디스크시스템에서, 데이터 비트는 레이저 빔이 트랙을 따라 스캐닝함에 따라 연속적으로 판독되고, 데이터 전송 속도는 트랙을 따른 선형 데이터 밀도 및 회전속도에 좌우된다. 인터액티브 멀티미디어와 같은 여러 응용에서, 전송속도는 현재의 광학식 디스크 시스템에서 상당한 장애요인이다. 디스크 기술에서 전형적인 현재 개발에서 데이터의 최적근사 인코딩 및 포커싱이 주어진다면, 데이터 전송 속도를 증가시키기 위해 이용가능한 몇몇 선택이 있는 것으로 보인다. 한 가능성은 회전속도를 증대시키는 것이다. 이것은 비용 및 전력 소비가 추가의 속도 증가로 복귀하는 것을 고속으로 감소시키는 비용 및 전력소비 까지 여러 사용 시스템에서 수행되어 왔다. 또다른 방법은 디스크상에 병렬트랙을 개별적으로 어드레싱하는 여러 레이저 빔을 이용하는 것이다. 병렬트랙의 수가 증가함에 따라, 복잡도 및 비용은 매우 고속으로 증가하며, 이러한 체계는 기껏해야 계획된 미래의 요구에 훨씬 못미치는 속도 개선을 제공할 뿐이다.In a rotating disk system, data bits are read continuously as the laser beam scans along the track, and the data transfer rate depends on the linear data density and rotational speed along the track. In many applications, such as interactive multimedia, transmission speeds are a significant obstacle in current optical disc systems. Given the best approximate encoding and focusing of data in current developments typical of disc technology, there seems to be several choices available to increase the data transfer rate. One possibility is to increase the speed of rotation. This has been done in many use systems up to cost and power consumption, which quickly reduces the cost and power consumption return to further speed increases. Another method is to use several laser beams that individually address parallel tracks on a disc. As the number of parallel tracks increases, complexity and cost increase at a very high rate, and this scheme only provides speed improvements far below the planned future demands.

상기한 단점은 오랫동안 분명히 인식되어 왔으며, 기타 체계도 제안 및 실험적으로 연구되어 왔으며, 가장 현저한 것은 홀로그래픽 기술에 기초한, 페이지-지향 메모리 및 논리 시스템이다. 가망성있는 3차원의 고밀도 볼륨 데이터 저장에 더하여, 홀로그래픽 시스템은 페이지-모드 형으로 어드레싱될 수 있고, 이렇게하여 고 전송속도와 같은 병렬성에 본질적인 이점을 제공한다. 무기력하지 않은 광전자 수단에 의한 데이터의 고속 액세싱은 연구중이다. 또한, 객체 인식을 위한 고속 병렬 프로세싱과 같은 논리동작이 연구되어 왔다. 홀로그래픽 메모리는 반복적으로 소거 및 재기록될 수 있고, 기가 내지 테라 바이트 레벨의 데이터 볼륨이 슈가 큐브에 필적할 수 있는 볼륨에 저장될 수 있고, 마이크로초 내지 나노초 범위의 랜덤 액세스 시간과 수백 메가바이트/초의 데이터 전송속도를 나타냄이 에상되어 왔다(D. Psaltis 및 F. Mok, "Holographic memories", Scietific American, November 1995, pp. 52-58). 마찬가지의 잠재적 성과가 공초점 및 멀티레이저(비선형) 어드레싱 원리에 기초하여 기타 시스템을 위해 설명되어 왔다.("The optical sugar cube", Photonics Spectra, September 1994, p. 50).The above disadvantages have long been clearly recognized, other schemes have been proposed and experimentally studied, the most prominent being page-oriented memory and logic systems based on holographic techniques. In addition to the prospective three-dimensional, high-density volume data storage, the holographic system can be addressed in page-mode fashion, thereby providing intrinsic advantages for parallelism such as high transfer rates. High speed access of data by non-helpless optoelectronic means is under study. In addition, logic operations such as high speed parallel processing for object recognition have been studied. Holographic memory can be repeatedly erased and rewritten, stored in volumes where data volumes of gigabytes to terabytes can be comparable to sugar cubes, random access times ranging from microseconds to nanoseconds and hundreds of megabytes / It has been envisaged to indicate the data transfer rate of seconds (D. Psaltis and F. Mok, "Holographic memories", Scietific American, November 1995, pp. 52-58). Similar potential achievements have been described for other systems based on the confocal and multilaser (nonlinear) addressing principles ("The optical sugar cube", Photonics Spectra, September 1994, p. 50).

언급될 수 있는 다른 페이지-기반 광학식 데이터 저장 시스템의 또다른 예는, 감광성 단백질-기반 저장 매체의 주 포토사이클에서 임시 열 중간상태로 부터의 포토케미컬 브랜치 반응을 선택적으로 활성화시키므로써 3차원에서 고밀도로 정보를 저장하는 볼륨 광학식 메모리를 개시하는, 발명의 명칭이 "Branched photocycle optical memory device"인 국제 공개된 WO 96/21228(Birge)에 설명되어 있다. 이 경우 소위 " 페이징" 레이저는 한 파장 길이로 데이터 저장 매체의 페이지 또는 편평층을 활성화시키는 데 사용되며 데이터 레이저는 선택된 층 또는 페이지에 수직인 선택된 데이터 빔을 다른 파장길이로 전송한다. 그러나 이 기술은 실제적 데이터 저장 디바이스로 구현하기가 용이하지 않으며 몇몇 약점을 갖는다. 높은 볼륨 데이터 밀도를 획득하기 위해 페이징 광은 좁은 강도 한계를 지닌 매우 좁게 한정된 공간 범위내에서 매우 강하고 균등해야 한다. 이것은 빔을 형성하기 위해 레이저 빔 및 비교적 복잡한 광학식물질을 사용하는 것을 수반한다. 둘째로, 3개의 개별 파장의 사용을 포함하여, 매우 정밀하게 제어된 일류미네이션 시퀀스가 요구된다. 시퀀스의 최적 시간제어는 온도 종속적이다. 셋째로, 기록 및 판독 속도는 포토사이클의 시간 상수에 의해 제한되고, 액세스 시간은 ms범위로 된다. 넷째로, 저장 데이터의 판독은 광학식 메모리 매체상에 그것의 콘트라스트를 감소시키고, 이렇게하여 예로서 1000 판독 동작과 같은 일정 횟수 후에 리프레싱을 필요로 한다.Another example of another page-based optical data storage system that may be mentioned is the high density in three dimensions by selectively activating the photochemical branch reaction from the temporary thermal intermediate in the main photocycle of the photosensitive protein-based storage medium. The invention is disclosed in WO 96/21228 (Birge) entitled "Branched photocycle optical memory device", which discloses a volume optical memory for storing information. In this case a so-called "paging" laser is used to activate a page or flat layer of a data storage medium with one wavelength length and the data laser transmits the selected data beam perpendicular to the selected layer or page at another wavelength length. However, this technique is not easy to implement as a real data storage device and has some disadvantages. To obtain high volume data density, the paging light must be very strong and even within a very narrowly defined spatial range with narrow intensity limits. This entails using a laser beam and relatively complex optical materials to form the beam. Secondly, a very precise controlled illumination sequence is required, including the use of three separate wavelengths. The optimal time control of the sequence is temperature dependent. Third, the write and read speeds are limited by the photocycle's time constant, and the access time is in the ms range. Fourthly, reading stored data reduces its contrast on the optical memory medium and thus requires refreshing after a certain number of times, for example 1000 read operations.

발명의 명칭이 "Optical memory"인 SE 특허 제 501 106(Toth)에, 안정한 광학식 상태를 갖춘 저장 엘리먼트를 포함하는 일회 기록-다수회 판독(WORM 유형)의 광학식 메모리가 개시되어 있다. 이 저장 엘리먼트는 다수 메모리 위치로 분할되고, 주어진 메모리 위치에서의 광학식 상태는 메모리 위치로 향해진 광 빔에 의해 변경 및 판독될 수 있다. 메모리는 전체적으로 이동성 기계적 부분없이 실현될 수 있고, 매우 짧은 어드레싱 시간을 가지며, 특히 고 저장 용량을 허용한다. 이 메모리는 또한 다수비트 워드의 병렬 기록 및 판독을 허용한다. 실제 저장 매체는 여러 층 또는 레벨로 제공될 수 있다. 광 빔은 따라서 주어진 메모리 위치에 포커싱되고, 8개 레벨을 사용하여 각각의 메모리 위치 또는 x,y 위치에 한 바이트를 저장할 수 있게 된다. 각각이 1㎠ 인 7·7 저장 셀 설계구조에서, 9.8 기가바이트가 8 레벨로 저장될 수 있고 기록속도는 40 메가바이트/초가 될 것이다. 판독은 흡수모드로 수행되며, 이것은 코드 시퀀스에서 개별 레벨 사이에 구별할 수 있도록 하기 위해 고정된, 상이한 두께를 가져야만 한다. 그러나, 레벨의 수가 증가함에 따라 볼륨 저장 밀도가 감소하는 결과로 되며, 광 빔을 메모리 위치에 포커싱하고 광 빔을 x,y 방향으로 이동시키는 필요성은 비용관련 및 기술적 복잡사항을 수반한다.In SE Patent No. 501 106 (Toth), entitled "Optical memory", an optical memory of write once-multiple readings (WORM type) comprising a storage element with a stable optical state is disclosed. This storage element is divided into multiple memory locations, and the optical state at a given memory location can be changed and read by the light beam directed to the memory location. The memory as a whole can be realized without moving mechanical parts, has a very short addressing time, and in particular allows for high storage capacity. This memory also allows parallel writing and reading of many bit words. Actual storage media may be provided in several layers or levels. The light beam is thus focused at a given memory location and can store one byte at each memory location or x, y location using eight levels. In a 7 · 7 storage cell design, each 1 cm 2, 9.8 gigabytes could be stored at 8 levels and the recording speed would be 40 megabytes / second. Reading is done in absorption mode, which must have a fixed, different thickness in order to be able to distinguish between the individual levels in the code sequence. However, as the number of levels increases, the volume storage density decreases, and the necessity of focusing the light beam at the memory location and moving the light beam in the x, y directions involves cost and technical complexity.

지금까지 제안된 기술적인 해결책이 인상적인 것으로 여겨질 지라도, 앞으로의 상용환경에서 상기와 같은 성능은 하드웨어 비용, 시스템 복잡도 및 전체 디바이스 폼 요인에 대해 산정되어야 한다. 공지된 문헌에 개시된 바와 같은 본 기술분야의 현재상태에 기초하여, 홀로그래픽 및 기타 페이지-지향 시스템 또는 다층 시스템은 간결함에 대한 요구 및 저비용이 중요한 경우에 미래의 시장에서 예측될 수 있는 돌파구가 될 수 없다는 결론이 올바른 것으로 여겨진다. 구성부품 및 물질이 수용가능한 가격으로 이용할 수 있는 경우에도, 실제적으로 제안된 구조는 진정으로 간명한 해결책을 제거하는 것으로 여겨진다.Although the technical solution proposed so far is considered impressive, such performance in future commercial environments should be estimated for hardware costs, system complexity and overall device form factors. Based on the state of the art as disclosed in the known literature, holographic and other page-oriented systems or multilayer systems will be breakthroughs that can be predicted in future markets where the need for simplicity and low cost are important. The conclusion that I can't seem to be correct. Even if the components and materials are available at an acceptable price, the proposed structure actually seems to eliminate a truly straightforward solution.

본 발명은 광학식 메모리 물질을 포함하는 광학식 논리 엘리먼트, 상세히는 다상태, 다안정 광학식 논리 엘리먼트, 더욱 상세히는 근접-어드레 가능(proximity-addressable) 광학식 논리 엘리먼트에 관한 것으로, 인가된 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향하에, 상기 광학식 메모리 물질은 하나의 물리적 상태 또는 화학적 상태로부터 다른 물리적 상태 또는 화학적 상태로 변환할 수 있고, 상기 물리적 상태 또는 화학적 상태에는 특정 논리 값이 할당되고, 상기 광학식 논리 엘리먼트의 물리적 상태 또는 화학적 상태의 변화는 상기 논리 값이 변경되어지게 하며 할당된 논리값을 기록, 판독, 저장, 소거 및 스위칭하기 위해 자기적으로, 전자기적으로, 전기적으로 또는 광학적으로 액세스 및 어드레싱되는 상기 광학식 논리 엘리먼트에 의해 구현된다. 본 발명은 또한 특히, 데이터를 저장하거나 산술논리 동작을 수행하기 위한 광학식 논리 디바이스에 관한 것으로, 이 디바이스는 복수 개의 광학식 논리 엘리먼트를 포함하고, 이 광학식 논리 엘리먼트는 특히 다상태, 다안정 광학식 논리 엘리먼트이고, 더욱 상세히는 광학식 메모리 물질을 포함하는 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트이며, 인가된 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향하에, 상기 광학식 메모리 물질은 하나의 물리적 상태 또는 화학적 상태로부터 다른 물리적 상태 또는 화학적 상태로 변환할 수 있고, 상기 물리적 상태 또는 화학적 상태에는 특정 논리 값이 할당되고, 상기 광학식 논리 엘리먼트의 물리적 상태 또는 화학적 상태의 변화는 상기 논리 값이 변경되어지게 하며 할당된 논리값을 기록, 판독, 저장, 소거 및 스위칭하기 위해 자기적으로, 전자기적으로, 전기적으로 또는 광학식적으로 액세스 및 어드레싱되는 상기 광학식 논리 엘리먼트에 의해 구현된다.The present invention relates to an optical logic element comprising an optical memory material, in particular a multi-state, multi-stable optical logic element, and more particularly to a proximity-addressable optical logic element, in which an applied magnetic, electromagnetic or electric field is applied. Or under the influence of the supplied energy, the optical memory material may convert from one physical state or chemical state to another physical state or chemical state, the physical state or chemical state is assigned a specific logic value, and the optical logic Changes in the physical or chemical state of an element cause the logic value to be altered and magnetically, electromagnetically, electrically or optically accessed and addressed to record, read, store, erase and switch the assigned logic value. Implemented by the optical logic element being do. The invention also relates, in particular, to an optical logic device for storing data or performing arithmetic logic operations, the device comprising a plurality of optical logic elements, the optical logic elements being in particular multi-state, multistable optical logic elements. And, more particularly, a near-addressable optical logic element comprising an optical memory material, wherein under the influence of an applied magnetic field, an electromagnetic field or an electric field or the supplied energy, the optical memory material is modified from one physical state or another to a physical state. State or chemical state, the physical state or chemical state is assigned a specific logic value, the change of the physical state or chemical state of the optical logic element causes the logic value to be changed and the assigned logical value Write, read, save, erase And the optical logic element being accessed and addressed magnetically, electromagnetically, electrically or optically for switching.

일반적으로 본 발명은 개별적으로 어드레싱가능한 셀 또는 엘리먼트에 포함되는 광학식 메모리 물질에 의해 논리 기능을 수행 및/또는 정보를 저장할 수 있는 광전자공학 디바이스의 새로운 부류에 관한 것이다. 각각의 엘리먼트는 독립적인 유닛이며 큰 조립체 전형적으로는 편평 시트 또는 층 형태를 이루기 위해 마찬가지의 엘리먼트와 결합될 수 있다. 후자는 고 성능-대-볼륨 비를 갖춘 광학식 메모리 디바이스와 광학식 데이터 메모리를 형성하기 위해 적층에 의해 3중 구조로 구성될 수 있다.In general, the present invention relates to a new class of optoelectronic devices capable of performing logic functions and / or storing information by optical memory materials contained in individually addressable cells or elements. Each element is an independent unit and can be combined with similar elements to form a large assembly typically flat sheet or layer. The latter may be constructed in a triple structure by stacking to form optical data devices and optical memory devices with high performance-to-volume ratios.

도 1a는 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트를 나타낸 도.1A illustrates an optical logic element in accordance with the present invention.

도 1b 및 1c는 2진 논리 셀로서 광학식 논리 엘리먼트의 동작을 나타낸 도.1B and 1C illustrate the operation of an optical logic element as a binary logic cell.

도 1d는 비교를 위한 전계효과 트랜지스터를 나타낸 도.1D shows a field effect transistor for comparison.

도 2는 광학식 논리 엘리먼트의 바람직한 실시예를 나타낸 도.2 illustrates a preferred embodiment of an optical logic element.

도 3은 광학식 논리 엘리먼트의 다른 바람직한 실시예를 나타낸 도.3 illustrates another preferred embodiment of an optical logic element.

도 4는 전자 포획 재료 형태로 메모리 물질의 원리를 나타낸 도.4 illustrates the principle of a memory material in the form of an electron trapping material.

도 5a 내지 5d는 감광성 형태-반응 물질의 형태로, 이 경우엔 박테리오로돕신 형태로 메모리 물질의 원리를 나타낸 도.5a to 5d show the principle of the memory material in the form of a photosensitive form-reactive material, in this case bacteriodopsin form.

도 6 및 도 7은 도 1의 광학식 논리 엘리먼트의 다른 바람직한 실시예를 나타낸 도.6 and 7 illustrate another preferred embodiment of the optical logic element of FIG.

도 8은 도 1의 광학식 논리 엘리먼트의 특히 바람직한 실시예를 나타낸 도.8 illustrates a particularly preferred embodiment of the optical logic element of FIG.

도 9는 광 방사 폴리머 다이오드의 스펙트럼 특성을 나타낸 도.9 shows the spectral characteristics of a light emitting polymer diode.

도 10은 광 방사 폴리머 다이오드의 개략도.10 is a schematic representation of a light emitting polymer diode.

도 11은 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 제 1 설계구조도.11 is a first structural design diagram of an optical logic device according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 제 2 설계구조도.12 is a second design diagram of an optical logic device in accordance with the present invention.

도 13은 도 11의 광학식 논리 디바이스의 변형을 나타낸 도.13 illustrates a variation of the optical logic device of FIG.

도 14는 도 11의 광학식 논리 디바이스의 다른 변형을 나타낸 도.14 illustrates another variation of the optical logic device of FIG.

도 15는 도 14의 광학식 논리 디바이스의 설계구조에 대한 개략적인 분해도.15 is a schematic exploded view of the design structure of the optical logic device of FIG.

도 16은 도 14의 변형에 기초한, 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 다른 설계구조를 나타낸 도.16 shows another design structure of an optical logic device according to the invention, based on the variant of FIG.

도 17은 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스를 어드레싱하기 위한 배열을 개략적으로 나타낸 도.17 shows schematically an arrangement for addressing an optical logic device according to the invention.

도 18은 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스에 의해 발생된 두 개의 2진 변수에 의한 16개의 부울 함수를 나타낸 도.18 illustrates 16 Boolean functions with two binary variables generated by an optical logic device in accordance with the present invention.

도 19는 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스상에서 구현하기 위한 4비트 2진 전가산을 위한 병렬 알고리즘을 개략적으로 나타낸 도.19 schematically illustrates a parallel algorithm for 4-bit binary full addition for implementation on an optical logic device in accordance with the present invention.

따라서 본 발명의 목적은 종래 기술 및 제안된 해결책에 대한 상기 단점을 극복하고 광학식 메모리, 광학식 산술 논리 회로, 광학식 스위치를 구현하기 위해 채용될 수 있는 광학식 논리 엘리먼트를 제공하는 것이며 더욱이 높은 저장 밀도, 짧은 액세스 시간 및 초고속 전송율을 갖춘, 저비용 및 저 기술적 복잡도로 광학식 데이터 처리 장비를 구현하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an optical logic element that can be employed to overcome the above disadvantages of the prior art and the proposed solution and to implement an optical memory, an optical arithmetic logic circuit, an optical switch and furthermore a high storage density, short Implementing optical data processing equipment with low cost and low technical complexity, with access time and very high data rates.

본 발명의 다른 목적은 광학식 논리 엘리먼트와 이 광학식 논리 엘리먼트를 기초로 한 광학식 논리 디바이스를 제공하는 것이고, 여기서 광학식 논리 엘리먼트와 광학식 논리 디바이스는 구조적 및 기능적으로 집적된 유닛으로서 여겨지며, 액세싱, 어드레싱, 액티베이팅, 스위칭 및 검출을 포함하는 상기 엘리먼트와 디바이스의 기능은 모두 실제적으로 엘리먼트 또는 디바이스에서 실현된다.It is another object of the present invention to provide an optical logic element and an optical logic device based on the optical logic element, wherein the optical logic element and the optical logic device are regarded as structurally and functionally integrated units, and include accessing, addressing, The functions of the elements and devices, including activating, switching and detection, are all practically realized in the elements or devices.

본 발명의 또다른 목적은 단순한 방식으로 볼륨 데이터 저장을 실현할 수 있는 것이며, 따라서 저장 용량은 실질적으로 폼 요인에만 종속되며 논리 엘리먼트의 물리적 크기에 역비례하게 된다.Another object of the present invention is to realize volume data storage in a simple manner, so that the storage capacity is substantially dependent only on the form factor and inversely proportional to the physical size of the logical element.

상기한 목적 및 기타 목적은 메모리 물질이 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 그 내부에 제공되고, 자계, 전자계 또는 전계를 발생시키며 에너지를 상기 메모리 물질에 공급하는 액티베이터가 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 인접하여 제공되고, 상기 메모리 물질의 물리적 또는 화학적 상태를 조건으로 한 상기 메모리 물질의 광학식 응답을 검출하기 위한 광학식 검출기가 실질적으로 상기 층 형상 구조체상에 또는 이 구조체에 인접하여 제공되고, 이에따라 상기 메모리 물질, 액티베이터 및 상기 검출기로 된 집적성분을 이루는 것을 특징으로 하는 광학식 엘리먼트와;The above and other objects provide that the memory material is substantially provided on or within the layered structure, and that an activator that generates a magnetic, electromagnetic or electric field and supplies energy to the memory material is substantially on or in the layered structure. Provided adjacent, an optical detector for detecting an optical response of the memory material subject to the physical or chemical state of the memory material is provided on or substantially adjacent to the layered structure and thus the memory An optical element comprising an integrated component of a material, an activator and the detector;

메모리 물질이 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 그 내부에 제공되고, 자계, 전자계 또는 전계를 발생시키며 에너지를 상기 메모리 물질에 공급하는 액티베이터가 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 인접하여 제공되고, 상기 메모리 물질의 물리적 또는 화학적 상태를 조건으로 한 상기 메모리 물질의 광학식 응답을 검출하기 위한 광학식 검출기가 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 인접하여 제공되고, 이에따라 상기 메모리 물질, 액티베이터 및 상기 검출기로 된 집적성분을 이루는 광학식 논리 엘리먼트에 의해 형성된 적어도 하나의 구조체를 포함하는 광학식 논리 디바이스에 의해 달성되는 데, 여기서 상기 구조체의 각각의 상기 광학식 논리 엘리먼트의 광학식 메모리 물질, 액티베이터 및 검출기는 결합되고 상기 구조체에서 포위하는 광학식 논리 엘리먼트의 하나의 메모리 물질, 액티베이터 및 검출기에 연결되며, 따라서 상기 구조체는 편평 또는 만곡 표면 형태를 형성하고, 상기 구조체의 각각의 광학식 논리 엘리먼트는 상기 광학식 메모리 물질과 액티베이터 사이에 명백한 할당(assignment)을 가지며 메모리 상태의 물리적 또는 화학적 상태의 명백한 검출을 위한 광학식 검츨기와 상기 광학식 메모리 물질 사이에 명백한 할당을 가지며, 따라서 상기 구조체의 각각의 상기 광학식 논리 엘리먼트가 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있게 한다.A memory material is provided on or within the layered structure substantially, and an activator for generating a magnetic, electromagnetic or electric field and for supplying energy to the memory material is provided on or adjacent the layered structure, the memory An optical detector for detecting the optical response of the memory material subject to the physical or chemical state of the material is provided on or adjacent to the layered structure, thereby providing integrated components of the memory material, activator and the detector. Achieved by an optical logic device comprising at least one structure formed by an optical logic element, wherein the optical memory material, activator and detector of each of said optical logic elements of said structure are combined and enclosed in said structure. Connected to one memory material, activator and detector of the learned logic element, so that the structure forms a flat or curved surface shape, and each optical logic element of the structure has an explicit assignment between the optical memory material and the activator. And an explicit assignment between the optical detector and the optical memory material for the explicit detection of the physical or chemical state of the memory state, thus allowing each of the optical logic elements of the structure to be accessed and addressed individually.

광학식 논리 엘리먼트의 바람직한 실시예에서 메모리 물질은 제 1 층 형태로 제공되며, 액티베이터는 상기 제 1 층에 인접한 제 2 층 또는 상기 제 1 층에 통합된 형태로 제공되며, 상기 메모리 물질의 상태를 검출하는 광학식 검출기는 상기 제 1 층에 인접한 제 3 층 형태로 제공되며, 따라서 상기 광학식 논리 엘리먼트는 각각 적어도 3개 또는 2 개 층으로 이루어지는 집적성분을 형성한다.In a preferred embodiment of the optical logic element the memory material is provided in the form of a first layer and the activator is provided in the form of a second layer adjacent to the first layer or integrated in the first layer and detecting the state of the memory material. The optical detector is provided in the form of a third layer adjacent to the first layer, so that the optical logic element forms an integrated component consisting of at least three or two layers, respectively.

또한, 상기 액티베이터는 하나 이상의 직접 또는 간접 방사선-방사 수단으로 이루어 지는 것이 바람직하며, 상기 방사선-방사 수단은 상기 제 2 층의 기본 물질상에 제공되거나 또는 그 내부에 매립된다. 상기 방사선-방사 수단은 광-방사 다이오드 바람직하게는 폴리머 다이오드인 것이 바람직하다.In addition, the activator preferably consists of one or more direct or indirect radiation-emitting means, the radiation-emitting means being provided on or embedded in the base material of the second layer. The radiation-emitting means is preferably a light-emitting diode, preferably a polymer diode.

또한, 상기 방사선-방사 수단은 주파수-조정가능한 것이 유익하며, 이 주파수 조정은 전기적 어드레싱과 연결지어 수행된다. 더욱이, 광학식 검출기는 전기적으로 액세스가능하며 어드레싱가능한 광학식 검출기인 것이 바람직하며 상기 액티베이터 및 검출기의 전기적 액세스 및 어드레싱을 위해, 전극 및 전기 컨덕터가 상기 제 2 층 및 제 3층에 집적되어 제공된다. 이러한 목적을 위해, 상기 전극 및 전기 컨덕터는 전기적으로 도전성인 폴리머 물질에 기초하는 것이 유익하다.It is also advantageous for the radiation-emitting means to be frequency-adjustable, which frequency adjustment is performed in connection with electrical addressing. Furthermore, it is preferred that the optical detector is an electrically accessible and addressable optical detector and for the electrical access and addressing of the activator and the detector, electrodes and electrical conductors are provided integrated in the second and third layers. For this purpose, it is advantageous for the electrode and the electrical conductor to be based on an electrically conductive polymer material.

광학식 논리 디바이스의 바람직한 실시예에서 각각의 논리 엘리먼트의 상기 메모리 물질은 제 1 층 형태로 제공되고, 액티베이터는 상기 제 1 층에 인접하거나 상기 제 1 층에 집적되어 제공되는 제 2 형태로 제공되며, 상기 메모리 물질의 상태를 검출하는 광학식 검출기는 상기 제 1 층에 인접한 제 3 층 형태로 제공되며, 상기 광학식 논리 엘리먼트는 각각 적어도 3개 또는 2개 층으로 이루어 지는 집적성분을 형성하며, 상기 층의 각각은 구조체를 포위하는 논리 엘리먼트에서의 대응하는 층에 결합되거나 연결되며, 이렇게하여 연결되고 상호 인접한 각각의 층의 편평 및 만곡된 표면 몸체를 형성한다.In a preferred embodiment of the optical logic device the memory material of each logic element is provided in the form of a first layer, and the activator is provided in the form of a second form adjacent to or integrated in the first layer, An optical detector for detecting a state of the memory material is provided in the form of a third layer adjacent to the first layer, wherein the optical logic element forms an integrated component consisting of at least three or two layers, respectively, Each is coupled or connected to the corresponding layer in the logical element surrounding the structure, thereby forming the flat and curved surface bodies of each layer connected and adjacent to each other.

광학식 논리 디바이스에서 각각의 구조체는 바람직하게 가요성 박막 형태이다.Each structure in the optical logic device is preferably in the form of a flexible thin film.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서 광학식 논리 디바이스는 서로에 대해 최상부에 적층된 두 개 이상의 결합된 구조를 포함하므로, 복수 개의 구조로 집적된 칩-형상 또는 디스크-형상 성분을 형성한다.In particular, in a preferred embodiment of the present invention the optical logic device comprises at least two combined structures stacked on top of one another, thus forming a chip-shaped or disk-shaped component integrated into a plurality of structures.

본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 변형에서, 한 구조체가 바람직하게 광학식 메모리로서 전체적으로 또는 부분적으로 구성되며, 메모리의 각각의 광학식 논리 엘리먼트는 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있는 메모리 엘리먼트를 구성한다. 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 제 2 변형에서, 한 구조체가 바람직하게 부분적으로 광학식 산술 논리회로로서 또는 이들 회로의 네트워크로서 구성되며, 상기 회로의 각각의 광학식 논리 엘리먼트는 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있는 스위칭 엘리먼트를 구성한다. 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스의 제 3 변형에서 한 구조체의 광학식 논리 엘리먼트의 그룹은 각각 메모리 레지스터, 논리 레지스터 및 산술 레지스터로서 구성되며, 한 레지스터의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE) 및 각각의 레지스터는 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있고, 이러한 방식으로 레지스터는 광학식 데이터 프로세서로서 결합하여 구성될 수 있다. 마지막으로, 광학식 논리 디바이스에서 논리 엘리먼트의 액세싱 및 어드레싱은 상기 구조체에 할당된 멀티플렉싱된 통신라인을 통해 행해지는 것이 바람직하다.In a variant of the optical logic device according to the invention, one structure is preferably configured in whole or in part as an optical memory, with each optical logic element of the memory constituting a memory element that can be accessed and addressed individually. In a second variant of the optical logic device according to the invention, a structure is preferably partly configured as an optical arithmetic logic circuit or as a network of these circuits, each optical logic element of the circuit being individually accessible and addressable. Configure the switching element. In a third variant of the optical logic device according to the invention the group of optical logic elements of a structure is configured as a memory register, a logic register and an arithmetic register, respectively, wherein each optical logic element OLE and each register of one register is It can be accessed and addressed individually, and in this way the registers can be configured in combination as an optical data processor. Finally, the accessing and addressing of the logical elements in the optical logic device is preferably done via multiplexed communication lines assigned to the structure.

본 발명의 추가 특징 및 이점은 나머지, 첨부된 특허청구범위에 나타내었다.Further features and advantages of the invention are set forth in the remainder of the appended claims.

이제 본 발명이 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명된다.The present invention is now described in more detail through preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 1a는 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한다. 메모리 물질(1)은 제 1 층(l1)에 제공되고, 자계, 전자계 또는 전계를 발생시킬 수 있고 에너지를 메모리 물질(1)에 공급할 수 있는 액티베이터(2)는 제 1 층(l1)의 한측상에 있는 층(l2)에 제공되며, 검출기(3)는 제 1 층(l1)의 대향 측상에 있는 층(l3)에 제공된다. 층(l1,l2,l3)은 각각 메모리 물질(1), 액티베이터(2) 및 검출기(3)를 전체로 구성하며, 층(l1,l2,l3)은 기본물질로 형성될 수 있고 메모리 물질(1), 액티베이터(2) 및 검출기(3)는 각각 그 위에 제공되거나 매립될 수 있다.1a schematically illustrates a preferred embodiment of an optical logic element according to the invention. The memory material 1 is provided in the first layer l 1 , and the activator 2 capable of generating a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field and supplying energy to the memory material 1 is the first layer l 1 . Is provided in layer l 2 on one side of and detector 3 is provided in layer l 3 on the opposite side of first layer l 1 . The layers (l 1 , l 2 , l 3 ) comprise the memory material (1), the activator (2) and the detector (3) as a whole, and the layers (l 1 , l 2 , l 3 ) are formed of the base material, respectively. The memory material 1, the activator 2 and the detector 3 may each be provided or embedded thereon.

도 1b는 논리 상태 0의 기록, 판독 및 검출 동안 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 동작을 기호식으로 표현한다. 이 경우에 에너지는 제 1 파장(λ1)을 갖는 광 형태로 메모리 물질(1)에 공급되고, 판독은 제 2 파장(λ2)을 갖는 광 흡수로 수행된다. 논리상태 0을 지시하는 검출된 광은 흡수에 의해 감소된 강도를 지시하기 위해 더 짧은 광자 심볼에 의해 지시된다. 도 1c는 논리상태 1의 검출 동안 즉, 층(l1)의 메모리 물질(1)에서 어떠한 흡수도 발생하지 않는 동안 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 동작모드를 나타낸다. 도 1d는 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트와 전자 스위칭 디바이스 사이에 유사성을 나타내기 위한 n-채널 파워 트랜지스터의 개략도 이다. 논리상태 0 및 1에 대한 판독 광 흡수는 전계효과 트랜지스터의 드레인 전압(Vd)에 대응한다.Figure 1B symbolically represents the operation of the optical logic element OLE according to the invention during the writing, reading and detection of logic state zero. In this case, energy is supplied to the memory material 1 in the form of light having a first wavelength λ 1 , and reading is performed with light absorption having a second wavelength λ 2 . The detected light indicating logic state 0 is indicated by a shorter photon symbol to indicate the intensity reduced by absorption. FIG. 1C shows the mode of operation of the optical logic element OLE during the detection of logic state 1, ie while no absorption occurs in the memory material 1 of the layer 1. 1D is a schematic diagram of an n-channel power transistor for showing similarity between an optical logic element and an electronic switching device according to the present invention. The read light absorption for logic states 0 and 1 corresponds to the drain voltage V d of the field effect transistor.

도 2는 층(l2)에 제공된 하나 이상의 직접 또는 간접 방사선-방사 수단(21,...,2n)이 포함된 액티베이터(2)를 나타낸다. 도 2에서 방사선-방사 수단(21,...,2n)은 층(l2)의 베이스 물질에 제공되어 매립되지만, 층(l2) 상에도 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서 층(l1및 l2)은 공통 층(lc)을 형성하도록 결합될 수 있다. 이 층은 방사선-방사 수단(21,...,2n)을 갖춘 액티베이터(2) 및 메모리 물질(1)을 포함하게 된다. 본 실시예는 만일 액티베이터가 논리 엘리먼트(OLE)로의 기록 동안 파괴된다면, 유익할 수 있고, 이것은 ROM 또는 WORM 유형의 저장 디바이스의 일부를 형성해야 한다면 관련이 있을 수 있으므로 소거 및/또는 재기록되는 것으로 의도되지 않는다.2 shows an activator 2 incorporating one or more direct or indirect radiation-emitting means 2 1 ,..., 2 n provided in layer l 2 . A radiation at 2 - emission means (2 1, ..., 2 n ) is embedded, but are provided in the base material layer (l 2), it may be provided in the layer (2 l). In a preferred embodiment the layers l 1 and l 2 can be combined to form a common layer l c . This layer will comprise an activator 2 with radiation-emitting means 2 1 ,..., 2 n and a memory material 1. This embodiment is beneficial if the activator is destroyed during writing to the logical element OLE, which is intended to be erased and / or rewritten as it may be relevant if it must form part of a storage device of type ROM or WORM. It doesn't work.

광학식 메모리 물질(1)은 감광성일 수 있고 도 1b 및 1c에 나타낸 바와 같이, 두 개 이상의 구별되는 물리적 상태에 있을 수 있다. 입사 탐사 광 또는 판독 광에 대한 상태의 응답에 의해 상기 물리적 상태를 결정할 수 있다. 논리상태는 예로서 특정 판독 프로토콜에 따라 액티베이터를 상이하게 여기시키므로써 탐지될 수 있고, 이에따라 광학식 메모리 물질(1)은 논리-상태-독립적인 광의 광학적 투과 및 방사에 의해 입사광에 응답한다.Optical memory material 1 may be photosensitive and may be in two or more distinct physical states, as shown in FIGS. 1B and 1C. The physical state can be determined by the response of the state to the incident probe light or the read light. The logic state can be detected, for example, by exciting the activator differently according to a particular readout protocol, whereby the optical memory material 1 responds to incident light by optical transmission and emission of logic-state-independent light.

광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 기본 특성은 명백히 메모리 물질의 판독/기록 특성에 독립적이다. 기록 프로세스 동안 메모리 물질의 변화는 복귀될 수 없고, 광학식 논리 엘리먼트는 ROM 및 WORM 유형의 메모리 기능을 수행하는 결과로 된다. 그러나, 아래의 설명은 비휘발성이고 복귀될 수 있는 메모리 물질에 초점을 맞추며, 즉 이것들은 기록, 판독 또는 소거 광에 의해 작동될 때 까지 발생된 논리상태로 존재한다. 그러나 이것들은 광을 조사시켜서 여러 번 삭제, 소거 및 재기록될 수 있다. 상기 메모리 물질의 또다른 특징은 다중레벨 정보 즉, 그레이 스케일링된 정보를 전달할 수 있느냐의 여부 또는 2진 특성 즉 논리상태 0 또는 1 인 판독 프로토콜에 응답하는지에 관한 것이다.The basic properties of the optical logic element OLE are obviously independent of the read / write properties of the memory material. Changes in the memory material during the writing process cannot be reversed, resulting in optical logic elements performing memory functions of the ROM and WORM types. However, the description below focuses on non-volatile and recoverable memory materials, i.e. they remain in a logic state generated until actuated by write, read or erase light. However, they can be erased, erased and rewritten many times by irradiating light. Another feature of the memory material is whether it can convey multilevel information, ie gray scaled information, or whether it responds to a readout protocol of binary nature, logic state 0 or 1.

상기한 바와 같이 메모리 물질(1)은 광을 인가하므로써 한 물리적/화학적 상태로부터 다른 상태로 되는 경우에도, 메모리 물질의 상태에 영향을 미치기 위한 다른 에너지 형태를 본 발명에 따라 사용하는 것을 배제할 수 없다, 이것은 자계, 전자계 또는 전계를 포함할 수 있고 열 형태로 에너지를 공급할 수 있다. 이것은 메모리 물질의 논리상태 사이에 프로세스 단게에서 다크 반응을 형성할 필요조건이 있거나, 또는 입사광으로 하여금 만일 메모리 물질이 특정 파장을 흡수하는 감광성 재료인 경우 흡수밴드를 시프팅시키기 위해 전게를 인가하는 것과 같은 효과를 갖게하는 조건을 발생시킨다면 적절할 수 있다.As described above, even when the memory material 1 is changed from one physical / chemical state to another by applying light, it is possible to exclude the use of other energy forms according to the present invention to affect the state of the memory material. None, this may include a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field and may supply energy in the form of heat. This may be necessary to form a dark reaction at the process stage between the logic states of the memory material, or to allow incident light to shift the absorption band to shift the absorption band if the memory material is a photosensitive material that absorbs a particular wavelength. It may be appropriate to create conditions that have the same effect.

상기한 사실로부터 본 발명에 따른 광학식 엘리먼트는 메모리 물질로부터 기본 특성을 획득하는 것은 명백할 것이다. 복귀될 수 있는 메모리 물질의 두 유형 즉, 기록, 판독 및 소거를 위한 적절한 프로토콜을 채용하므로써 그들의 논리상태를 통해 한번 이상 순환할 수 있는 두 메모리 유형이 설명된다.From the foregoing it will be clear that the optical element according to the invention obtains basic properties from the memory material. Two types of memory materials that can be recovered are described, namely two types of memory that can be cycled more than once through their logical state by employing appropriate protocols for writing, reading and erasing.

전자 포획 물질은 전형적으로 희토류 이온으로 도핑된 유기 반도체 물질이다. 전자 포획 물질은 고 밀도로 데이터를 저장하기 위해 제공되고 고 데이터 전송율 및 복구율을 제공한다. J. Lindmayer의 논문 "A new erasable optical memory", Solid State Technology, August 1988에 설명되어 있다.Electron trapping materials are typically organic semiconductor materials doped with rare earth ions. Electron trapping materials are provided for storing data at high density and provide high data rates and recovery rates. J. Lindmayer's paper "A new erasable optical memory", Solid State Technology, August 1988.

전자 포획 물질의 동작 모드에 대한 일반적인 예시가 도 4에 도시되어 있다. 기록은 에너지 레벨 E 및 T에서 발생하는 포획에 의해 수행된다. 기록 광이 도펀트로 이용된 두 개의 희토류 금속의 원자를 들뜨게 할 때, 이들의 원자는 두 유형의 원자가 존재하는 에너지 레벨 E로 상승되며, 단 하나의 원자 유형만이 존재하는 레벨 T에서 후속하여 포획된다. 레벨 T에서 적외선 파장 근처의 광에 노출되는 것은 전자를 통신 밴드로 상승시키며, 이로부터 바닥상태로 하강하여, 결과적으로 데이터가 소거된다.A general illustration of the mode of operation of the electron trapping material is shown in FIG. 4. Recording is done by capture occurring at energy levels E and T. When the recording light excites the atoms of the two rare earth metals used as dopants, their atoms are raised to energy level E where both types of atoms are present and subsequently captured at level T where only one atom type is present. . Exposure to light near the infrared wavelength at level T raises electrons into the communication band, from which they descend to the ground state, resulting in data erasing.

전자 포획 물질은 CaS, SrS, MgS 또는 이들의 혼합물과 같은 알칼리 토류 황화물 형태의 호스트 격자를 가질 수 있다. 희토류 유로퓸 및 사마륨이 도펀트로서 채용될 때, 메모리 물질은 450-550 nm의 유입광을 흡수하며, 이에의해 유로퓸 이온은 광자 에너지를 흡수하여 그 일부를 사마륨 이온에 전달한다. 후자는 그것들의 상태가 안정하기 때문에, 즉 사마륨 이온이 적절한 에너지 양 흡수를 통해 포획으로부터 튀어나오지 않게 된다면 매우 안정하게 되기 때문에, 포획상태로부터 들뜨게 된다. 후자는 메모리 물질이 850-1200 nm 파장의 광에 의해 조사될 때의 경우이고, 놓여진 전자는 바닥상태로의 전환시 600-700 nm 파장으로 광을 방사시킨다. 따라서 이 경우에 기록은 450-550 nm 파장의 광을 조사하므로써 수행되고, 판독은 600-700 nm 파장의 형광을 동시에 검출함과 함께 850-1200 nm 파장의 광을 조사하므로써 수행된다.The electron trapping material may have a host lattice in the form of alkaline earth sulfides such as CaS, SrS, MgS or mixtures thereof. When rare earth europium and samarium are employed as dopants, the memory material absorbs 450-550 nm of incoming light, whereby the europium ions absorb photon energy and transfer some of it to samarium ions. The latter is excited from the trapped state because their state is stable, i.e. it becomes very stable if the samarium ions do not protrude from the trap through the absorption of an appropriate amount of energy. The latter is the case when the memory material is irradiated with light of 850-1200 nm wavelength, and the former electrons emit light at a wavelength of 600-700 nm upon switching to the ground state. In this case, therefore, recording is performed by irradiating light of 450-550 nm wavelength, and reading is performed by irradiating light of 850-1200 nm wavelength with simultaneous detection of fluorescence of 600-700 nm wavelength.

전자 포획 물질 대신에 메모리 물질은 구조-반응성 물질일 수 있고 특히 포토사이클을 통과할 수 있는 감광성 구조-반응성 물질일 수 있다. 이러한 물질의 예는 일정 유형의 염료 단백질일 수 있다. 비교적 양호하게 연구된 이러한 유형의 단백질은 박테리오로돕신이고, 마이크로유기체, 할로박테리윰 살리나리윰의 멤브레인에서 발생한다. 광학식 데이터 저장을 목적으로 더욱 철저한 박테리오로돕신의 특성에 대한 설명에 대해, 본 출원인에게 양도되고 본 출원의 우선권인 NO 특허출원 제 97 2574 호에 설명되어 있다.Instead of the electron trapping material, the memory material may be a structure-reactive material, in particular a photosensitive structure-reactive material capable of passing through a photocycle. Examples of such materials may be some type of dye protein. A relatively well studied type of protein is bacteriododocin and occurs in the membranes of the microorganism, halobacterium salinaripon. A more thorough description of the characteristics of bacteriododoxin for the purpose of optical data storage is given to the applicant and is described in NO patent application 97 2574, which is a priority of the present application.

박테리오로돕신이 광을 흡수할 때, 그것은 전자기 스펙트럼의 전체 가시 범위에서 최대 흡수를 갖는 중간상태를 발생시키는 포토사이클을 통과한다. 이것은 박테리오로돕신의 포토사이클을 나타내고 광에 의해 유도된 구조 변화의 시퀀스를 지시하는 도 1a에 개략적으로 예시되어 있다. 광-유도 천이 또는 여기 천이는 음영으로 된 화살표에 의해 지시되며, 음영으로 되지 않은 화살표는 열 완화에 기인한 천이를 지시한다. 녹색 광은 M 상태를 형성하고 후에 O 상태를 형성하는 것을 후속하여 완화시키는 중간상태 K로 박테리오로돕신의 바닥상태(bR)를 변환시킨다. M 상태에서의 잔류시간은 채용된 박테리오로돕신의 변종 및 온도에 좌우된다. O 상태에서의 박테리오로돕신은 적색광에 노광되면, 소위 브랜치 반응이 발생한다. O 상태는 고속으로 Q 상태로 완화되는 P 상태로 가며, 박테리오로돕신은 매우 오랜 주기에 걸쳐 안정한 상태로 도시되어 있다. 아스파르트산 잔류물 85 및 96을 채용하는 박테리오로돕신의 상이한 변종에서, Q 상태의 수명은 수년으로 연장될 수 있다. 만일 아스파르트산 85가 아스파라긴과 같은 비극성 아미노산으로 대체되다면, 안정한 M 상태의 형성은 방지되며 주 포토사이클은 고속으로 O 상태(또는 O 상태와 매우 유사한 중간상태)를 형성한다(R.R. Birge, Ann. Rev Phys. Chem., 41, pp. 683-733(1990)). 그러나 만일 박테리오로돕신이 청색광으로 Q 상태에서 조사된다면, 바닥상태 bR로 복구한다. 만일 O 상태가 적색광으로 조사되지 않는다면, 짧은 시간애에 그것은 바닥상태 bR로 완화될 것이다. 긴 수명을 지닌 임의의 두 상태는 2진 논리 값 0 또는 1 이 할당될 수 있고, 따라서 정보가 상기 상태중의 하나에 있는 박테리오로돕신 분자에 저장될 수 있게 한다.When bacteriododocin absorbs light, it passes through a photocycle that generates an intermediate state with maximum absorption in the entire visible range of the electromagnetic spectrum. This is schematically illustrated in FIG. 1A, which represents the photocycle of bacteriododocin and indicates the sequence of structural change induced by light. Light-induced transitions or excitation transitions are indicated by shaded arrows, and non-shaded arrows indicate transitions due to thermal relaxation. The green light converts the bacteriododoxin's ground state (bR) to an intermediate state K that forms the M state and subsequently relaxes the O state. Retention time in the M state depends on the strain and temperature of the bacteriododocin employed. When bacteriododocin in the O state is exposed to red light, a so-called branch reaction occurs. The O state goes to the P state, which relaxes to the Q state at high speed, and bacteriododocin is shown in a stable state over a very long period of time. In different strains of bacteriododocin that employ aspartic acid residues 85 and 96, the life of the Q state can be extended to several years. If aspartic acid 85 is replaced with a nonpolar amino acid such as asparagine, the formation of a stable M state is prevented and the main photocycle forms the O state (or an intermediate state very similar to the O state) at high speed (RR Birge, Ann. Rev Phys. Chem., 41, pp. 683-733 (1990)). However, if bacteriododocin is irradiated in Q state with blue light, it recovers to ground state bR. If the O state is not irradiated with red light, in a short time it will be relaxed to the ground state bR. Any two states with a long lifetime can be assigned a binary logic value of 0 or 1, thus allowing information to be stored in the bacteriodopsin molecule in one of the states.

도 5b는 박테리오로돕신의 주 포토사이클의 다이어그램이다. 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트에서의 사용과 관련있는 주 포토케미컬 변환은 일반적으로 시계방향으로 다이어그램을 일주하는 시퀀스로서 다이어그램에 나타나 있다. bR은 박테리오로돕신의 바닥상태를 나타내며, 대문자는 포토사이클에서 상이한 상태를 지시한다. 브래킷내의 숫자는 박테리오로돕신의 상이한 상태 또는 종류에 대한 흡수밴드의 중심파장을 나노미터로 나타낸다. 포토-유도된 여기에 의해 달성되는 천이는 hν와 가능하게는 시간상수 τν로 표기되며, 열 반응에 기인한 천이는 거의 실온에서 제 1 순서 완화 시간에 대해 시간상수 τρ로 표기된다.5B is a diagram of the main photocycle of bacteriododocin. The main photochemical transformation associated with the use in the optical logic element according to the invention is shown in the diagram as a sequence generally circulating the diagram in a clockwise direction. bR indicates the bottom state of bacteriododocin, and capital letters indicate different states in the photocycle. The numbers in the brackets represent the center wavelength of the absorption bands in nanometers for different states or types of bacteriododocin. The transition achieved by photo-induced excitation is denoted by h v and possibly time constant τ v , and the transition due to the thermal reaction is denoted by the time constant τ ρ for the first order relaxation time at nearly room temperature.

중심이 570nm 근방인 광으로 바닥상태 또는 휴지상태 bR에서 박테리오로돕신 분자를 조사하는 것은 매우 짧은 수명을 갖는 여기상태 K를 형성한다. 알 수 있는 바와 같이, K 상태는 600 nm로 중심을 이룬 흡수 밴드폭을 가지며, 밴드폭이 bR 상태로부터 여기시 600 nm 이상으로 뻗는다면, K 상태에서의 분자는 바닥상태 bR로 복귀할 것이다. 그러나 이러한 천이는 낮은 양자효율을 갖는 것으로 여겨지며, K 상태는 불안정하고 고속으로 L 상태로 가기 때문에 K 상태에 있는 대부분의 몇몇 분자가 바닥상태 bR로 순환할 경우에도 포토사이클내에서 강제될 것이다. 410 nm에서 중심을 이룬 흡수밴드을 갖는 중간상태 M은 약 1-3 ms의 짧은 주기 동안 중간상태 N으로 열적으로 완화되며 이것은 차례로 중간상태 O로 열적으로 완화된다. 상기한 바와 같이, 박테리오로돕신의 다양한 수정에서 상기 M 상태는 수 분 까지의 비교적 긴 수명주기를 가질 수 있으며 따라서 매우 긴 주기에 걸쳐 기록보관 저장이 필수적이 아니면 논리상태 0 또는 1을 표현하는 데 사용될 수 있다. 이 시점에서 M 상태는 실제적으로 거의 동일한 흡수 스펙트럼을 갖는 두 개의 상태 M1및 M2으로 이루어 진다고 말할 수 있다. 또한, M 상태에 의해 박테리오로돕신으로 홀로그래픽 데이터를 저장하기 위한 이전의 시도동안, 센시티비티 및 콘트라스트의 점진적인 감소가 관측되었으며, 이것은 후속하여 P 상태 및 Q 상태에 대한 브랜치 반응 동안 활성분자의 손실에 기인하는 것으로 증명되었다(R.R. Birge, Private communication, 1996). M 상태는 410 nm인 M 상태의 흡수밴드 중심파장 근처로 광을 수렴시키므로써 조사될 때 바닥상태로 복귀하는 것을 다이어그램에서 알 수 있다. 바닥상태 bR의 흡수 중심 파장 즉 570 nm 근방으로의 광의 수렴은 자연적으로 M 상태를 bR 상태로 복귀하도록 강제하지 않을 것이다. O 상태는 640 nm의 흡수 중심 파장을 가지며, 이러한 파장 근방에 중심을 이룬 유효 밴드폭을 갖는 광에 의해 조사된다면, 포토사이클의 브랜치 반응으로 하여금 수 분 까지인 비교적 긴 수명을 갖는 중간상태 P로 가도록 하지 않을 것이다. P 상태는 가장 안정한 포토사이클의 중간 상태 즉 Q 상태로 열적으로 완화되고, 이것은 수년을 넘는 수명을 갖는다. 그러므로 Q 상태는 수년 동안 유지되어야 할 논리상태를 표현하도록 채용될 수 있다. 안정한 바닥상태 bR 및 Q 상태는 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트가 보관저장에 적절한 광학식 데이터 저장 디바이스에 이용되어야 하는 경우 박테리오로돕신이 저장 매체를 구성할 때 적절하다.Irradiating the bacteriodopsin molecule in ground state or dormant bR with light centered at 570 nm forms an excited state K with very short lifetime. As can be seen, the K state has an absorption bandwidth centered at 600 nm, and if the bandwidth extends beyond bN state to 600 nm or more upon excitation, the molecules in the K state will return to the ground state bR. However, this transition is believed to have low quantum efficiency, and since the K state is unstable and goes to the L state at high speed, most of the molecules in the K state will be forced in the photocycle even when circulating to the ground state bR. Intermediate state M, with its absorption band centered at 410 nm, thermally relaxes to intermediate state N for a short period of about 1-3 ms, which in turn thermally relaxes to intermediate state O. As noted above, in various modifications of bacteriododocin, the M state can have a relatively long life cycle of up to several minutes and thus can be used to represent logical states 0 or 1 if archive storage is not essential over very long periods. have. At this point it can be said that the M state consists of two states M 1 and M 2 which have substantially the same absorption spectrum. In addition, during previous attempts to store holographic data with bacteriorhodosin by the M state, a gradual decrease in sensitivity and contrast was observed, which subsequently led to loss of active molecules during branch reactions to the P and Q states. (RR Birge, Private communication, 1996). It can be seen from the diagram that the M state returns to the ground state when irradiated by converging light near the center wavelength of the absorption band of 410 nm. The convergence of light near the absorption center wavelength of the ground state bR, ie near 570 nm, will not naturally force the M state to return to the bR state. The O state has an absorption center wavelength of 640 nm and, if irradiated by light with an effective bandwidth centered near this wavelength, causes the photocycle branch reaction to a medium state P with a relatively long lifetime of up to several minutes. I will not let you go. The P state is thermally relaxed to the intermediate state of the most stable photocycle, the Q state, which has a lifetime of over several years. Therefore, the Q state can be employed to represent a logical state that should be maintained for many years. The stable ground states bR and Q states are suitable when the bacteriododoxin constitutes a storage medium when the optical logic element according to the invention is to be used in an optical data storage device suitable for storage.

만일 Q 상태가 380 nm의 Q 상태의 흡수 중심 파장에서 중심을 이룬 유효 밴드 폭을 갖춘 청색광으로 조명된다면, Q 상태는 바닥상태 bR 로 가고, 시간 지시 "〉1 년"은 Q 상태가 수 년인 시간상수로 바닥상태 bR 로 열적으로 완화된다. 490 nm의 P 상태의 흡수 중심 주파수 근방에서 중심을 이룬 유효 밴드폭으로 광 흡수에 의해, P 상태는 O 상태로 복귀한다. 더욱이, 정규 포토사이클에서, O 상태는 실온에서 약 4 ms의 시간상수로 바닥상태 bR로 열적으로 완화된다.If the Q state is illuminated with blue light with an effective band width centered at the absorption center wavelength of 380 nm, the Q state goes to the ground state bR, and the time indication "> 1 year" is the time for which the Q state is several years. Thermally relaxed to ground state bR as a constant. The P state returns to the O state by light absorption with an effective bandwidth centered near the absorption center frequency of the P state of 490 nm. Moreover, in a normal photocycle, the O state is thermally relaxed to the ground state bR with a time constant of about 4 ms at room temperature.

박테리오로돕신의 포토사이클의 또다른 시각화를 위해, 도 5c에 그래픽으로 도시되어 있다. 외각 원은 바닥상태 bR 로부터 중간상태 K, L, M, N 및 O 상태를 통해 후속하여 바닥상태 bR 로 시계방향으로 포토사이클의 진행을 나타낸다. 포토사이클의 브랜치 반응은 O 상태로부터 도달되는 P 및 Q 상태를 지닌 내부 원형 아크로 표현된다. 비교적 긴 수명시간을 갖는 준안정 상태 즉, M, P 및 Q가 빗금친 부분으로 도시되어 있다. 원형 섹터는 안정한 것으로 고려되어야 할 본 발명을 위해 상태 Q 및 bR을 포함하는 포토사이클의 영역을 나타낸다. 본 발명에 중요한 포토사이클에서의 포토-유도된 천이는 숫자표기된 화살표로 지시된다. 다이어그램에서, 본 발명에 중요하지 않은 매우 일시적인 상태는 생략되었다. 중간상태가 실질적으로 거의 동일한 흡수 스펙트럼을 갖춘 여러 상태로 이루어지는 경우에도 마찬가지로동일하게 적용된다.For another visualization of the photocycle of bacteriododocin, it is shown graphically in FIG. 5C. The outer circle shows the progression of the photocycle clockwise from the ground state bR through the intermediate states K, L, M, N and O states and subsequently to the ground state bR. The branch reaction of the photocycle is represented by an internal circular arc with P and Q states reached from the O state. Metastable states with relatively long lifetimes, ie M, P and Q, are shown in hatched portions. The circular sector represents the region of the photocycle containing states Q and bR for the present invention which should be considered to be stable. Photo-induced transitions in photocycles important to the present invention are indicated by numbered arrows. In the diagram, a very transient state that is not important to the invention is omitted. The same applies if the intermediate state consists of several states with substantially the same absorption spectrum.

박테리오로돕신의 상이한 종류 또는 상태의 흡수 스펙트럼이 도 5d에 예시되어 있으며 이것은 또한 여기를 다른 상태로 유효하게 하기 위해 한 종류의 박테리오로돕신을 조사하기 위한 안정한 유효 밴드폭도 지시한다. 약 600nm 근방에서 중심을 이룬 유효 밴드폭은 N, bR, K 및 O 상태에 영향을 미치지만 이러한 조명의 결과는 적어도 분자 수의 상당부분이 bR로부터 비교적 안정한 Q 상태로 되도록 강제할 것이다. 570 nm로 중심을 이룬 광 펄스로 연속하여 바닥상태 bR을 조사하므로써 동일한 결과를 달성할 수 있음은 자명할 것이고, 이에따라 bR 상태를 O 상태로 가게하며, 반면에 640 nm로 570 nm로 중심을 이룬 광 펄스로 박테리오로돕신을 동시에 연장시켜 조사시키며, 이에따라 O 상태를 P 상태로 되게 한다. 이러한 사항의 의미는 다음단락에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 380 nm에서 또는 예로서 360-400 nm의 밴드폭인 광으로 Q 상태에서의 분자를 조사하므로써 Q 상태를 바닥상태 bR로 유효하게 여기시킬 수 있음을 도 5d로부터 알 수 있다.Absorption spectra of different species or states of bacteriodopsin are illustrated in FIG. 5D, which also indicates a stable effective bandwidth for investigating one type of bacteriodopsin to validate the excitation in another state. The effective bandwidth centered around 600 nm affects the N, bR, K and O states, but the result of this illumination will force at least a significant portion of the number of molecules to be relatively stable from bR. It will be apparent that the same result can be achieved by continuously irradiating the ground state bR with a light pulse centered at 570 nm, thus bringing the bR state to the O state, while centering at 640 nm at 570 nm. The light pulse simultaneously extends and irradiates the bacteriododocin, thus bringing the O state to the P state. The meaning of this matter will be explained in more detail in the following paragraphs. It can be seen from FIG. 5D that the Q state can be effectively excited to the ground state bR by irradiating molecules in the Q state at 380 nm or with light having a bandwidth of 360-400 nm as an example.

메모리 물질(1)은 액티베이터(2)에 의해 여기될 때 형광성일 수 있고, 메모리 물질(1)은 검출기(3)에 의해 검출된 형광을 방사시킨다. 다른 말로 하면 상기 검출은 방사에서 일어난다. 데이터 저장을 위한 형광물질의 사용은 본 특허 명세서에 설명되어 있는 이외에 당업자에게 공지되어 있으므로 추가의 설명은 생략한다.The memory material 1 may be fluorescent when excited by the activator 2, and the memory material 1 emits the fluorescence detected by the detector 3. In other words, the detection takes place in radiation. The use of fluorescent materials for data storage is well known to those skilled in the art in addition to those described in this patent specification, and further description thereof is omitted.

이제 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트의 여러 바람직한 실시예가 더욱 상세히 설명된다.Several preferred embodiments of the optical logic element according to the invention are now described in more detail.

도 6은 각각 광학식 검출기(3) 및 액티베이터(2)의 전기적 액세싱 및 어드레싱을 위한 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')가 제공된 광학식 논리 엘리먼트(OLE)를 나타낸다. 이러한 목적을 위해 전극(4,4') 또는 전기 컨덕터(5,5')는 각각 제 2층 및 제 3층(l2,l3)에 집적되어 제공된다. 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')는 각각 바람직하게 전기적 도전 폴리머 물질을 기초로 하여 이루어 질 수 있다. 전기 컨덕터(5,5')가 각각 층(l1,l3)의 각 측상에 상호 직교 구성으로 배열된다면, 전극(4,4')이 각각 직교식으로 배열된 전기 컨덕터(5,5') 사이에 교차 포인트로서 실현될 수 있다. 더욱이, 제 1 층(l1)에 인접하여 또는 이 층에 내재되어, 전계의 발생을 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 또다른 층(l4)이 제공될 수 있다. 이것은 강유전, 광전 또는 이와 유사한 물질로 이루어 진 층(l4)을 가지므로써 달성될 수 있고, 발생된 전계는 시간 영역, 주파수 영역 또는 강도 영역에서 광학식 메모리 물질(1)의 응답에 영향을 미치는 데 사용된다. 이것의 예가. 상기한 SE 특허 제 501 106 호에 나타나 있으며 여기서 광 저항 특성을 갖춘 광-도전층이 메모리 물질의 한 측상에서 메모리 물질과 전극 매트릭스 사이에 제공된다. 이것은, 액티베이터가 방사선-방사 수단이면, 층(l4)과 전극(4) 사이에 전기 제어 전압을 동시에 인가하므로써 전계가 광학식 논리 엘리먼트에 선택적으로 인가되는 것을 허용한다.FIG. 6 shows an optical logic element OLE provided with electrodes 4, 4 ′ and electrical conductors 5, 5 ′ for electrical accessing and addressing of the optical detector 3 and activator 2, respectively. For this purpose the electrodes 4, 4 ′ or the electrical conductors 5, 5 ′ are provided integrated in the second and third layers l 2 , l 3 , respectively. The electrodes 4, 4 'and the electrical conductors 5, 5' may each preferably be made on the basis of an electrically conductive polymer material. If the electrical conductors 5, 5 ′ are arranged in a mutually orthogonal configuration on each side of the layers l 1 , l 3 , respectively, the electrical conductors 5, 5 ′ where the electrodes 4, 4 ′ are each arranged orthogonally Can be realized as an intersection point between Furthermore, another layer l 4 can be provided, as shown in FIG. 7, for the generation of an electric field adjacent to or in the first layer l 1 . This can be achieved by having a layer (l 4 ) made of ferroelectric, photoelectric or similar material, the generated electric field affecting the response of the optical memory material 1 in the time domain, frequency domain or intensity domain Used. An example of this is The above-mentioned SE patent 501 106 is provided wherein a photo-conductive layer having photoresist properties is provided between the memory material and the electrode matrix on one side of the memory material. This allows the electric field to be selectively applied to the optical logic element by simultaneously applying an electrical control voltage between the layer 14 and the electrode 4 if the activator is radiation-emitting means.

방사선-방사 수단(2)은 전극(4,4')사이에서 층(l4)의 다이오드 레이저 형태인 반도체 레이저일 수 있다. 복수 개의 방사선-방사 수단(21,....,2n)은 도 2에 도시된 바와 같이 제공될 수 있으며, 이 경우 예를들어 특정 방사 특성을 갖춘 다이오드 레이저를 제공하므로써 상이한 미리선택된 주파수로 방사하도록 배열될 수 있다.The radiation-emitting means 2 may be a semiconductor laser in the form of a diode laser of the layer l 4 between the electrodes 4, 4 ′. A plurality of radiation-emitting means 2 1 ,..., 2 n may be provided as shown in FIG. 2, in which case different preselected frequencies are provided, for example by providing diode lasers with specific radiation characteristics. It can be arranged to radiate into.

방사선-방사 수단(2)은 또한 간접적인 방사선-방사 수단일 수 있고, 이 경우 이것은 상세히 도시되지 않은 외부 방사선 소스(2')에 의해 액티베이팅되어야 한다. 이러한 종류의 외부 방사선 소스는 광학식 논리 엘리먼트(OLE) 외부에 제공되어야 하며, 만일 광학식 논리 엘리먼트가 광학식 논리 디바이스(OLD)를 구성하는 2 차원 매트릭스를 형성하도록 결합된다면, 이것은 매트릭스의 에지 및 외부에 방사선 소스를 제공하므로써 구현될 수 있고, 이 경우 층(l1)은 광을 층(l1)의 투명 베이스 물질을 통해 간접적으로 방사선-방사 수단에 전파하는 도파관으로서 작용할 수 있어야 한다. 이와 같은 층-형상 광학식 도파관(l2)은 마이크로스트립 라인 또는 광섬유 도파관으로 마찬가지로 구현될 수 있고 본 명세서에서 더 이상 설명되지 않는다.The radiation-emitting means 2 can also be indirect radiation-radiating means, in which case it must be activated by an external radiation source 2 , not shown in detail. This kind of external radiation source must be provided outside the optical logic element OLE, and if the optical logic elements are combined to form a two dimensional matrix constituting the optical logic device OLD, this is radiation to the edges and to the outside of the matrix. It can be realized by providing a source, in which case the layer l 1 must be able to act as a waveguide propagating light indirectly through the transparent base material of the layer l 1 to the radiation-emitting means. Such layer-shaped optical waveguide l 2 may likewise be embodied as a microstrip line or an optical fiber waveguide and is not described herein any further.

근접-어드레싱가능 논리 엘리먼트에 기초한 근접-어드레싱가능 논리 디바이스는 층(l2)에 직접 제공된 방사선-방사 수단(2)을 제공하는 것이 일반적으로 바람직하다.It is generally preferred that the proximity-addressable logic device based on the proximity-addressable logic element provides the radiation-emitting means 2 provided directly in the layer l 2 .

이 경우 방사선-방사 수단(2)은 광-방사 다이오드일 수 있고 특히 이를 위해선 컨쥬게이트된 폴리머에 기초한 유기물 광-방사 다이오드가 바람직하다. 이러한 광-방사 폴리머 다이오드는 본 명세서에 참조되고 본 발명의 출원인이 권리를 갖는, 발명의 명칭이 "Colour source and method for its fabrication"인 국제 공개된 국제 특허출원 WO 95/31515 호에 설명되어 있다. 이러한 종류의 광-방사 폴리머 다이오드는 다이오드 작동 전압을 변경시키므로써 여러 파장길이의 광을 방사시킬 수 있다. 이 다이오드는 광을 상이한 파장으로 방사시킬 수 있고, 예를들어 낮은 작동 전압에서 주로 적색광을 그리고 높은 작동 전압에서 청색광을 방사시킬 수 있고 반면에 중간 작동 전압에선 방사 스톱이 변화하는 강도의 적색 및 청색광에서 획득될 수 있다. 이 다이오드는 컨쥬게이트된 폴리머 영역 및 수십 나노미터의 두께 및 매우 크지 않은 개별 다이오드의 사이즈를 갖는 폴리머 박막으로 제조될 수 있다. 광학식 논리 엘리먼트에서 방사선-방사 수단으로서 집적됨에 따라, 이것들은 유사한 사이즈의 광학식 논리 엘리먼트와 양립할 수 있다.In this case the radiation-emitting means 2 may be a light-emitting diode, in which organic light-emitting diodes based on the conjugated polymer are particularly preferred. Such light-emitting polymer diodes are described in the internationally published international patent application WO 95/31515, entitled "Colour source and method for its fabrication", to which the present applicant is entitled, referred to herein. . This kind of light-emitting polymer diode can emit light of various wavelengths by changing the diode operating voltage. These diodes can emit light at different wavelengths, for example mainly red light at low operating voltages and blue light at high operating voltages, while red and blue light of varying intensity in the stop stop at medium operating voltages. Can be obtained from This diode can be fabricated from a polymer thin film with a conjugated polymer region and tens of nanometers thick and the size of individual diodes that are not very large. As integrated as radiation-emitting means in the optical logic element, they may be compatible with optical logic elements of similar size.

도 8은 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트로서 구현된 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트를 나타낸다. 이 경우 메모리 물질(1)은 층(l1)을 형성하는 박테리오로돕신과 같은 구성-반응, 감광성 물질일 수 있다.8 illustrates an optical logic element according to the present invention implemented as a near-addressable optical logic element. In this case, the memory material 1 may be a constituent-responsive, photosensitive material such as bacteriodopsin which forms the layer l 1 .

감광성 물질(1) 또는 구조(l1)에 인접하여, 이미터 또는 광원(2)은 바람직하게 광-방사 폴리머 다이오드 형태로 층(l2)에 제공된다. 광-방사 폴리머 다이오드(2)에는 전원(6)에 연결된 두 개의 전극(4,4')을 통해 작동전압이 공급된다. 광-방사 폴리머 다이오드(2)는 감광성 물질 즉 포토사이클을 통해 구동되어야 할 박테리오로돕신에 인접하여 제공된다. 이것은 전극(4')이 투명이어야 함을 의미한다. 더욱이 포토사이클을 통해 박테리오로돕신(1)을 구동하기 위한 광-방사 폴리머 다이오드(2)는 파장-조정가능 방사를 제공해야 하며, 이것은 이 경우 예를들어 더욱 상세히 설명되는, 국제특허 출원 제 WO 95/31515호에 설명된 바와 같은 유형의 전압-조정가능 폴리머 다이오드 형태의 설계구조와 연관될 것이라는 것을 의미한다. 광-방사 폴리머 다이오드(2)에 대향하여 그리고 마찬가지로 박테리오로돕신 층(l1)에 인접하여, 광 검출시 광전 또는 광도전 검출기(3)로부터 연산 증폭기(7)로 방사된 신호 전압(VD)을 전달하는 마찬가지로 전극(4,4')이 공급되는 층(l3) 형태로 광전 또는 광도전 검출기(3)가 제공된다. 명백하게, 이 경우에도 박테리오로돕신 층(l1)과 대면하는 검출기 전극(4)은 투명해야 한다.Adjacent to the photosensitive material 1 or the structure l 1 , the emitter or light source 2 is preferably provided in the layer 1 2 in the form of a light-emitting polymer diode. The light-emitting polymer diode 2 is supplied with an operating voltage through two electrodes 4, 4 ′ connected to the power source 6. The light-emitting polymer diode 2 is provided adjacent to a photosensitive material, i.e., bacteriodopsin, to be driven through a photocycle. This means that the electrode 4 'must be transparent. Furthermore, the light-emitting polymer diode 2 for driving the bacteriorhodosin 1 via a photocycle must provide wavelength-adjustable radiation, which is described in more detail, for example in International Patent Application WO 95 /. It will be associated with a design structure in the form of a voltage-adjustable polymer diode of the type as described in 31515. Opposite the photo-radiative polymer diode 2 and likewise adjacent to the bacteriododosin layer l 1 , the signal voltage V D radiated from the photoelectric or photoconductive detector 3 to the operational amplifier 7 upon detection of light is A photoelectric or photoconductive detector 3 is provided in the form of a layer l 3 to which electrodes 4, 4 ′ are likewise transmitted. Obviously, in this case too, the detector electrode 4 facing the bacteriododosin layer l 1 must be transparent.

상기한 바와 같이, 광-방사 폴리머 다이오드 형태의 전압-조정가능 색광원은 상기한 국제특허 출원 제 WO95/31515호를 참조하여 이미 설명되었으며 M.Bergren에 의한 Nature 372, pp. 444-446(1994)에 더욱 상세히 설명되어 있다. 전극을 통하여 인가된 작동전압(VE)을 변동시키므로써, 이러한 광-방사 폴리머 다이오드는 상이한 파장으로 광을 방사시킬 것이다. 이러한 종류의 광-방사 폴리머 다이오드의 설계 예는 일반적이며, 방사된 광의 스펙트럼 특성은 광-방사 물질의 적절한 선택에 의해 넓은 제한범위로 제어될 수 있다. 본 설명에 대해, 상이한 상태에서 박테리오로돕신의 광-흡수 특성에 스펙트럼 적용이 요구되는 경우에, 광-방사 폴리머 다이오드는 저전압(VE)으로 항색광을 방사시키며 전압이 증가함에 따른 청색광의 방사가 증가하는 것으로 가정된다. 이것은 도 9a-c에 상세히 예시되어 있으며, 도 9a에서 5볼트의 인가된 전압(VE)에 대해 스펙트럼 특성 및 강도를 나타낸다. 방사는 약 630nm의 최고 스펙트럼을 갖춘 적색광 형태로 발생한다. 이 경우 유용율은 100% 이다. 도 9b에서 전압은 16 볼트로 증가되며 유용율은 50%로 감소된다. 광-방사 폴리머 다이오드는 여전히 약 630nm의 최고 스펙트럼으로 유지되지만, 동시에 약 400nm의 청색광 방사가 증가한다. 유용율이 20%인 21 볼트 인가된 전압으로 약 530nm에 걸친 파장에서의 방사는 비교적 감소되며, 방사 피크치는 도 9c에 도시된 바와 같이, 약 430 nm에서 중심을 이룬 고강도의 청색광으로 획득된다. 상기한 국제특허 출원 WO 95/31515에서 설명된 바와 같은 광-방사 폴리머 다이오드인 전압-제어된 이미터는 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 물리적으로 분리된 광-방사 영역(9,9')을 포함하며, 이것은 이미터 층(l2)을 통한 개략적인 단면도로 간주될 수 있다. 영역(9,9')은 자체가 폴리머일 수 있는 투명 기초물질(8)에 매립될 수 있고, 각각의 영역(9,9')은 단지 한 유형의 광-방사 폴리머 즉, 청색 또는 적색광으로 주로 방사하는 좁은 밴드갭을 갖춘(예를들어 9) 또는 청색광으로 주로 방사하는 넓은 밴드갭을 갖춘(예를들어 9') 광-방사 폴리머만을 포함한다. 영역(9,9')이 넓고 비교적 먼 거리로 이격되어 위치되면, 이것은 광-방사 다이오드로부터 예측불가능하고 불균일한 광 방사에 기인한 문제점을 야기시키며 어떤 광학식 방사선 기하학적 구조의 경우 박테리오로돕신 구조에서 주어진 중앙 포인트에 충돌되는 적색광과 청색광 사이에 양호하지 못한 공간 오버래핑을 나타낸다. 실험적인 테스팅은, 상기한 WO 95/31515를 참조하여, 상기 시점에 대해 적어도 수 10 nm 내지 수 100nm 범위의 영역에서 전형적인 크기 및 거리를 획득할 수 있으며, 이러한 결과로 기초물질(8) 또는 폴리머 층의 두께에 스케일 팩터가 단면 영역에 대응하는 데, 이는 영역은 기초물질의 표면에서 전극(4,4')과 콘택팅하기 때문이다. 공간적으로 분리된 광 방사에 기인하는 효과는 따라서 매우 작은 광-방사 폴리머 다이오드, 전형적으로는 수 나노미터의 스케일 팩터로만 식별될 것이다. 반면에, 광-방사 폴리머 다이오드(2)의 사이즈는 영역(9,9')의 사이즈를 감소시키므로써 상당히 감소될 수 있다는 지시가 있으며, 따라서 약 10 nm 또는 이 정도의 사이즈인 광-방사 다이오드를 갖춘 경우에도 임의의 바람직하지 못한 공간적 효과를 방지한다. 이미터 층(l2)의 두께는 필적될 수 있으며, 이 결과 적어도 이론상 사이즈 수 nm 이고 이에 대응하는 두께로 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트를 구현할 수 있게 된다.As mentioned above, voltage-adjustable color light sources in the form of light-emitting polymer diodes have already been described with reference to International Patent Application No. WO95 / 31515, supra, and described by Nature 372, pp. 444-446 (1994). By varying the operating voltage V E applied across the electrodes, these light-emitting polymer diodes will emit light at different wavelengths. Design examples of this kind of light-emitting polymer diodes are common, and the spectral properties of the emitted light can be controlled to a wide range by appropriate choice of light-emitting materials. For this description, when spectral application is required for the light-absorption properties of bacteriododoxin in different states, the light-emitting polymer diode emits chromatin light at low voltage (V E ) and the emission of blue light increases with increasing voltage. It is assumed to be. This is illustrated in detail in FIGS. 9A-C and shows the spectral characteristics and intensities for the applied voltage V E of 5 volts in FIG. 9A. Emission occurs in the form of red light with a peak spectrum of about 630 nm. In this case, the usefulness rate is 100%. In FIG. 9B the voltage is increased to 16 volts and the usefulness is reduced to 50%. The light-emitting polymer diode still remains at the highest spectrum of about 630 nm, while at the same time increasing blue light emission of about 400 nm. Emissions at wavelengths over about 530 nm with a 21 volt applied voltage with a 20% utility rate are relatively reduced and emission peaks are obtained with high intensity blue light centered at about 430 nm, as shown in FIG. 9C. The voltage-controlled emitter, which is a light-emitting polymer diode as described in the above-mentioned International Patent Application WO 95/31515, has a plurality of physically separated light-emitting regions 9, as shown in FIGS. 9 '), which can be regarded as a schematic cross section through the emitter layer l 2 . Regions 9, 9 ′ may be embedded in a transparent base material 8, which may itself be a polymer, and each region 9, 9 ′ may be with only one type of light-emitting polymer, ie blue or red light. It only includes light-emitting polymers having a narrow bandgap that mainly emits (e.g. 9) or a wide bandgap that emits mainly blue light (e.g. 9 '). If the regions 9, 9 'are located wide and relatively far apart, this causes problems due to unpredictable and non-uniform light emission from the light-emitting diodes and for some optical radiation geometries the central given in the bacteriodopsin structure It shows poor spatial overlap between the red and blue light impinging on the point. Experimental testing can, with reference to WO 95/31515, above, obtain typical sizes and distances in the region ranging from at least several 10 nm to several 100 nm for this time point, which results in the base material 8 or polymer. The scale factor in the thickness of the layer corresponds to the cross-sectional area because the area contacts the electrodes 4, 4 'at the surface of the base material. The effect due to spatially separated light emission will therefore only be identified with very small light-emitting polymer diodes, typically scale factors of several nanometers. On the other hand, there is an indication that the size of the light-emitting polymer diode 2 can be significantly reduced by reducing the size of the regions 9, 9 ', and thus a light-emitting diode of size about 10 nm or so. Even if equipped with any undesirable spatial effects to prevent. The thickness of the emitter layer l 2 can be comparable, which makes it possible to implement the optical logic element according to the invention with a thickness of at least a theoretical number of nm and correspondingly.

광전 또는 광도전성 검출기(3)는 이미터(2) 또는 색광원에 대한 설계 즉, 도 8에 도시된 마찬가지의 폴리머 다이오드의 사용 및 현재 광을 흡수하는 영역을 갖춘 면에서 마찬가지이고, 이 결과 스펙트럼에 좌우되어 광 강도에서 검출된 편차는 신호전압을 생성하거나 전극(4,4')에 검출기의 출력전압(VD)을 발생시킨다. 마찬가지 방식으로 이 경우에 검출기(3)는 이미터(2)의 스펙트럼 특성에 조정되어야만 한다. 검출기(3)에 대해서도 동일한 스케일 팩터가 층 두께를 결정하는 영역(9,9')의 크기, 광-방사 폴리머 다이오드(2)에 대해 적용된다. 명백하게, 층 두께는 영역 단면부와 양립할 수 있어야 하며, 이에따라 전극(5,5')에 대해 콘택팅될 수 있게 한다.The photoelectric or photoconductive detector 3 is the same in terms of the design for the emitter 2 or the color light source, i.e. the use of the same polymer diode shown in FIG. Depending on the detected deviation in the light intensity, it generates a signal voltage or generates an output voltage V D of the detector at the electrodes 4, 4 '. In the same way, in this case the detector 3 must be adjusted to the spectral characteristics of the emitter 2. The same scale factor is also applied to the detector 3 for the size of the regions 9, 9 ′, the light-emitting polymer diode 2, which determines the layer thickness. Obviously, the layer thickness must be compatible with the area cross section, thus allowing contact with the electrodes 5, 5 '.

감광성 유기물질 즉 박테리오로돕신 및 감광성 폴리머 다이오드의 사용을 참조하여 설명된 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 근접-어드레싱가능하게 설계되었음을 알 수 있고, 따라서 광이 박테리오로돕신 구조의 외부에 그리고 이것과 이미터 사이에 제공된 굴절 또는 회절 엘리먼트의 형태로 광학적으로 활성인 구조를 통해 감광성 유기물질에 전달된다면 존재할 스케일 팩터에 제한되는 것을 방지한다. 이 경우 광학식 논리 엘리먼트의 사이즈는 이용된 광 방사선의 파장에 의해 제한된다.It can be seen that the optical logic element (OLE) described with reference to the use of a photosensitive organic material, namely bacteriododoxin and a photosensitive polymer diode, is designed to be near-addressable, so that light is provided outside and between this and the emitter. If delivered to the photosensitive organic material through an optically active structure in the form of refractive or diffractive elements it is prevented from being limited to the scale factor present. In this case the size of the optical logic element is limited by the wavelength of the optical radiation used.

이제 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스(OLD)가 도 11-17을 참조하여 설명된다.An optical logic device OLD according to the invention is now described with reference to FIGS. 11-17.

도 11은 광학식 논리 디바이스가 2차원 어레이 또는 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)에 의한 구조(S) 형태로 된 경우를 도시하며 상기 광학식 논리 엘리먼트가 행으로 된 단면을 나타내며, m=n=5 인 m*n 어레이에서 OLE11및 OLE1n가 예시되어 있다. 도 12는 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스를 도시하며, 여기서 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 구조(S1,...,Sx) 또는 2차원 어레이는 층으로 적층되고, 따라서 광학식 논리 엘리먼트의 2차원 어레이는 볼륨 광학식 논리 디바이스(OLD)에서 표면 몸체 구조(S)를 형성한다. 이렇게하여 광학식 논리 디바이스(OLD)는 3차원 어레이 예로서 m*n*x 논리 엘리먼트를 갖춘 3차원 어레이로 구현되며, x는 적층된 구조(S)의 수이다. 도 12는 m*n 어레이에서 m=1인 행을 예로하여, 구조(S)를 형성하는 연결된 어레이의 적층된 행의 단면을 개략적으로 나타내며, 구조(S1)에서 두 개의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)는 각각 OLE11및 OLE1n으로 표기되어 있다. 도 12에 나타난 바와 같이, 광학식 논리 디바이스(OLD)는 5개의 구조(S)를 포함하며, 따라서 x=5 이고, 도 12는 5*5*5 = 125 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)를 갖춘 용량성 광학식 논리 디바이스를 예시하는 것으로 고려된다. 각각의 구조 사이에 광학적으로, 열적으로 및/또는 전기적으로 절연층(l5)이 제공된다.FIG. 11 shows a case where the optical logic device is in the form of a structure S by a two-dimensional array or optical logic elements (OLEs) and shows the cross-section of the optical logic elements in rows, m * with m = n = 5 OLE 11 and OLE 1n are illustrated in the n array. Figure 12 shows an optical logic device according to the invention, wherein the structures S 1 , ..., S x or two-dimensional arrays of optical logic elements OLEs are stacked in layers, and thus two of the optical logic elements The dimensional array forms the surface body structure S in the volume optical logic device OLD. The optical logic device OLD is thus embodied in a three dimensional array with m * n * x logic elements as a three dimensional array, where x is the number of stacked structures S. 12 schematically shows a cross section of a stacked row of connected arrays forming structure S, taking m = 1 rows in an m * n array, with two optical logic elements OLEs in structure S 1 . ) Are indicated as OLE 11 and OLE 1n , respectively. As shown in FIG. 12, the optical logic device OLD comprises five structures S, thus x = 5 and FIG. 12 is capacitive with 5 * 5 * 5 = 125 optical logic elements OLEs. It is contemplated to illustrate an optical logic device. An insulating layer l 5 is provided between each structure optically, thermally and / or electrically.

광학식 논리 디바이스(OLD)의 변형에서, 예로서 m*n 어레이의 행, 열 또는 서브-어레이 형태의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 그룹은 도 13에 도시된 바와 같이, 그룹에서 모든 논리 엘리먼트를 커버하는 공통 광학식 검출기(3)에 할당될 수 있다.In a variant of the optical logic device OLD, a group of optical logic elements OLEs in the form of a row, column or sub-array of an m * n array, for example, covers all the logic elements in the group, as shown in FIG. Can be assigned to a common optical detector (3).

도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 구조(S)는 광학식 논리 디바이스(OLD)를 액세싱 및 어드레싱하는 데 사용되고 구조(S)의 일부를 형성하는 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)에 할당된 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')를 포함하는 집적된 하나 이상의 층(l6)을 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 전기 컨덕터(5,5')는 서로에 대해 직교하여 제공될 수 있으며, 이 경우 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE)에서 전기 컨덕터(5,5') 사이의 교차 포인트에 전극(4,4')을 구현할 수 있게 되며, 예로서 전기 컨덕터(5,5')의 교차 포인트 사이에서 층(l2및 l3)에 다이오드 구조체를 형성한다.As shown in FIG. 14, each structure S is used for accessing and addressing the optical logic device OLD and is assigned to the optical logic elements OLEs forming part of the structure S. 4 ') and one or more layers l 6 comprising an electrical conductor 5,5'. As shown in FIG. 14, the electrical conductors 5, 5 ′ can be provided orthogonal to one another, in which case the intersection point between the electrical conductors 5, 5 ′ at each optical logic element OLE. It is possible to implement electrodes 4, 4 ′ at, for example, forming diode structures in layers l 2 and l 3 between the crossing points of electrical conductors 5, 5 ′.

어레이에서 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 배열이 도 15에 사시도로 도시되어 있으며, 여기서 어레이의 개별층, 즉 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)를 형성하는 액티베이터 층(l2), 메모리 물질층(l1) 및 검출기 층(l3)이 분해된 형태로 도시되어 있다. m*n 논리 엘리먼트(OLEs)로 이루어 진 어레이는 실제 5*5 어레이로서 도 15에 도시되어 있다. 액티베이터 층(l2)에는 전기 컨덕터(5,5') 사이의 교차 포인트에 각각 위치된 전극(4,4')을 갖춘 전기 컨덕터(5,5')가 제공되며, 이들은 전압을 인가한다. 액티베이터(2)가 광-방사 다이오드이면, 층(l1)에서의 박테리오로돕신과 같은, 감광성 유기 물질 형태로 메모리 물질에 영향을 미치는 광을 방사시킬 것이다. 검출은 검출기 층(l3)에서 발생하며, 이 경우 제공된 전기 컨덕터(5,5') 사이의 교차 포인트에서의 조명으로, 광-흡수 검출기 디바이드(3)가 마찬가지로 획득된다. 이렇게하여 형성된 광학식 논리 엘리먼트가 OLE13로서 도시되어 있으며, 이 경우 간명을 위해 각각의 층(l1,l2,l3) 또는 매트릭스가 5*5 매트릭스로서 도시되어 있다.The arrangement of the near-addressable optical logic elements (OLEs) in the array is shown in perspective view in FIG. 15, where an activator layer (l 2 ), a memory material layer, which forms an individual layer of the array, ie optical logic elements (OLEs). (l 1 ) and detector layer (l 3 ) are shown in disassembled form. The array of m * n logical elements (OLEs) is shown in FIG. 15 as the actual 5 * 5 array. The activator layer l 2 is provided with electrical conductors 5, 5 ′ with electrodes 4, 4 ′ respectively positioned at the intersection points between the electrical conductors 5, 5 ′, which apply a voltage. If the activator 2 is a light-emitting diode, it will emit light that affects the memory material in the form of a photosensitive organic material, such as bacteriodopsin in layer l 1 . Detection takes place in the detector layer l 3 , in which case light-absorption detector divides 3 are likewise obtained with illumination at the intersection points between the provided electrical conductors 5, 5 ′. The optical logic element thus formed is shown as OLE 13 , in which case each layer l 1 , l 2 , l 3 or matrix is shown as a 5 * 5 matrix for simplicity.

도 15에 도시된 광학식 논리 엘리먼트는 이제 다수의 층 또는 매트릭스(S1,...,Sx) 형태의 구조(S)로 이루어 진, 볼륨 광학식 논리 디바이스를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 광학식 논리 디바이스(OLD)는 도 16에 단면도로 도시되어 있고 각각의 개별 층(S)에는 액티베이터 층(l2), 메모리 물질층(l1) 및 검출기 층(l3)이 제공된다. 도 15에서와 같이 컨덕터(5,5')가 도시된 바와 같이 층(l6)에 집적되어 제공되며, 광학식 논리 엘리먼트(OLE) 전극은 컨덕터(5,5')의 교차점 사이에 형성될 것이다. 각각의 구조(S) 사이에 그리고 가능하게는 디바이스(OLD)의 최상부 및 최하부에 광학적으로, 열적으로 및/또는 전기적으로 절연층(l5)이 제공될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이 디바이스가 간명을 목적으로 5*5*5 광학식 논리 엘리먼트 즉 전체 125개 광학식 논리 엘리먼트를 갖춘 큐브형태로 도시되어 있다. 구조(S1) 내부의 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 사이즈가 도시되어 있으며 도 15에 예시된 바와 같이 광학식 논리 엘리먼트(OLE13)에 대응한다.The optical logic element shown in FIG. 15 can now be used to form a volume optical logic device, consisting of a structure S in the form of multiple layers or matrices S 1 ,..., S x . This optical logic device OLD is shown in cross section in FIG. 16 and each individual layer S is provided with an activator layer l 2 , a memory material layer l 1 and a detector layer l 3 . As shown in FIG. 15, conductors 5, 5 ′ are provided integrated in layer 1 6 as shown, and an optical logic element (OLE) electrode will be formed between the intersections of conductors 5, 5 ′. . An insulating layer l 5 may be provided between each structure S and possibly at the top and bottom of the device OLD, optically, thermally and / or electrically. As shown in FIG. 16, the device is shown in the form of a cube with 5 * 5 * 5 optical logic elements, i.e. a total of 125 optical logic elements, for simplicity purposes. The size of the optical logic element OLE inside the structure S 1 is shown and corresponds to the optical logic element OLE 13 as illustrated in FIG. 15.

광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 각각은 근접-어드레싱되기 때문에, 즉 이미터 및 검출기는 감광성 유기 물질에 인접하여 배열되고 이 디바이스의 내부에 위치되며, m*n 어레이의 엘리먼트의 수는 실질적으로 서로가 서로의 최상부에 적층될 수 있는 다수의 구조(S)를 포함할 수 있다.Because each of the optical logic elements (OLEs) is near-addressed, that is, the emitter and detector are arranged adjacent to the photosensitive organic material and located inside the device, the number of elements of the m * n array is substantially different from each other. It may comprise a plurality of structures (S) that can be stacked on top of each other.

도 11-12에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 사용에 기초하는 광학식 논리 디바이스(OLD)에서, 만일 할당된 액티베이터(2) 및 검출기(3)의 구현가능한 최소 사이즈와 함께 감광성 구성-반응 물질이 이용되면, 적어도 이론상 스케일 팩터에서의 제한은 단지 메모리 물질(1)의 분자 크기이다. 실질적으로, 테스트는 광-방사 폴리머 다이오드를 사용할 때, 광학식 논리 엘리먼트는 현재 수 십 나노미터 사이즈로 구현될 수 있고, 대응하여 컨덕터 구조는 이미터 및 검출기에 대한 전극을 위해 작음을 나타내며, 광학식 논리 엘리먼트의 실제영역은 2500 n㎡ 와 10000 n㎡ 사이일 수 있다. 이영역은 ㎠ 당 1010광학식 논리 엘리먼트이고 이에 대응하는 층 두께를 갖춘 체적으로 구현되는 최악의 경우, 1 ㎤ 당 1015본 발명의 근접-어드레싱가능 광학식 논리 디바이스에서 달성될 수 있다. 크기면에서 1차 정도의 선형 스케일 개선을 달성하는 것이 가능한 것으로 여겨지며, 이에따라 본 발명에 따라 1㎤에 1018광학식 논리 엘리먼트가 구현될 수 있게 한다. 광학식 메모리로서 구현된 이러한 광학식 논리 디바이스의 저장용량에 대한 지시를 나타내기 위해선, 대부분의 보관 저장 유형에 충분할 수 있는, 1010인 일반적인 서적의 페이지를 저장하는 것에 대응한다는 것이 언급되어야 한다.In an optical logic device OLD based on the use of near-addressable optical logic elements (OLEs) according to the invention as shown in FIGS. 11-12, the implementation of an assigned activator 2 and detector 3 If the photosensitive constituent-reactive material is used with the smallest possible size, at least in theory the limit in the scale factor is only the molecular size of the memory material 1. In practice, the test shows that when using a light-emitting polymer diode, the optical logic element can now be implemented in tens of nanometers in size, and correspondingly the conductor structure shows small for the electrodes for the emitter and detector, and the optical logic The actual area of the element may be between 2500 nm 2 and 10000 nm 2. This zone is 10 10 Optical logic element per ㎠ and the corresponding worst case, the 10-up 15 of the present invention per 1 ㎤ be implemented in a volume with a layer thickness that may be achieved at the addressable optical logic devices. It is believed that it is possible to achieve a linear scale improvement on the order of magnitude, thus allowing 10 18 optical logic elements to be implemented in 1 cm 3 according to the present invention. In order to indicate an indication of the storage capacity of such an optical logic device implemented as optical memory, it should be mentioned that it corresponds to storing pages of a general book of 10 10 , which may be sufficient for most types of archive storage.

도 17은 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스(OLD)에서 단일구조(S1)를 어드레싱하기 위한 배열을 개략적으로 나타낸다. 간명을 위해 도 17은 5*5 어레이 즉 25개 논리 엘리먼트를 갖춘 어레이 형태로 구조(S1)를 나타낸다. 이 어레이에서 각각의 행 또는 열은 직교 구성으로 전기 컨덕터(5,5')가 제공되며, 이에따라 광학식 논리 엘리먼트가 전기 컨덕터(5,5')의 교차 포인트 사이에서 액세스 및 어드레싱될 수 있게 한다. 이러한 배열로 모든 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)를 어드레싱 및 액티베이팅시킬 수 있게 한다. 전기 컨덕터(5,5')는 도 17에 단면으로 도시되어 있고 도면의 평면에 대해 수직으로 뻗는 메인 버스(13)를 갖춘 인터페이스(12)를 통해 연결된 각각의 드라이버 회로(10,11)에 연결되고, 이러한 방식으로 그것은 광학식 논리 디바이스(OLD)의 일부를 형성하는 모든 구조(S)에 연결된다. 구조적 레벨에서, 또는 기능적으로 상호협동하는 각각의 구조(S)의 광학식 논리 엘리먼트에서, 또는 각각의 구조(S)의 단일 광학식 논리 엘리먼트(OLE)에서 광학식 논리 디바이스(OLD)를 명확히 어드레싱할 수 있는 구조적 배열로 수행되는 어드레싱을 위해 편리할 수 있다. 당업자는 근접한 볼륨, 광학식 논리 디바이스를 액세싱 및 어드레싱할 수 있는 여러 방법을 구현할 수 있을 것이고, 멀티플렉싱된 통신라인을 이용하여 병렬 액세싱 및 어드레싱도 구현할 수 있게 될 것이다. 그러나, 액세싱 및 어드레싱 배열은 본 발명의 일부를 형성하지 않으므로 더 이상 설명되지 않는다.17 schematically shows an arrangement for addressing a monolithic structure S 1 in an optical logic device OLD according to the invention. For simplicity, FIG. 17 shows the structure S 1 in the form of a 5 * 5 array, an array with 25 logic elements. Each row or column in this array is provided with an electrical conductor 5, 5 ′ in an orthogonal configuration, thereby allowing the optical logic element to be accessed and addressed between the crossing points of the electrical conductors 5, 5 ′. This arrangement makes it possible to address and activate all optical logic elements (OLEs). The electrical conductors 5, 5 ′ are shown in cross section in FIG. 17 and connected to respective driver circuits 10, 11 connected via an interface 12 having a main bus 13 extending perpendicular to the plane of the figure. In this way it is connected to all structures S which form part of the optical logic device OLD. It is possible to clearly address the optical logic device OLD at the structural level, or in the optical logic element of each structure S which is functionally cooperative, or in a single optical logic element OLE of each structure S. It may be convenient for addressing to be performed in a structural arrangement. Those skilled in the art will be able to implement various methods of accessing and addressing adjacent volume, optical logic devices, and parallel access and addressing using multiplexed communication lines. However, the accessing and addressing arrangements do not form part of the invention and are therefore not described further.

본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스(OLD)는 데이터 저장에 적절할 뿐만 아니라 데이터 처리를 위한 디바이스로서도 구현될 수 있다. 이 경우 데이터 처리는 광학식 논리 엘리먼트가 광학식 논리 동작을 수행하기 위해 그리고 광학식 논리 게이트 및 이들 기능을 수행하는 광학식 논리 게이트 회로에 의해 광학식 논리 네트워크에서 결합되며, 2진 논리에 기초한 산술 레지스터에 의해 2진 산술 동작이 수행되도록 하기 위해 산술회로에 결합되는 것을 의미함이 인식되어야 한다. 레지스터의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE) 및 각각의 레지스터는 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있기 때문에, 메모리 레지스터, 논리 레지스터 및 산술 레지스터와 같은 구조(S)에서 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 그룹을 구성하는 것이 가능할 것이다. 레지스터는 광학식 데이터 처리기를 공동으로 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 광학식 데이터 기술은 반도체 성분에 기초한 종래의 데이터 기술과 유사하며 당업자에게 익숙하다. 이와 관련하여 Alastair D. McAulay, "Optical Computer Architectures, The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers", John Wiley & Sons(1991), 특히 "Part II: Subsystems for Optical Computing", pp 127-342를 참조할 수 있다.The optical logic device OLD according to the invention is not only suitable for data storage but also can be implemented as a device for data processing. In this case, data processing is coupled in the optical logic network by the optical logic element to perform optical logic operations and by optical logic gates and optical logic gate circuits that perform these functions, and binary by arithmetic registers based on binary logic. It should be appreciated that it is meant to be coupled to an arithmetic circuit in order for the arithmetic operation to be performed. Since each optical logic element (OLE) of the register and each register can be accessed and addressed separately, they constitute a group of optical logic elements (OLE) in structures S such as memory registers, logical registers and arithmetic registers. It will be possible to. The register may be configured to jointly form the optical data processor. Such optical data technology is similar to conventional data technology based on semiconductor components and is familiar to those skilled in the art. In this regard, see Alastair D. McAulay, "Optical Computer Architectures, The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers", John Wiley & Sons (1991), in particular "Part II: Subsystems for Optical Computing", pp 127-342. Can be.

본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 메모리 물질로서 전자 포획 물질이 채용되었는 지 또는 박테리오로돕신과 같은 감광성 구성-반응 물질이 채용되었는 지의 여부에 관계없이, 2진 변수에 의한 가능한 16개 부울 논리 함수를 수행하는 논리회로를 형성하기 위한 데이터 처리를 위해 사용되어야 할 광학식 논리 디바이스(OLD)에서 결합되어 질 수 있다. 상기 16개 부울 논리 함수를 실현하는 4개 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 결합은 도 18에 도시되어 있고, 논리 0은 빗금친 부분으로, 논리 1은 빗금치지 않은 부분으로 된 2*2 어레이로 나타나 있다. 2진 변수에 의한 이들 16개 부울 논리 함수는 다음 표 1에 도시된 반면, 다음 표 2는 논리 동작의 결합에 의해 부울 함수가 생성되는 법을 나타낸다.The optical logic element (OLE) according to the present invention is capable of 16 possible Boolean logic functions by binary variables, regardless of whether an electron trapping material is employed as the memory material or a photosensitive constituent-reactive material such as bacteriododocin is employed. Can be combined in an optical logic device OLD, which should be used for data processing to form a logic circuit that performs the operation. The combination of four optical logic elements (OLE) for realizing the sixteen Boolean logic functions is shown in FIG. 18, where logic 0 is represented by a hatched portion and logic 1 is represented by a 2 * 2 array of non-hatched portions. have. These 16 Boolean logic functions by binary variables are shown in Table 1, while Table 2 below shows how Boolean functions are generated by combining logical operations.

다음 표 3을 참조하면 메모리 물질(1)이 전자 포획 물질인 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)에 의해 두 개의 2진 변수에 의한 몇몇 부울 논리 함수가 실현된다. 이 경우 전자 포획물질은 청색광에 의한 조사에 의해 공통상태로 된다. 적색광에 의한 후속하는 조사는 포획된 전자를 놓아주며 오렌지색 광이 방사된다. 이 경우 액티베이터(2)는 전압-조정가능, 광-방사 다이오드 형태와 같은 두 개의 개별 어드레싱가능 방사선-방사 수단으로 설계될 수 있다. 이제 메모리 물질(1) 즉 전자 포획 물질과 검출기(3) 사이에 층 형태로 밴드 통과 필터가 사용될 수 있고, 따라서 청색광 및 적색광을 차단한다. 자극을 받은 오렌지색 형광성 광이 검출된다.Referring to Table 3 below, some Boolean logic functions are realized by two binary variables by optical logic elements (OLEs) in which the memory material 1 is an electron trapping material. In this case, the electron trapping material is brought into a common state by irradiation with blue light. Subsequent irradiation with red light releases the trapped electrons and orange light is emitted. In this case the activator 2 can be designed as two separate addressable radiation-emitting means, such as in the form of voltage-adjustable, light-emitting diodes. A band pass filter can now be used in the form of a layer between the memory material 1, ie the electron trapping material and the detector 3, thus blocking blue and red light. Stimulated orange fluorescent light is detected.

전자 포획 물질에서의 부울 함수의 생성Generation of Boolean Functions in Electron Capture Materials 함수function 동작action AND:AND: -입력 A: 변수 값 1에 대한 청색광(광=0 없음)-입력 B: 변수 값 1에 대한 적색광(광=0 없음)-결과: A 및 B가 액티베이팅되고 청색 및 적색광이 플래싱되었다면, 오렌지 출력이 플래싱되며, 검출기 신호를 제공한다, 즉 AB=1Input A: Blue light for variable value 1 (no light = 0) Input B: Red light for variable value 1 (no light = 0) Result: If A and B are activated and blue and red light flashed, orange output Is flashed and provides a detector signal, i.e. AB = 1 OR:OR: -입력 A: 변수 값 1에 대한 청색 및 적색광(광=0 없음)-입력 B: 변수 값 1에 대한 청색 및 적색광(광=0 없음)-결과: A,B 또는 이들 모두가 단계 1에서 플래싱되었다면, 오렌지 출력이 플래싱되며, 검출기 신호를 제공한다, 즉 A+B=1Input A: Blue and red light for variable value 1 (no light = 0) Input B: Blue and red light for variable value 1 (no light = 0) Result: A, B or both flashing in step 1 If so, the orange output is flashed and provides a detector signal, ie A + B = 1. ZERO:ZERO: -조명 없음-결과: 오렌지 플래싱 없음; 검출기 신호 없음, 즉 :0(제로)-No illumination-result: no orange flashing; No detector signal, i.e.: 0 (zero) IDENTITYIDENTITY -입력 독립적: 청색 조명 후 적색 조명-결과: 오렌지 플래싱, 검출기 신호, 즉 1(일)예를들어: BInput Independent: Red illumination after blue illumination Result: Orange flashing, detector signal, i.e. 1 (one) B NOT:NOT: -입력 독립적 예비단계: 청색 조명-입력 A: 변수 값 1에 대한 적색광(트랩을 비움)(광=0 없음)-입력 B: 변수 값 1에 대한 적색광(광=0 없음)-결과: 오렌지 플래싱 따라서 검출기 신호, 즉 A=0 및 B=1 이면 B=1 이 획득됨-A : 상기 A,B의 역할을 변경Input independent preliminary: Blue illumination Input A: Red light for variable value 1 (empty trap) (no light = 0) Input B: Red light for variable value 1 (no light = 0) Result: Orange flashing So if the detector signal, i.e. A = 0 and B = 1 B = 1 earned-A : Change the role of A and B

박테리오로돕신이 메모리 물질로서 사용된다면, 이 경우 메모리 물질은 광 투과율의 변화에 의해 자신의 상이한 논리상태를 나타내게 되고, 검출은 형광에 의한 경우에서와 같이 방사 모드가 아닌 흡수모드에서 수행된다. 두 개의 변수에 의한 몇몇 부울함수의 구현이 표 4에 나타나 있고, 여기서 박테리오로돕신을 위한 포토사이클은 이것의 분자가 바닥상태(bR)와 준안정 M 상태 사이에서 스위칭되는 경우에 이용되는 것으로 가정된다. 황색광에 의한 bR 상태의 조사는 청색광을 흡수하는 M 상태로 전이시키며, M 상태에서의 청색광에 의한 조사는 박테리오로돕신 분자가 바닥상태(bR)로 되게 한다. 상기 분자상태는 약한 청색 탐사 빔에 의한 청색광의 흡수를 측정하므로써 모니터링될 수 있다. 표 4에 나타난 배열에서, 청색광이 선처리 단계를 위해 그리고 출력신호를 위한 입력신호로서 채용되는 경우에, 타임 시퀀싱에 의한 판별을 수행하는 것이 필요할 것이다. M 상태를 포함하는 포토사이클이 수 밀리초를 이루는 시간상수(τp)로 부분적으로 열적으로 구동된다. 높은 전체 처리율을 달성하기 위해선 광학식 논리 디바이스(OLD)의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs) 또는 이들 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 그룹이 병렬로 어드레싱될 것이 필요하다. 메모리 물질(1)로서 박테리오로돕신의 사용은 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 사용을 기초로 한 광학식 논리회로를 구현하기 위한 여러 수단을 제공할 수 있다. 황색광에 의한 bR 상태의 처리 및 청색광에 의한 M 상태의 처리는 포토케미컬 반응 즉 광자에 의해 구동되고, 각각의 경우에 스위칭 속도는 주로 이용된 광 방사 강도에 좌우된다. 또한 바닥상태(bR)와 K 상태에서의 스위칭도 가능하묘, 전이는 매우 고속(τp~ 10 ps)으로 일어난다. bR 상태에서 청색광의 흡수 후 분자는 수 피코초 동안 중간상태(J)를 통해 K 상태에 대해 구동될 수 있다. K 상태는 bR 상태의 흡수파장 즉 590 nm의 흡수파장과 비교하여 시프팅된 파장을 흡수하며, 기껏해야 수나노초 주기의 초고속 포토-유도된 프로세스에 의해 bR 상태로 복귀할 수 있다. 메모리 물질로서 박테리오로돕신을 사용할 때 상기한 박테리오로돕신의 포토사이클의 브랜치 반응의 일부를 형성하는 장기적 안정상태의 Q 상태를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 바닥상태(bR) 및 Q 상태를 각각 사용하는 것은 입력광(기록광)과 탐사광(판독광) 사이에 높은 스펙트럼 절연과 부울 함수를 구현하는 논리회로의 간명하고 직접적인 구현을 제공할 것이다. 하나의 가능한 결점은 상태사이의 비교적 느린 사이클 속도이지만, 강력한 병렬성에 의한 어드레싱 가능성으로 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스를 구현하므로써 매우 높은 데이터 전송속도율을 얻을 수 있다.If bacteriodopsin is used as the memory material, in this case the memory material exhibits its different logical state by changing the light transmittance, and the detection is performed in the absorption mode rather than the emission mode as in the case of fluorescence. The implementation of some boolean functions with two variables is shown in Table 4, where the photocycle for bacteriododocin is assumed to be used when its molecules are switched between the ground state (bR) and the metastable M state. Irradiation of the bR state by yellow light transitions to the M state that absorbs blue light, and irradiation with the blue light in the M state causes the bacteriododosin molecule to become the ground state (bR). The molecular state can be monitored by measuring the absorption of blue light by the weak blue probe beam. In the arrangement shown in Table 4, when blue light is employed for the preprocessing step and as an input signal for the output signal, it will be necessary to perform discrimination by time sequencing. The photocycle including the M state is partially thermally driven with a time constant tau p which is several milliseconds. In order to achieve a high overall throughput, it is necessary for the optical logic elements OLEs of the optical logic device OLD or a group of these optical logic elements OLEs to be addressed in parallel. The use of bacteriorhodosin as memory material 1 can provide several means for implementing optical logic circuits based on the use of optical logic elements (OLEs) according to the invention. The treatment of the bR state by yellow light and the treatment of the M state by blue light are driven by photochemical reactions, ie photons, and in each case the switching speed mainly depends on the light emission intensity used. It is also possible to switch between the ground state (bR) and the K state, so the transition occurs at a very high speed (τ p to 10 ps). After absorption of blue light in the bR state, the molecule can be driven for the K state through the intermediate state J for several picoseconds. The K state absorbs the shifted wavelength compared to the absorption wavelength of the bR state, ie the absorption wavelength of 590 nm, and can be returned to the bR state by an ultrafast photo-derived process of up to several nanoseconds. It may be desirable to use the long-term stable Q state, which forms part of the branching reaction of the photocycle of the bacteriododoxin described above, when using the bacteriododoxin as a memory material. Using the ground state (bR) and the Q state, respectively, will provide a simple and straightforward implementation of a logic circuit that implements high spectral isolation and Boolean functions between the input light (recording light) and the probe light (reading light). One possible drawback is the relatively slow cycle rate between states, but with the possibility of addressing by strong parallelism, very high data rates can be achieved by implementing the optical logic device according to the invention.

박테리오로돕신에서의 부울 함수의 생성Generation of Boolean Functions in Bacteriododocin 함수function 동작action ANDAND -입력 독립적 예비 단계: 황색광을 레이트 M 상태로-입력 A: 변수값 1에 대한 분자를 블리칭하는(M-〉bR 상태) 강한 청색광(광=0 없음)-입력 B: 입력 A에 순차적:변수값 1에 대한 약한 청색광(광=0 없음)-결과(단계B 동안 약한 탐사광의 측정강도):A=1 및 B=1 이면, 투과된 청색 탐사광은 약한 광 또는 제로, 즉 AB=1A=0 또는 B=0 또는 A,B=0 이면, 투과된 청색 탐사광은 약한 광 또는 제로,즉 AB=0Input independent preliminary step: Yellow light to rate M state Input A: Strong blue light (no light = 0) bleaching molecules for variable value 1 (M-> bR state) Input B: Sequential to input A: Weak blue light for variable value 1 (no light = 0)-result (measurement intensity of weak probe light during step B): If A = 1 and B = 1, then transmitted blue probe light is either weak light or zero, ie AB = 1A If = 0 or B = 0 or A, B = 0, the transmitted blue probe is weak or zero, i.e. AB = 0 OROR -입력 A: 변수값 1에 대한 약한 청색광(광=0 없음)-입력 B: 변수값 1에 대한 약한 청색광(광=0 없음)-결과: 단계 B에서 투과된 약한 청색 탐사광의 측정강도. 단계 A,B가 순차로 인가되면, 광자를 집적하는 검출기 사용. A=1,B=1 또는 A,B=1 이면, 투과된 약한 청색 탐사광 신호가 검출됨, 즉 A + B =1A = B = 0이면, 신호 없음 즉, A + B = 0예를들어: BInput A: weak blue light for variable value 1 (no light = 0) Input B: weak blue light for variable value 1 (no light = 0) Result: Measurement intensity of the weak blue probe transmitted in step B. If steps A and B are applied sequentially, use a detector to integrate photons. If A = 1, B = 1 or A, B = 1, the transmitted weak blue probe signal is detected, i.e. if A + B = 1A = B = 0, no signal ie A + B = 0 : B NOTNOT -입력 A: 변수값 1에 대한 강한 청색광(광=0 없음)-입력 B: 변수값 1에 대한 약한 청색광(광=0 없음)-결과: 단계 B에서 투과된 강한 청색 탐사광의 측정강도.투과율은 A = 0 가 아니면 로우 또는 제로, 즉 :A = 0 및 B = 1 이면, B = 1A = 1 및 B = 0 또는 A = 1 및 B = 1 이면, B = 0Input A: Strong blue light for variable value 1 (no light = 0) Input B: Light blue light for variable value 1 (no light = 0) Result: Measurement intensity of the strong blue probe transmitted in step B. Transmittance Is low or zero if A = 0, i.e.: A = 0 and B = 1, If B = 1A = 1 and B = 0 or A = 1 and B = 1, B = 0

본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스가 광학식 데이터 처리기로서 구현된다면, 이것은 2진 산술 동작을 수행하는 산술 레지스터를 구현하는 것이 가능해야 함을 의미한다. 4-비트 전가산을 위한 병렬 알고리즘의 예가 도 19에 나타나 있고 예로서 전자 포획물질 또는 박테리오로돕신에 기초한 메모리 물질을 갖춘 논리 게이트에 의해 구현될 수 있을 것이다. 2진 반가산기는 합을 위한 동일한 광학식 논리 엘리먼트에 의해 동일한 광학식 논리 엘리먼트에 의해 EXCLUSIVE-OR 게이트 및 캐리를 위한 AND 게이트로 단순히 이루어 진다. 전가산을 행하기 위해 반가산에 의한 하위 유효 비트의 캐리가 고려되어야 한다. 따라서 3 입력을 갖는 논리 게이트가 필요로 된다. 이것은 본 발명에 따른 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 사용을 배제하는 데, 이는 그것들이 논리 동작을 위해 단지 2 입력을 갖기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 반복식 병렬-흐름 알고리즘이 이용될 수 있고, 예로서 4 반복만을 필요로 하는 4-비트 가산이 도 19에 나타나 있다. 이 알고리즘의 이점은 일련의 시프트-논리 동작이 두 입력을 갖는 동일한 광학식 논리 엘리먼트에 의해 즉, 두 파장에서 광을 갖는 전자포획물질 또는 박테리오로돕신에 의해 반복적으로 수행될 수 있다. 병렬 논리 동작 EXCLUSIVE-OR 및 AND는 광학식 논리 엘리먼트에 의해 수행될 수 있다. 대안으로, 시프팅된 중간 출력신호는 입력 파장에 대해 광으로 광학식 논리 엘리먼트를 여기시키기 위해 어드레싱 시스템 및 검출기를 통해 광학식 논리 디바이스로 피드백 될 수 있다. 임의의 속도에서 전체 광학 시스템은, 상기한 바와 같이 액티베이터가 광-방사, 파장-조정가능 폴리머 다이오드이면, 박테리오로돕신과 같은 포토사이클을 겪을 수 있는 전자 포획 물질 또는 적응-반응성(conformation-reactive material) 물질의 형태의 메모리 물질을 갖춘 광학식 논리 엘리먼트(OLE)에 의해 상기 원리를 기초로 하여 구현될 수 있다.If the optical logic device according to the invention is implemented as an optical data processor, this means that it should be possible to implement an arithmetic register that performs a binary arithmetic operation. An example of a parallel algorithm for 4-bit full addition is shown in FIG. 19 and may be implemented by a logic gate with an electronic trapping material or a memory material based on bacteriododosin, for example. The binary half adder simply consists of an EXCLUSIVE-OR gate and an AND gate for carry by the same optical logic element by the same optical logic element for the sum. The carry of the least significant bits by half addition must be taken into account to make the full addition. Thus, a logic gate with three inputs is needed. This excludes the use of the optical logic element OLE according to the invention, since they have only two inputs for logic operation. An iterative parallel-flow algorithm can be used to solve this problem, for example a 4-bit addition that only requires 4 iterations is shown in FIG. The advantage of this algorithm is that a series of shift-logic operations can be performed repeatedly by the same optical logic element with two inputs, ie by an electron trapping material or bacteriodopsin having light at both wavelengths. Parallel logic operations EXCLUSIVE-OR and AND can be performed by optical logic elements. Alternatively, the shifted intermediate output signal can be fed back to the optical logic device through the addressing system and the detector to excite the optical logic element with light to the input wavelength. At any rate, the entire optical system is an electron capture material or a conformation-reactive material that can undergo photocycles such as bacteriododocin if the activator is a light-emitting, wavelength-adjustable polymer diode as described above. It can be implemented on the basis of the above principle by an optical logic element (OLE) with a memory material in the form of.

부울 논리 함수 및 산술 동작의 구현에 대한 상기 예는 자연적으로 예일 것을 의도하며, 당업자는 상기한 모든 동작이 2진 논리에 의한 모든 논리 및 산술 동작이 본 발명의 범위내에서 구현가능하고, 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스는 상당한 능력 및 속도를 갖춘 광학식 데이터 처리기를 구현하는 구조로 구성됨을 이해할 것이다. 본 발명에 따른 광학식 논리 디바이스(OLD)가 광범위한 병렬성으로 어드레싱 및 작동될 수 있는 다수의 프로세서를 갖춘 대형 컴퓨터로 구성되어서는 안될 이유는 없다. 프로세서가 시스톨릭 어레이 프로세서로서 구현되고 동적으로 최적일 수 있는 네트워크 토폴로지가 이용되면, 본 발명에 따른 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트의 사용은 상기 종래의 반도체-기초 기술 보다 수 배 정도의 성능 및 용량을 제공하며, 구현가능한 것으로 보이는 광학적으로 기초를 이룬 데이터 기술만이 구현할 수 있는 것으로 여겨지는 장점을 가져온다.The above examples for the implementation of Boolean logic functions and arithmetic operations are naturally intended to be examples, and one of ordinary skill in the art would appreciate that all of the above operations can be implemented within the scope of the present invention and that all logical and arithmetic operations by binary logic It will be appreciated that the optical logic device according to the present invention consists of a structure for implementing an optical data processor with considerable power and speed. There is no reason why the optical logic device OLD according to the invention should not consist of a large computer with multiple processors that can be addressed and operated in a wide range of parallelism. If a processor is implemented as a systolic array processor and a network topology can be used that is dynamically optimal, then the use of a near-addressable optical logic element in accordance with the present invention is several times more performance and capacity than the conventional semiconductor-based technology. And optically based data technologies that appear to be feasible bring the advantages that are considered to be feasible.

Claims (41)

인가된 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향하에, 광학식 메모리 물질(1)은 하나의 물리적 상태 또는 화학적 상태로부터 다른 물리적 상태 또는 화학적 상태로 변환할 수 있고, 상기 물리적 상태 또는 화학적 상태에는 특정 논리 값이 할당되는 상기 광학식 메모리 물질(1)을 포함하고,Under the influence of an applied magnetic field, an electromagnetic field or an electric field or supplied energy, the optical memory material 1 can convert from one physical state or chemical state to another physical state or chemical state, which is specific to the physical state or chemical state. The optical memory material 1 to which a logic value is assigned, 그 물리적 상태 또는 화학적 상태의 변화는 상기 특정 논리 값이 변경되어지게 하며 할당된 논리값을 기록, 판독, 저장, 소거 및 스위칭하기 위해 자기적으로, 전자기적으로, 전기적으로 또는 광학적으로 액세싱 및 어드레싱되므로써 구현되는 광학식 논리 엘리먼트(OLE), 상세히는 다상태, 다안정 광학식 논리 엘리먼트, 더욱 상세히는 근접-어드레싱가능한 광학식 논리 엘리먼트에 있어서,The change in physical or chemical state causes the particular logic value to be altered and may be accessed magnetically, electromagnetically, electrically or optically to record, read, store, erase and switch the assigned logic value. In an optical logic element (OLE) implemented by addressing, in particular a multistate, multistable optical logic element, more particularly a near-addressable optical logic element, 상기 광학식 메모리 물질(1)이 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 그 내부에 제공되고,The optical memory material 1 is provided on or in the substantially layered structure, 자계, 전자계 또는 전계를 발생시키며 에너지를 상기 광학식 메모리 물질(1)에 공급하는 액티베이터(2)가 실질적으로 상기 층 형상 구조체상에 또는 이 구조체에 인접하여 제공되며,An activator 2 generating a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field and supplying energy to the optical memory material 1 is provided substantially on or adjacent to the layered structure, 상기 광학식 메모리 물질의 물리적 또는 화학적 상태를 조건으로 한 상기 광학식 메모리 물질의 광학식 응답을 검출하기 위한 광학식 검출기(3)가 실질적으로 상기 층 형상 구조체상에 또는 이 구조체에 인접하여 제공되고, 이에따라 상기 광학식 메모리 물질(1), 액티베이터(2) 및 상기 검출기(3)로 된 집적성분을 구성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).An optical detector 3 for detecting the optical response of the optical memory material subject to the physical or chemical state of the optical memory material is provided substantially on or adjacent to the layered structure and thus the optical Optical logic element (OLE), characterized in that it comprises an integrated component of a memory material (1), an activator (2) and the detector (3). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광학식 메모리 물질(1)은 제 1 층(l1) 형태로 제공되며, 상기 액티베이터(2)는 상기 제 1 층(l1)에 인접한 제 2 층(l2) 또는 상기 제 1 층(l1)에 통합된 형태로 제공되며, 상기 광학식 메모리 물질(1)의 상태를 검출하는 상기 광학식 검출기(3)는 상기 제 1 층(l1)에 인접한 제 3 층(l3) 형태로 제공되며, 이에따라 각각 적어도 3개 층 또는 2개 층(l1,l2,l3; l1,l3)으로 된 집적성분을 구성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The optical memory substance (1) is provided in the form of a first layer (l 1), the activator (2) a second layer (l 2) or the first layer (l adjacent to the first layer (l 1) 1 ) provided in an integrated form, the optical detector 3 detecting the state of the optical memory material 1 in the form of a third layer l 3 adjacent to the first layer l 1 And accordingly constitute an integrated component of at least three layers or two layers (l 1 , l 2 , l 3 ; l 1 , l 3 ), respectively. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향으로 광학식 메모리 물질(1)은 제 1 상태로부터 제 2 상태로 변화될 수 있고 상기 제 2 상태로부터 상기 제 1 상태로 복귀될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Under the influence of a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field or the supplied energy, the optical memory material 1 can be changed from a first state to a second state and can be returned from the second state to the first state. Logical Element (OLE). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향으로 광학식 메모리 물질(1)은 한 상태로부터 영구적으로 안정한 다른 상태로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that under the influence of a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field or the supplied energy, the optical memory material 1 can be changed from one state to another which is permanently stable. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 광학식 메모리 물질(1)은 전자 포획 물질인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the optical memory material (1) is an electron trapping material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 광학식 메모리 물질(1)은 형광 물질인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the optical memory material (1) is a fluorescent material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 광학식 메모리 물질(1)은 적응-반응성 물질인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the optical memory material 1 is an adaptive-reactive material. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 각각의 층(l1,l2,l3)은 기초물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Each layer (l 1 , l 2 , l 3 ) comprises a basic material. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기초물질은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).And the base material is optically transparent. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기초물질은 하나 이상의 폴리머 물질로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).And the base material consists of one or more polymeric materials. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 제 2 층(l2) 및 제 3 층(l3)에는 하나 이상의 폴리머 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that at least one polymeric material is used for the second layer (l 2 ) and the third layer (l 3 ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 2 층(l2) 및/또는 제 3 층(l3)의 적어도 하나의 폴리머 물질은 전기적 도전성 폴리머 물질인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that at least one polymer material of the second layer (l 2 ) and / or the third layer (l 3 ) is an electrically conductive polymer material. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 광학식 메모리 물질(1)은 제 1 층(l1)의 기초물질에 제공되거나 이 기초물질에 매립되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the optical memory material (1) is provided in or embedded in the base material of the first layer (l 1 ). 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 액티베이터(2)는 제 2 층(l2)의 기초물질에 제공되거나 이 기초물질에 매립되는 하나 이상의 직접 또는 간접 방사선-방사 수단(21,...,2n)으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The activator 2 is characterized in that it consists of one or more direct or indirect radiation-emitting means 2 1 ,..., 2 n provided in or embedded in the base material of the second layer l 2 . Optical logic element (OLE). 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 방사선-방사 수단(2)은 전기적으로 액세싱 및 어드레싱되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element OLE, characterized in that the radiation-emitting means 2 is electrically accessed and addressed. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 방사선-방사 수단(2)은 광-방사 다이오드인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the radiation-emitting means (2) is a light-emitting diode. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 광-방사 다이오드(2)는 폴리머 다이오드인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the light-emitting diode (2) is a polymer diode. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 방사선-방사 수단(2)은 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element OLE, characterized in that the radiation-emitting means 2 is a semiconductor laser. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 방사선-방사 수단(2)은 주파수-조정 가능하며, 주파수 조정은 전기적 어드레싱과 연결지어 수행되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The radiation-emitting means 2 is frequency-adjustable, wherein the frequency adjustment is performed in connection with electrical addressing. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 하나 이상의 방사선-방사 수단(2)이 제공되며,One or more radiation-emitting means 2 are provided, 방사선-방사 수단(21,...,2n)은 각각 미리선택된 상이한 주파수로 방사하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The radiation-emitting means 2 1 ,..., 2 n are each characterized in that they radiate at different preselected frequencies. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 방사선-방사 수단(2)은 간접 방사선-방사 수단이고,The radiation-emitting means 2 is an indirect radiation-emitting means, 간접 방사선-방사 수단(2)은 간접적으로 외부 방사선 소스(2')에 의해 액티베이팅되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The indirect radiation-emitting means 2 are indirectly arranged to be activated by an external radiation source 2 '. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 광학식 메모리 물질(1)은 액티베이터(2)와 통합되어 공통 물리적 구조를 형성하며, 이 결과 제 1 층(l1) 및 제 2 층(l2)은 공통층(lc)을 형성하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The optical memory material 1 is integrated with the activator 2 to form a common physical structure, with the result that the first layer l 1 and the second layer l 2 are combined to form a common layer l c . Optical logic element (OLE). 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 에너지가 공급되는 중에 액티베이터(2)는 파괴되도록 배열되고 이 결과 영구적으로 안정한 상태의 메모리 물질을 형성하거나, 메모리 물질(1)과 통합되어 마찬가지로 영구적으로 안정한 상태에 있게 하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The optical logic element, characterized in that during energization the activator 2 is arranged to be destroyed, resulting in a memory material in a permanently stable state, or integrated with the memory material 1 in a permanently stable state as well. (OLE). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 제 2 층(l2) 및 제 3 층(l3)은 제 1 층(l1)의 대향 측상에 그리고 이 층에 인접하여 제공되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).An optical logic element (OLE), characterized in that the second layer (l 2 ) and the third layer (l 3 ) are provided on and opposite the layer of the first layer (l 1 ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 광학식 검출기(3)는 전기적으로 액세스 가능하고 어드레싱가능한 광학식 검출기인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).The optical detector 3 is characterized in that the optical detector 3 is an electrically accessible and addressable optical detector. 제 15 항 또는 제 25 항에 있어서,The method of claim 15 or 25, 전기적 액세싱 및 어드레싱을 위해 제 2 층(l2) 및 제 3 층(l3)에 통합된 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')가 제공되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic characterized in that electrodes 4,4 'and electrical conductors 5,5' are provided integrated in the second and third layers l 2 and l 3 for electrical accessing and addressing. Element (OLE). 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')는 전기적 도전성 폴리머 물질을 기초로 하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Optical logic element (OLE), characterized in that the electrodes (4, 4 ') and the electrical conductors (5, 5') are based on an electrically conductive polymer material. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 전계를 발생시키기 위해 제 1 층(l1)에 인접하여 또는 그 내부에 집적되어 또다른 층(l4)이 제공되며, 발생된 전계는 각각 시간 영역, 주파수 영역 또는 강도 영역에서 광학식 메모리 물질(1)의 응답에 영향을 미치는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Another layer (l 4 ) is provided adjacent to or within the first layer (l 1 ) to generate an electric field, the generated electric field being in the time domain, the frequency domain or the intensity domain, respectively. Optical logic element (OLE), characterized in that it is used to influence the response of 1). 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 층(l4)은 하나 이상의 전기적 도전성 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 엘리먼트(OLE).Layer ( 4 ) is an optical logic element (OLE) characterized in that it comprises at least one electrically conductive polymer material. 복수 개의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)를 포함하고,A plurality of optical logic elements (OLEs), 이 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)는 다상태, 다안정 광학식 논리 엘리먼트, 광학식 메모리 물질(1)을 포함하는 근접-어드레싱가능 광학식 논리 엘리먼트로서, 인가된 자계, 전자계 또는 전계 또는 공급된 에너지의 영향하에, 상기 광학식 메모리 물질은 하나의 물리적 상태 또는 화학적 상태로부터 다른 물리적 상태 또는 화학적 상태로 변환할 수 있고, 상기 물리적 상태 또는 화학적 상태에는 특정 논리 값이 할당되며,These optical logic elements (OLEs) are near-addressable optical logic elements comprising a multistate, multistable optical logic element, optical memory material (1), under the influence of an applied magnetic field, an electromagnetic field or an electric field or supplied energy, The optical memory material may convert from one physical state or chemical state to another physical state or chemical state, the physical state or chemical state is assigned a specific logical value, 상기 광학식 논리 엘리먼트의 물리적 상태 또는 화학적 상태의 변화는 상기 논리 값이 변경되어지게 하며 할당된 논리값을 기록, 판독, 저장, 소거 및 스위칭하기 위해 자기적으로, 전자기적으로, 전기적으로 또는 광학식적으로 액세스 및 어드레싱되는 상기 광학식 논리 엘리먼트에 의해 구현되는, 데이터를 저장하거나 산술 논리 동작을 수행하는 광학식 논리 디바이스(OLD)에 있어서,Changes in the physical or chemical state of the optical logic element cause the logic value to be altered and magnetically, electromagnetically, electrically or optically to record, read, store, erase and switch the assigned logic value. An optical logic device (OLD) for storing data or performing an arithmetic logic operation, implemented by the optical logic element accessed and addressed by: 상기 광학식 메모리 물질(1)이 실질적으로 층 형상 구조체상에 또는 그 내부에 제공되고,The optical memory material 1 is provided on or in the substantially layered structure, 자계, 전자계 또는 전계를 발생시키며 에너지를 상기 광학식 메모리 물질(1)에 공급하는 액티베이터(2)가 실질적으로 상기 층 형상 구조체상에 또는 이 구조체에 인접하여 제공되고,An activator 2 which generates a magnetic field, an electromagnetic field or an electric field and supplies energy to the optical memory material 1 is provided on or substantially adjacent to the layered structure, 상기 광학식 메모리 물질의 물리적 또는 화학적 상태를 조건으로 한 상기 광학식 메모리 물질의 광학식 응답을 검출하기 위한 광학식 검출기(3)가 실질적으로 상기 층 형상 구조체상에 또는 이 구조체에 인접하여 제공되고, 이에따라 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 상기 광학식 메모리 물질(1), 액티베이터(2) 및 상기 검출기(3)로 된 집적성분을 구성하고,An optical detector 3 for detecting the optical response of the optical memory material subject to the physical or chemical state of the optical memory material is provided substantially on or adjacent to the layered structure and thus the optical The logic element OLE constitutes an integrated component of the optical memory material 1, the activator 2 and the detector 3, 상기 광학식 논리 엘리먼트에 의해 구성된 적어도 하나의 구조체(S)를 포함하며,At least one structure (S) constituted by the optical logic element, 상기 구조체의 각각의 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 광학식 메모리 물질(1), 액티베이터(2) 및 검출기(3)는 결합되고 상기 구조체(S)에서 포위하는 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)의 상기 광학식 메모리 물질, 상기 액티베이터 및 상기 검출기와 연결되고, 이에따라 상기 구조체(S)는 편평 또는 만곡 표면 형태를 형성하고, 상기 구조체(S)의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)는 상기 광학식 메모리 물질(1)과 액티베이터(2) 사이에 명백한 할당을 가지며 상기 광학식 메모리 물질의 물리적 또는 화학적 상태의 명백한 검출을 위해 상기 광학식 검출기(3)와 상기 광학식 메모리 물질(1) 사이에 명백한 할당을 가지며, 따라서 상기 구조체(S)의 각각의 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)가 개별적으로 액세스 및 어드레싱될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).The optical memory material (1), activator (2) and detector (3) of each of the optical logic elements (OLE) of the structure are combined and the optical memory of optical logic elements (OLEs) surrounded by the structure (S). Material, the activator and the detector, whereby the structure S forms a flat or curved surface shape, and each optical logic element OLEs of the structure S is connected with the optical memory material 1 There is an obvious assignment between the activator 2 and an obvious assignment between the optical detector 3 and the optical memory material 1 for an explicit detection of the physical or chemical state of the optical memory material and thus the structure S Optical logic device, characterized in that each of said optical logic elements OLE can be individually accessed and addressed. Scotland (OLD). 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)에서 상기 광학식 메모리 물질(1)은 제 1 층(l1) 형태로 제공되며, 액티베이터(2)는 상기 제 1 층(l1)에 인접한 제 2 층(l2) 또는 상기 제 1 층(l1)에 통합된 형태로 제공되며, 상기 광학식 메모리 물질(1)의 상태를 검출하는 광학식 검출기(3)는 상기 제 1 층(l1)에 인접한 제 3 층(l3) 형태로 제공되며, 따라서 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 각각 적어도 3개 또는 2개 층(l1,l2,l3;l1,l3)으로 이루어지는 집적성분을 구성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).The optical memory substance (1) in the optical logic element (OLE) is provided in the form of a first layer (l 1), the activator (2) a second layer (l 2) adjacent to the first layer (l 1) Or in an integrated form in the first layer l 1 , the optical detector 3 detecting the state of the optical memory material 1 comprises a third layer l adjacent to the first layer l 1 . 3 ) the optical logic element OLE constitutes an integrated component consisting of at least three or two layers l 1 , l 2 , l 3 ; l 1 , l 3, respectively. Optical logic device (OLD). 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,32. The method of claim 30 or 31 wherein 각각의 구조(S)는 가요성 박막 형태인 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Optical logic device OLD, characterized in that each structure S is in the form of a flexible thin film. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 서로에 대해 최상부에 적층된 두개 이상의 결합된 구조(S1,...,Sx)를 포함하며, 이러한 방식으로 복수 개의 구조(S)로 집적된 칩-형상 또는 디스크-형상 성분을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Two or more bonded structures (S 1 ,..., S x ) stacked on top of one another and forming chip-shaped or disk-shaped components integrated in a plurality of structures (S) in this manner. Optical logic device (OLD), characterized in that. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 각각의 적층된 구조(S1,...,Sx) 사이에 광학적으로, 열적으로 또는 전기적으로 절연층(l5)이 제공되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Optical logic device OLD, characterized in that an insulating layer l 5 is provided between each stacked structure S 1 , ..., S x optically, thermally or electrically. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 구조(S)에서 연결된 그룹을 형성하는 두 개 이상의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)가 상기 그룹에서 모든 광학식 논리 엘리먼트를 커버하는 광학식 검출기(3)에 할당되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Optical logic device (OLD), characterized in that at least two optical logic elements (OLEs) forming a connected group in structure (S) are assigned to an optical detector (3) covering all optical logic elements in the group. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 각각의 구조(S)는 액세싱 및 어드레싱하기 위해 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLEs)에 할당된 전극(4,4') 및 전기 컨덕터(5,5')를 갖춘 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Each structure S comprises one or more layers with electrodes 4, 4 'and electrical conductors 5, 5' assigned to respective optical logic elements OLEs for accessing and addressing. Optical logic device (OLD). 제 36 항에 있어서,The method of claim 36, 층(l6)은 전극(4) 및 전기 컨덕터(5)를 형성하는, 층(l6)에 집적된 하나 이상의 도전성 폴리머 물질로 전체적으로 또는 부분적으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Layer (l 6) are electrodes 4 and the electrical conductors to form a 5, a layer (l 6) optical logic device (OLD), characterized in that which is achieved in whole or in part by one or more conductive polymer material integrated in the . 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 구조(S)는 전체적으로 또는 부분적으로 광학식 메모리로서 구성되고, 이 메모리의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 개별적으로 액세싱 및 어드레싱될 수 있는 메모리 엘리먼트를 구성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).The structure S is configured in whole or in part as an optical memory, wherein each optical logic element OLE of the memory constitutes a memory element that can be individually accessed and addressed ( OLD). 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 구조(S)는 부분적으로 광학식 논리 또는 산술회로, 또는 이들 회로의 네트워크로서 구성되고, 상기 회로의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE)는 개별적으로 액세싱 및 어드레싱될 수 있는 스위칭 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).The structure S is configured in part as an optical logic or arithmetic circuit, or a network of these circuits, each optical logic element OLE of the circuit being configured to constitute a switching circuit that can be individually accessed and addressed. Optical Logic Device (OLD). 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 구조(S)의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 그룹은 메모리 레지스터, 논리 레지스터 및 산술 레지스터로 구성되고, 레지스터의 각각의 광학식 논리 엘리먼트(OLE) 및 각각의 레지스터는 개별적으로 액세싱 및 어드레싱될 수 있고, 이러한 방식으로 상기 레지스터는 광학식 데이터 프로세서를 형성하도록 함께 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Each group of optical logic elements OLE of the structure S consists of memory registers, logical registers and arithmetic registers, and each optical logic element OLE and each register in the register is individually accessed and addressed. And in this way the registers can be configured together to form an optical data processor. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 광학식 논리 엘리먼트(OLE)의 액세싱 및 어드레싱은 상기 구조(S)에 할당된 멀티플렉싱된 통신라인을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 광학식 논리 디바이스(OLD).Optical logic device (OLD), characterized in that the accessing and addressing of the optical logic element (OLE) is carried out via a multiplexed communication line assigned to the structure (S).
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KR20210095127A (en) * 2018-12-04 2021-07-30 포르슝스젠트룸 율리히 게엠베하 Components comprising optically active materials

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