NL1027194C2

NL1027194C2 - Bistable optical component incorporates at least two vibratory cavities, one or more of which is coupled (3,5,6) to an optical input and also one or more of which is connected to an optical outlet

Info

Publication number: NL1027194C2
Application number: NL1027194A
Authority: NL
Inventors: Martin Terence Hill; Meint Koert Smit; Harmen Joseph Sebastiaa Dorren; Giok Djan Khoe
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-10

Abstract

The bistable optical component incorporates at least two vibratory cavities (1,2), one or more of which is coupled to an optical input and also one or more of which is connected to an optical outlet. Each vibratory cavity can create light in at least two non-coupled resonance directions (16,17,18,19). The cavities are so optically coupled so that light from the one can be coupled into the other in one of its resonance directions. Also within the scope of the invention are a number of other optical components based on the same principle of connection. A method is also incorporated for control of the bistable optical component. The two vibratory cavities are micro-ring lasers.

Description

Korte aanduiding: Bi stabiel optisch elementShort indication: Bi stable optical element

BESCHRIJVINGDESCRIPTION

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een bistabiel optisch element omvattende ten minste twee trilholten, één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische ingangen en één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische uitgangen, waarbij elke trilholte is ingericht voor het verschaffen van licht in ten 10 minste twee resonantierichtingen, en waarbij de ten minste twee trilholten zodanig door middel van ten minste één kopplingsgolfgeleider optisch zijn gekoppeld dat licht uit ten minste één trilholte inkoppel baar is in ten minste één andere trilholte in één van de resonantierichtingen van de andere trilholte.The present invention relates to a bistable optical element comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more optical outputs coupled to at least one of the cavities, each cavity being arranged for providing light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one head wave waveguide such that light from at least one cavity can be coupled into at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity.

15 Voorts heeft de uitvinding betrekking op een optisch logisch element, een optisch geheugenelement, optische signaalbewerkingsinrichtingen alsmede een computer, welke het bistabiele optische element overeenkomstig de uitvinding omvatten.The invention further relates to an optical logic element, an optical memory element, optical signal processing devices and a computer, which comprise the bistable optical element according to the invention.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor 20 het sturen van een bistabiel optisch element volgens één der conclusies 1-22, omvattende ten minste twee trilholten, één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische ingangen en één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppeldeoptische uitgangen, waarbij elke trilholte is ingericht voor het verschaffen van licht in ten minste twee 25 resonantierichtingen, en waarbij de ten minste twee trilholten zodanig door middel van ten minste één koppelingsgolfgel ei der optisch zijn gekoppeld dat licht uit ten minste één trilholte inkoppel baar is in ten minste één andere trilholte in één van de resonantierichtingen van de andere trilholte.The invention further relates to a method for controlling a bistable optical element according to any of the claims 1-22, comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more at least one of the cavities coupled optical outputs, wherein each cavity is arranged to provide light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one coupling wave gel that light from at least one cavity can be coupled into at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity.

30 Een dergelijk bistabiel optisch element is reeds beschreven in Amerikaans octrooi nr. 4,468,772, waarin een element wordt beschreven 1027194 2 bestaande uit twee ringlasers, welke zijn gekoppeld met behulp van een golfgeleider. Beide ringen verschaffen monochromatisch licht van een bepaalde golflengte, waarbij de golflengte van het licht afkomstig van elk van de ringlasers verschillend is. In algemene zin bestaat ieder 5 laserelement uit onder andere een versterker en een trilholte. Vanuit de versterker wordt, op basis van populatieomkering in de versterker, energie verschaft aan de trilholte. Door resonantie zal in de trilholte van iedere laser de energie uit de versterker worden omgezet in monochromatisch licht. Het verkregen monochromatische licht is het 10 resultaat van ieder laserelement.Such a bistable optical element has already been described in U.S. Patent No. 4,468,772, in which an element is described 1027194 2 consisting of two ring lasers, which are coupled with the aid of a waveguide. Both rings provide monochromatic light of a certain wavelength, the wavelength of the light coming from each of the ring lasers being different. In a general sense, each laser element consists of, among other things, an amplifier and a cavity. Energy is supplied to the cavity from the amplifier based on population reversal in the amplifier. By resonance, the energy from the amplifier in the vibrating cavity of each laser will be converted into monochromatic light. The monochromatic light obtained is the result of each laser element.

De in Amerikaans octrooi nr. 4,468,772 beschreven inrichting, waarin licht uit de ene laser wordt ingekoppeld in de andere laser, maakt gebruik van het feit dat energie wordt onttrokken uit de versterker van de andere laser ten behoeve van versterking van het 15 ingekoppelde licht uit de ene laser. De frequenties van beide lasers dient verschillend te zijn, echter deze frequenties dienen zodanig gekozen te zijn dat zij in het versterkingsbereik van elkanders versterkingselement liggen. Hierbij wordt opgemerkt dat versterking op basis van populatieomkering mogelijk is binnen een karakteristiek 20 frequentiebereik van de versterker; dit is inherent aan het gebruikte principe. Door de energie uit de versterker van de andere laser te gebruiken ten behoeve van het versterken van het licht uit de ene laser wordt het licht uit de ene laser dominant ten koste van het licht uit de andere laser. Aan de uitgangen van de beschreven inrichtingen kan op 25 basis van de kleur van het licht worden vastgesteld welk van de lasers in een bepaalde toestand dominant is. Zodoende kent de beschreven inrichting twee stabiele toestanden.The device described in U.S. Patent No. 4,468,772, in which light from one laser is coupled into the other laser, uses the fact that energy is extracted from the amplifier of the other laser for the purpose of amplifying the coupled light from the laser. one laser. The frequencies of both lasers must be different, but these frequencies must be chosen such that they lie in the gain range of each other's gain element. It is noted here that population-based gain is possible within a characteristic frequency range of the amplifier; this is inherent to the principle used. By using the energy from the amplifier of the other laser for the purpose of amplifying the light from one laser, the light from one laser becomes dominant at the expense of the light from the other laser. At the outputs of the described devices, it can be determined on the basis of the color of the light which of the lasers is dominant in a certain state. The described device thus has two stable states.

In de hierboven beschreven inrichting dient het licht uit de ene laser zo effectief mogelijk te worden versterkt door de versterker 30 van de andere laser. Derhalve dient het licht uit de ene laser de versterker van de andere laser zo efficiënt mogelijk te bereiken, en dit 102 71 9 4 ' 3 kan slechts worden bereikt door de koppeling tussen de beide lasers zeer groot te maken (dit blijkt bijvoorbeeld uit de figuren 5 en 6 van Amerikaans octrooi nr. 4,468,772, waarin te zien is dat de verbindende golfgeleider beide ringen geheel overlapt, zodat nagenoeg al het licht 5 uit de ene laser wordt ingekoppeld in de ring van de andere laser). Hoewel dit niet in bovengenoemd document beschreven is, dient (zoals blijkt uit berekenen aan een geïdealiseerd model van de hierboven beschreven inrichting) via de koppeling tussen de golfgeleider en elk van de ringen ten minste 70% tot 80% van het licht uit elke ring in de 10 golfgeleider te worden gekoppeld om een goede werking van de inrichting te verkrijgen. De grootte van de koppeling vormt een groot nadeel van de inrichting zoals hieronder zal worden beschreven.In the device described above, the light from one laser must be amplified as effectively as possible by the amplifier 30 of the other laser. Therefore, the light from one laser should reach the amplifier of the other laser as efficiently as possible, and this 102 71 9 4 '3 can only be achieved by making the coupling between the two lasers very large (this is evident from the figures, for example) 5 and 6 of U.S. Patent No. 4,468,772, in which it can be seen that the connecting waveguide completely overlaps both rings, so that substantially all of the light from one laser is coupled into the ring of the other laser. Although this is not described in the above-mentioned document, (as shown by calculating to an idealized model of the device described above) via the coupling between the waveguide and each of the rings at least 70% to 80% of the light from each ring to be coupled to the waveguide to achieve proper operation of the device. The size of the coupling is a major drawback of the device as will be described below.

! De koppeling tussen een trilholte (ring) en een golfgeleider zorgt ervoor dat licht uit de trilholte in de golfgeleider 15 kan treden en vice versa. Indien deze koppeling groot is, zal het verlies aan licht vanuit de trilholte naar de golfgeleider eveneens groot zijn. Voor een goede werking dient de ring daarom te worden gevoed door een voldoende lange versterker, zodat hiermee het verlies gecompenseerd kan worden. Aangezien de grootte van de trilholte (ring) direct samenhangt 20 met de lengte van het versterkermateriaal, zal de vakman begrijpen dat de relatief grote koppeling tussen de trilholte en de golfgeleider tevens de (minimale) afmetingen van de trilholte bepaalt. Aangezien de koppeling groot is, zijn de afmetingen van de in de bovenbeschreven inrichting eveneens groot.! The coupling between a cavity (ring) and a waveguide ensures that light can enter the waveguide 15 from the cavity and vice versa. If this coupling is large, the loss of light from the cavity to the waveguide will also be large. For proper operation, the ring must therefore be fed by a sufficiently long amplifier, so that the loss can be compensated with this. Since the size of the cavity (ring) is directly related to the length of the amplifier material, the person skilled in the art will understand that the relatively large coupling between the cavity and the waveguide also determines the (minimum) dimensions of the cavity. Since the coupling is large, the dimensions of the device described above are also large.

25 De nadelen van de bovenbeschreven inrichting zijn daarom evident. Wanneer een groot aantal bistabiele inrichtingen zoals hierboven omschreven worden geïntegreerd op bijvoorbeeld een optische halfgeleiderchip, zal deze chip eveneens grote afmetingen hebben.The disadvantages of the device described above are therefore evident. When a large number of bistable devices as described above are integrated on, for example, an optical semiconductor chip, this chip will also have large dimensions.

Een ander nadeel is te vinden in de schakel tijd van een 30 dergelijke inrichting. De afmetingen van de trilholten zijn direct van invloed op de tijd die benodigd is om een dergelijke bistabiele 1027194 " 4 inrichting vanuit de ene toestand in de andere te schakelen. De afmetingen van de bistabiele inrichting begrenzen daarom tevens de snelheid ervan; hoe groter de afmetingen van de gebruikte ringen, hoe langzamer de daarmee verkregen bistabiele inrichting.Another disadvantage can be found in the switching time of such a device. The dimensions of the cavities directly affect the time required to switch such a bistable device from one state to the other. The dimensions of the bistable device therefore also limit its speed, the larger the dimensions of the rings used, the slower the resulting bistable device.

5 Onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma's binnen de halfgeleiderindustrie zijn er juist op gericht om halfgeleiderelementen te vervaardigen die almaar sneller en kleiner zijn. Hoe sneller en kleiner de elementen, hoe breder hun toepassingsgebied. De vakman zal begrijpen dat de bovengenoemde nadelen van de stand van de techniek 10 daarom een grote beperking vormen voor de toepasbaarheid van het beschreven bistabiele element.5 Research and development programs within the semiconductor industry, on the other hand, are aimed at producing semiconductor elements that are becoming ever faster and smaller. The faster and smaller the elements, the wider their application area. It will be understood by those skilled in the art that the aforementioned drawbacks of the prior art 10 therefore constitute a major limitation on the applicability of the bistable element described.

•Het is een doel van de uitvinding een bistabiel element te verschaffen dat volledig optisch kan worden aangestuurd.It is an object of the invention to provide a bistable element that can be controlled completely optically.

Het is een verder doel van de uitvinding een bi stabiel 15 optisch element te verschaffen dat zeer klein van omvang is en waarmee hoge schakel snel heden bereikt kunnen worden.It is a further object of the invention to provide a bi-stable optical element which is very small in size and with which high switching speeds can be achieved.

Het is een verder doel van de uitvinding een bi stabiel optisch element te verschaffen dat zowel op zeèr kleine als op grote vermogens werkzaam kan zijn.It is a further object of the invention to provide a bi-stable optical element that can operate on both very small and large powers.

20 Deze en verdere doelen worden door de onderhavige uitvinding bereikt doordat deze een bistabiel optisch element verschaft omvattende ten minste twee trilholten, één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische ingangen en één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische uitgangen, waarbij elke 25 trilholte is ingericht voor het verschaffen van licht in ten minste twee resonantierichtingen, en waarbij de ten minste twee trilholten zodanig door middel van ten minste één kopplingsgolfgeleider optisch zijn gekoppeld dat licht uit ten minste één trilholte inkoppel baar is in ten minste één andere trilholte in één van de resonantierichtingen van de 30 andere trilholte, met het kenmerk, dat één of meer stabiele toestanden van het bistabiele optische element worden gevormd door het in één 1027194 1 5 resonantierichting vergrendeld zijn van ten minste één van de trilholten, en dat de trilholten zodanig zijn ingericht dat licht uit ten minste één van de trilholten in ten minste één ander van de trilholten kan resoneren voor het vergrendelen van die andere trilholte in één van de 5 resonantierichtingen voor het verschaffen van één van de stabiele toestanden.These and further objects are achieved by the present invention in that it provides a bistable optical element comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more optical ports coupled to at least one of the cavities. outputs, wherein each cavity is adapted to provide light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one headwave waveguide so that light from at least one cavity can be coupled into at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity, characterized in that one or more stable states of the bistable optical element are formed by locking at least one of the cavities in one resonance direction, and that the cavities are arranged such that light is emitted at least one of the cavities in at least one other of the cavities can resonate to lock that other cavity in one of the resonance directions to provide one of the stable states.

Het dient te worden begrepen dat onder het hierboven gebruikte begrip 'resonantierichting' dient te worden verstaan 'richting passend bij een resonantiemodus van de trilholte'. Hierbij wordt 10 opgemerkt dat bij trilholten waarin licht in twee (of meer) ontaarde orthogonale resonatiemodi wordt versterkt, veelal voor iedere resonantiemodus een bijbehorende voorkeursrichting kan worden aangegeven. Een voorbeeld van een dergelijke trilholte is bijvoorbeeld een trilholte in een ringlaser-element. In een dergelijke trilholte kan aan de twee 15 voor de ringlaser kenmerkende resonantiemodi een draairichting (linksom of rechtsom) in de ring worden aangegeven. Indien een dergelijke trilholte op geschikte wijze met een golfgeleider wordt gekoppeld zal het licht in elke resonantiemodus in een andere richting in de golfgeleider uittreden. Iets dergelijks treedt op bij bijvoorbeeld het gebruik van 20 trilholten van het fotonisch kristallijne type, waarin als gevolg van interferentie tussen resonantiemodi onder bepaalde omstandigheden uitdoving van licht in een bepaalde richting kan plaats vinden. De orthogonale richtingen waarin licht uit een dergelijke trilholte van het fotonisch kristallijne type uittreedt bij uitdoving in de andere 25 richting(en), zullen in het hiernavolgende eveneens worden aangeduidt met resonanti eri chti ngen.It is to be understood that the term "resonance direction" used above should be understood to mean "direction appropriate to a resonance mode of the cavity." It is noted here that for cavities in which light is amplified in two (or more) degenerate orthogonal resonance modes, an associated preferred direction can usually be indicated for each resonance mode. An example of such a cavity is, for example, a cavity in a ring laser element. In such a cavity, the two resonance modes characteristic of the ring laser can indicate a direction of rotation (left or right) in the ring. If such a cavity is suitably coupled to a waveguide, the light in each resonance mode will exit the waveguide in a different direction. Something similar occurs, for example, with the use of photonic crystalline type cavities, in which, as a result of interference between resonance modes, light can be extinguished in a certain direction under certain conditions. The orthogonal directions in which light exits from such a cavity of the photonic crystalline type upon extinction in the other direction (s), will hereinafter also be referred to as resonances.

Door de eigenschappen van de trilholten zodanig te kiezen dat licht afkomstig uit ten minste één van de trilholten kan resoneren in ten minste één van de andere trilholten, wordt bereikt dat door 30 inkoppeling van licht uit één van de trilholten in een resonantie richting van een andere trilholte deze andere trilholte in één richting 1027194" 6 vergrendeld kan worden. De lichtopbrengst van deze vergrendelde trilholte is dan in één van de resonantierichtingen veel groter dan in de andere resonantierichtingen, aangezien de voor resonantie van het ingekoppelde licht in de richting waarin dit licht is ingekoppeld benodigde energie 5 wordt onttrokken aan andere resonantierichtingen van de trilholte. Er is immers slechts een eindige hoeveelheid energie in de trilholte aanwezig voor het versterken van licht in alle richtingen.By choosing the properties of the cavities such that light from at least one of the cavities can resonate in at least one of the other cavities, it is achieved that by coupling light from one of the cavities in a resonance direction of another This other vibration cavity can be locked in one direction 1027194 "6. The light output of this locked vibration cavity is then much greater in one of the resonance directions than in the other resonance directions, since the pre-resonance of the coupled light in the direction in which this light is The required energy 5 coupled in is withdrawn from other resonance directions of the cavity, since only a finite amount of energy is present in the cavity for amplifying light in all directions.

De vakman zal begrijpen dat voor het optreden van resonantie van licht uit de ene trilholte in de andere trilholte, de 10 dimensies van de trilholten zodanig op elkaar kunnen worden afgestemd dat de resonantiefrequenties gelijk aan elkaar zijn. Aangezien echter de tussen de golflengten van licht behorend bij verschillende resonantiemodi van een trilholte steeds een geheel aantal vrije spectrale breedten verschil aanwezig is, is het geoorloofd dat de golflengten van licht uit 15 verschillende trilholten van het bistabiele element zodanig van elkaar verschillen dat de golflengte van het licht uit de ene trilholte bijvoorbeeld één of meer vrije spectrale breedten verschilt van de golflengte van het licht uit de andere trilholte.Those skilled in the art will understand that for the occurrence of resonance of light from one cavity in the other cavity, the dimensions of the cavities can be adjusted to each other such that the resonance frequencies are equal to each other. Since, however, the whole wavelength of light associated with different resonance modes of a cavity always has a whole number of free spectral widths differences, it is permissible that the wavelengths of light from different cavities of the bistable element differ from each other such that the wavelength of for example, the light from one cavity differs one or more free spectral widths from the wavelength of the light from the other cavity.

De voordelen van het werken met resonantiefrequenties, is 20 dat er slechts geringe koppeling tussen de trilholten nodig is om het bistabiele element te laten functioneren. Hierdoor zijn de energieverliezen in de trilholten eveneens klein, en kan worden volstaan met trilholten waarin slechts zeer weinig versterking plaatsvind. In de trilholten dient slechts weinig versterkingsmateriaal aanwezig te zijn 25 zodat de afmetingen eveneens klein gehouden kunnen worden. Het bistabiele optische element overeenkomstig de uitvinding kan daarom zeer kleine afmetingen hebben. Een verder voordeel is dat de trilholte slechts met weinig vermogen gevoed behoeft te worden. Deze voordelen zorgen ervoor dat vele bistabiele elementen kunnen worden geïntegreerd op een enkele 30 optische halfgeleiderchip. Bovendien bezitten de bistabiele elementen overeenkomstig de uitvinding de eigenschap dat ze zeer snel vanuit één 1 n ? 7194 " 7 toestand in een andere toestand geschakeld kunnen worden. De vakman zal begrijpen dat dit van grote invloed is op de algehele prestaties van een bijvoorbeeld een chip omvattende bijvoorbeeld logische elementen omvattende bistabiele elementen gebaseerd op het principe van de 5 uitvinding.The advantage of working with resonance frequencies is that only a small coupling between the cavities is required for the bistable element to function. As a result, the energy losses in the cavities are also small, and it is possible to suffice with cavities in which only very little amplification takes place. Only a little reinforcement material needs to be present in the cavities so that the dimensions can also be kept small. The bistable optical element according to the invention can therefore have very small dimensions. A further advantage is that the cavity only needs to be fed with little power. These advantages ensure that many bistable elements can be integrated on a single optical semiconductor chip. Moreover, the bistable elements according to the invention have the property that they are very fast from one 1 n? 7194 "7 can be switched to another state. Those skilled in the art will understand that this greatly influences the overall performance of, for example, a chip comprising, for example, logic elements comprising bistable elements based on the principle of the invention.

De uitvinding kan worden toegepast op ieder laser systeem dat ten minste twee ontaarde resonantierichtingen kent. Het principe van de uitvinding kan, mede gezien de bovengenoemde voordelen, met voordeel worden toegepast in uiterst kleine optische elementen, zoals vele moderne 10 optische halfgeleidertoepassingen, waaronder bijvoorbeeld het gebruik van halfgeleider ringen (microringen) of schijven ('microdiscs') en in optische elementen van het fotonisch kristallijne type ('photonic crystal microcavities'). Het zal voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding daarom met voordeel toegepast kan worden als bouwsteen van een groot 15 aantal optische elementen, waaronder optische geheugenelementen, optische schakel mechanismen, optische versterkers en logische optische poorten.The invention can be applied to any laser system that has at least two degenerate resonance directions. The principle of the invention can also be advantageously applied in extremely small optical elements, such as many modern optical semiconductor applications, including for example the use of semiconductor rings (micro rings) or disks ('microdiscs') and in optical photonic crystalline type elements ('photonic crystal microcavities'). It will be clear to those skilled in the art that the invention can therefore advantageously be used as the building block of a large number of optical elements, including optical memory elements, optical switching mechanisms, optical amplifiers and logic optical gates.

Het principe is echter ook toepasbaar bij grotere vermogensniveaus, zodat de uitvinding een breed toepassingsgebied heeft.However, the principle is also applicable at larger power levels, so that the invention has a wide field of application.

Een verder voordeel van de onderhavige uitvinding is dat de 20 werking van het bistabiele element op een volledig optisch principe berust. Het in verschillende toestanden schakelen van het bistabiele element vindt slechts op basis van optische technieken plaats. Het is bekend dat volledig optische technieken veel sneller zijn dan hybride technieken, zoals bijvoorbeeld elektro-optische technieken. Doordat het 25 bistabiele element volledig optisch wordt geschakeld, zodat het een "all optical" element is, in combinatie met de kleine afmetingen van het element, kunnen met het bistabiele element overeenkomstig de uitvinding zeer snelle schakelt!jden gehaald worden.A further advantage of the present invention is that the operation of the bistable element is based on a completely optical principle. The switching of the bistable element into different states only takes place on the basis of optical techniques. It is known that fully optical techniques are much faster than hybrid techniques, such as, for example, electro-optical techniques. Because the bistable element is completely optically switched, so that it is an "all optical" element, in combination with the small dimensions of the element, very fast switching can be achieved with the bistable element according to the invention.

Het dient te worden begrepen dat een koppelingsgolfgelei der 30 eenvoudig zodanig met een trilholte kan worden verbonden dat licht in beide richtingen uit de trilholte daarin uittreedt, waarbij de richting 1027194 ' 8 van het licht in de golfgeleider samenhangt met de resonantierichting van het licht in de trilholte. Op equivalente wijze kan het licht uit een koppel ingsgolfgelei der eenvoudig in een voorkeursrichting in een trilholte worden ingekoppeld, zodat de voordelen van de uitvinding 5 eenvoudig bereikt kunnen worden door de koppeling tussen de trilholten te verschaffen met behulp van een koppel ingsgolfgeleider.It is to be understood that a coupling waveguide 30 can be easily connected to a cavity such that light exits from the cavity therein in both directions, the direction 1027194'8 of the light in the waveguide being related to the resonance direction of the light in the cavity. Similarly, the light from a coupling waveguide can simply be coupled into a cavity in a preferred direction, so that the advantages of the invention can be easily achieved by providing the coupling between the cavities with the aid of a coupling waveguide.

In bijvoorbeeld een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de één of meer optische ingangen zodanig met de ten minste ene trilholte gekoppeld, dat optische ingangssignalen welke in bedrijf worden 10 aangeboden aan ten minste één van de optische ingangen in ten minste één van de resonantierichtingen in de trilholte inkoppelbaar zijn.In, for example, an embodiment of the invention, the one or more optical inputs are coupled to the at least one resonant cavity such that optical input signals presented in operation to at least one of the optical inputs in at least one of the resonance directions in the resonant cavity be linkable.

Door het inkoppelen van een bijvoorbeeld additionele ! optische stel puls welke gesuperponeerd wordt op het reeds in een bepaalde resonantierichting van een trilholte ingekoppelde licht uit een andere 15 trilholte, is het mogelijk de trilholte precies de benodigde impuls te geven om het te doen vergrendelen in die resonantierichting. Indien de trilholte eenmaal vergrendeld is in de gewenste richting, kan de situatie eenvoudig in stand worden gehouden door het reeds uit de andere trilholte ingekoppelde licht.By linking in an additional, for example! optical set of pulse which is superimposed on the light already coupled in a certain resonance direction of one cavity from another cavity, it is possible to give the cavity exactly the pulse required to cause it to lock in that resonance direction. Once the cavity is locked in the desired direction, the situation can simply be maintained by the light already coupled in from the other cavity.

20 In de bovenstaande uitvoeringsvorm kan deze stelpuls via een geschikt met de trilholte gekoppelde optische ingang worden aangeboden. Hierbij wordt opgemerkt dat het ingekoppelde gesuperponeerde signaal niet zonder meer een pulsvorm dient te hebben, wat van belang is voor een goede werking van het bistabiele element, is dat met het signaal 25 een voldoende grote extra impuls wordt gegeven voor het vergrendelen van de trilholte. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan een continu golfsignaal (continuous wave - CW). De aangeboden stelpuls kan overigens ook aan beide trilholten gelijktijdig worden aangeboden. Voorst wordt opgemerkt dat de hierboven beschreven manier van het sturen van het 30 bistabiele optische element niet de enige manier van aansturen is. Een alternatieve manier van aansturen zal in het hieropvolgende worden 10271 94 9 beschreven.In the above embodiment, this adjusting pulse can be applied via a suitable optical input coupled to the cavity. It is noted here that the coupled-in superimposed signal does not necessarily have to be in the form of a pulse, which is important for the bistable element to function properly, is that the signal 25 provides a sufficiently large additional pulse for locking the cavity. For example, a continuous wave signal (continuous wave - CW). The adjusting pulse offered can also be offered to both cavities simultaneously. It is furthermore noted that the method of controlling the bistable optical element described above is not the only method of control. An alternative method of control will be described below.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding verschaft deze een bistabiel element waarbij de één of meer optische uitgangen zodanig met de ten minste ene trilholte zijn gekoppeld 5 dat licht in ten minste één van de resonantierichtingen van de trilholte aan ten minste één van de uitgangen als uitgangssignaal kan worden aangeboden. De toestand waarin het bistabiele element zich bevindt kan nu eenvoudig worden vastgesteld aan de hand van het uitgangssignaal op één of meer van de uitgangen van het element.According to a further embodiment of the invention, it provides a bistable element in which the one or more optical outputs are coupled to the at least one cavity such that light in at least one of the resonance directions of the cavity at at least one of the outputs is output signal can be offered. The state in which the bistable element is located can now easily be determined on the basis of the output signal at one or more of the outputs of the element.

10 Daartoe verschaft de uitvinding overeenkomstig een uitvoeringsvorm daarvan een bistabiel optisch element waarbij de één of meer uitgangen ten minste één eerste toestandsuitgang omvatten voor het verschaffen van een optisch signaal wanneer het bistabiele element zich in een eerste stabiele toestand bevindt. Dit kan éénvoudig worden bereikt 15 door de toestandsuitgang zodanig te koppelen met een in de eerste stabiele toestand te vergrendelen trilholte, dat daarop slechts het licht wordt verschaft behorend bij de vergrendelde resonantierichting. Indien de zo met de uitgangen verbonden trilholte wordt vergrendeld in die resonantierichting, zal op deze toestandsuitgang een sterk optisch 20 signaal aanwezig zijn.To this end, according to an embodiment thereof, the invention provides a bistable optical element wherein the one or more outputs comprise at least one first state output for providing an optical signal when the bistable element is in a first stable state. This can be achieved in a simple manner by coupling the state output with a vibrating cavity to be locked in the first stable state such that only the light associated with the locked resonance direction is provided thereon. If the resonant cavity thus connected to the outputs is locked in that resonance direction, a strong optical signal will be present at this state output.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm zal op de eerste toestandsuitgang in bedrijf een optisch signaal uitblijven indien het bistabiele element zich in de tweede stabiele toestand bevindt. Zodoende kan het signaal op de eerste toestandsuitgang dan direct worden gemeten 25 voor het vaststellen van de stabiele toestand waarin het bistabiele element zich bevindt, aangezien op deze toestandsuitgang een relatief groot en eenvoudig meetbaar signaal verschil (wel of geen signaal) tussen de beide stabiele toestanden wordt verkregen.According to a further embodiment, an optical signal will not occur at the first state output during operation if the bistable element is in the second stable state. Thus, the signal on the first state output can then be measured directly to determine the stable state in which the bistable element is located, since a relatively large and easily measurable signal difference (whether or not a signal) between the two stable states on this state output is obtained.

De vakman zal begrijpen dat een dergelijke toestandsuitgang 30 met voordeel voor iedere trilholte en iedere toestand van het bistabiele element geschikt kan worden geïmplementeerd, zodat alle toestanden van 1027194 ! 10 het element op deze wijze kunnen worden vastgesteld middels eigen toestandsuitgangen. Met voordeel verschaft de uitvinding volgens een uitvoeringsvorm daarvan daarom een bistabiel optisch element waarbij de één of meer uitgangen ten minste één tweede toestandsuitgang omvatten 5 voor het verschaffen van een optisch signaal wanneer het bistabiele element zich in een tweede stabiele toestand bevindt. Tevens verschaft de uitvinding volgens weer een andere uitvoeringsvorm daarvan een bistabiel optisch element waarbij op de tweede toestandsuitgang in bedrijf een optisch signaal uitblijft indien het bistabiele element zich in een 10 eerste toestand bevindt.Those skilled in the art will understand that such a state output 30 can be advantageously implemented for any cavity and state of the bistable element, so that all states of 1027194! The element can be determined in this way by means of its own state outputs. Advantageously, therefore, the invention provides a bistable optical element according to an embodiment thereof, wherein the one or more outputs comprise at least one second state output for providing an optical signal when the bistable element is in a second stable state. The invention also provides, according to yet another embodiment thereof, a bistable optical element, wherein an optical signal does not occur at the second state output during operation if the bistable element is in a first state.

Één of meer uitgangen van het bistabiele element kunnen, overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm, met voordeel worden gevormd door één of meer uiteinden van de koppelingsgolfgel ei der. Ditzelfde geldt voor de ingangen van het bistabiele element, overeenkomstig een verdere 15 uitvoeringsvorm.According to a further embodiment, one or more outputs of the bistable element can advantageously be formed by one or more ends of the coupling wave gel member. The same applies to the inputs of the bistable element, in accordance with a further embodiment.

Het bistabiele optisch element volgens de uitvinding kan overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm ten minste één signaalgolfgeleider omvatten voor het uitwisselen van signalen tussen ten minste één van de ten minste twee trilholten en ten minste één van de 20 ingangen of uitgangen. Deze uitvoeringsvorm verschaft een alternatieve wijze van het aansluiten van ingangen en uitgangen op de trilholten van het bistabiele element. Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm hiervan wordt ten minste één van de ingangen of uitgangen gevormd door een uiteinde van de signaalgolfgeleider.The bistable optical element according to the invention can, according to a further embodiment, comprise at least one signal waveguide for exchanging signals between at least one of the at least two vibrating cavities and at least one of the inputs or outputs. This embodiment provides an alternative way of connecting inputs and outputs to the cavities of the bistable element. According to a further embodiment thereof, at least one of the inputs or outputs is formed by an end of the signal waveguide.

25 Een andere mogelijkheid, welke wordt geboden door een bistabiel element overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding, is dat ten minste één van de optische ingangen tevens ten minste één van de optische uitgangen vormt. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de uiteinden van een koppel ingsgol fgel ei der zowel als ingang en 30 als uitgang te gebruiken, aangezien de koppel ingsgolfgeleider reeds op geschikte wijze is gekoppeld met de trilholten voor het daarin in een 10271 94 11 bepaalde richting inkoppelen van licht. Het signaal op de ingang is daarbij tegengesteld aan het signaal op de uitgang zodat deze signalen elkaar niet verstoren.Another possibility, which is offered by a bistable element according to a further embodiment of the invention, is that at least one of the optical inputs also forms at least one of the optical outputs. For example, it is possible to use the ends of a coupling wave both as an input and as an output, since the coupling waveguide is already suitably coupled to the vibrating cavities for coupling light therein in a direction determined in a direction 10271 94 11 . The signal on the input is thereby opposite to the signal on the output so that these signals do not disturb each other.

Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm van de 5 uitvinding worden de ten minste twee trilholten gevormd door optisch geleidende ringen. Hiervoor kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van optische geleidende halfgeleiderringen (ringlasers), welke op zeer kleine vermogensniveaus werken, klein qua afmetingen zijn en zeer snel geschakeld kunnen worden. Overgangen in dergelijke ringen, bijvoorbeeld 10 bij het vergrendelen daarvan, blijken zeer snel en in de tijd scherp (in een smal overgangstijdsgebied) plaats te vinden.According to a preferred embodiment of the invention, the at least two vibrating cavities are formed by optically conductive rings. For this purpose use can for instance be made of optical conductive semiconductor rings (ring lasers), which operate at very small power levels, are small in dimensions and can be switched very quickly. Transitions in such rings, for example when they are locked, appear to take place very quickly and sharply (in a narrow transition time area).

Overeenkomstig een verdere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de uitvinding een bistabiel optisch element waarbij de ten minste twee trilholten worden gevormd door trilholten van het fotonische 15 kristal 1ijne type. Dergelijke optische elementen zijn nog kleiner qua afmetingen en worden gevoed met een nog kleiner vermogen dan optische geleidende halfgeleiderringen. In een dergelijk bistabiel element kan bijvoorbeeld de ten minste ene koppelgolfgel ei der eveneens van het fotonisch kristallijne type zijn. Tevens kan, overeenkomstig een verdere 20 uitvoeringsvorm, de ten minste ene signaalgolfgel ei der van het fotonisch kristallijne type zijn.According to a further preferred embodiment, the invention provides a bistable optical element in which the at least two cavities are formed by cavities of the photonic crystal line type. Such optical elements are even smaller in dimensions and are fed with an even smaller power than optical conductive semiconductor rings. In such a bistable element, for example, the at least one coupling wave gel may also be of the photonic crystalline type. Also, in accordance with a further embodiment, the at least one signal wave gel can be of the photonic crystalline type.

Trilholten van het fotonisch kristallijne type bestaan uit optisch versterkende materialen, zoals halfgeleiderstructuren, waarop een regelmatig of periodiek patroon van gaten is aangebracht, waarin door 25 totale interne reflectie en Braggreflectie licht kan worden ingesloten. Door in het regelmatige periodieke patroon defecten aan te brengen, in die zin, dat bijvoorbeeld één of meer gaten in het patroon zijn weggelaten, kunnen "trilholten" en golfgeleiders worden gevormd. Het periodieke of regelmatige patroon van gaten kan elke geschikte structuur 30 bezitten, bijvoorbeeld driehoekig, vierkantig, pentagonaal, hexagonaal, septagonaal, octogonaal, etcetera. In het algemeen voldoet ieder patroon 1027194 12 van gaten dat zodanig is dat het licht daaraan volledig of grotendeels reflecteert, zodat door weglating van één of meer gaten in het patroon een trilholte ontstaat.The cavities of the photonic crystalline type consist of optically reinforcing materials, such as semiconductor structures, on which a regular or periodic pattern of holes is provided, into which light can be enclosed by total internal reflection and Bragg reflection. By providing defects in the regular periodic pattern in the sense that, for example, one or more holes are omitted in the pattern, "cavities" and waveguides can be formed. The periodic or regular pattern of holes may have any suitable structure 30, for example, triangular, square, pentagonal, hexagonal, septagonal, octagonal, etc. In general, each pattern 1027194 12 suffices from holes which is such that the light fully or largely reflects them, so that a cavity is created by omitting one or more holes in the pattern.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding 5 verschaft deze een bistabiel optisch element waarbij de ten minste twee trilholten een eerste trilholte omvatten dat is ingericht om werkzaam te zijn op een eerste vermogensniveau, en waarbij de ten minste twee trilholten een tweede trilholte omvatten dat is ingericht om werkzaam te zijn op een tweede vermogensniveau, waarbij het eerste vermogensniveau 10 groter is dan het tweede vermogensniveau.According to a further embodiment of the invention, it provides a bistable optical element in which the at least two cavities comprise a first cavity adapted to operate at a first power level, and wherein the at least two cavities comprise a second cavity arranged to operate at a second power level, the first power level 10 being greater than the second power level.

Deze uitvoeringsvorm wordt op een andere wijze aangestuurd dan reeds hierboven is beschreven, aangezien vanwege het grotere vermogensniveau van de ene trilholte, de andere trilholte in een beginsituatie standaard vergrendeld wordt door de trilholte met het 15 hogere vermogensniveau. De werking van dit element berust op het principe dat door een voldoende sterk signaal aan te bieden aan de trilholte welke op het hogere vermogensniveau werkzaam is, deze in één van zijn resonantierichtingen vergrendeld wordt en wel zodanig dat het licht uit de trilholte met het hoogste vermogensniveau de trilholte met het lagere 20 vermogensniveau niet meer kan bereiken. De standaard vergrendeling van de trilholte op het lager vermogensniveau wordt hierdoor opgeheven zodat er een herverdeling van de lichtsterkten in de verschillende resonantierichtingen in deze trilholte optreedt. Deze herverdeling kan bijvoorbeeld aan een uitgang worden geregistreerd. Het in de trilholte 25 met het hogere vermogensniveau ingekoppelde signaal moet hierbij sterker zijn dan een bepaalde grenswaarde. Deze grenswaarde is afhankelijk van het vermogen waarmee de trilholte gevoed wordt. Voor het inkoppelen van het benodigde signaal kan de trilholte met het hogere vermogensniveau op geschikte wijze zijn gekoppeld met een optische ingang.This embodiment is controlled in a different way than already described above, since due to the greater power level of one vibrating cavity, the other vibrating cavity is locked in a starting situation by default to the vibrating cavity with the higher power level. The operation of this element is based on the principle that by offering a sufficiently strong signal to the vibratory cavity that is active at the higher power level, it is locked in one of its resonance directions in such a way that the light from the cavity with the highest power level can no longer reach the cavity with the lower power level. The standard locking of the cavity at the lower power level is hereby canceled so that there is a redistribution of the light intensities in the different resonance directions in this cavity. This redistribution can, for example, be registered at an output. The signal coupled into the cavity 25 with the higher power level must be stronger than a certain limit value. This limit value depends on the capacity with which the cavity is fed. For coupling in the required signal, the vibratory cavity with the higher power level can be suitably coupled to an optical input.

30 De grenswaarde-afhankelijkheid van het gedrag van bovenbeschreven uitvoeringsvorm maakt het mogelijk optisch logische 1027194 13 .elementen te vormen, door bijvoorbeeld ten minste twee optische ingangen te koppelen met de eerste trilholte. Afhankelijk van de koppeling en de grenswaarde kunnen zo bijvoorbeeld AND, NAND, OR en NOR poorten gevormd worden.The limit value dependence on the behavior of the above-described embodiment makes it possible to form optically logical elements, for example by coupling at least two optical inputs to the first cavity. Depending on the coupling and the limit value, AND, NAND, OR and NOR gates can thus be formed.

5 Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van het bovenbeschreven optisch logische element zijn de ten minste twee ingangen zodanig met de eerste trilholte gekoppeld dat ingangssignalen aangeboden aan elk van de ten minste twee ingangen in tegengestelde richting worden ingekoppeld in de eerste trilholte. Op deze wijze kunnen weer andere 10 logische poorten worden gevormd.According to a further embodiment of the optical logic element described above, the at least two inputs are coupled to the first vibration cavity in such a way that input signals applied to each of the at least two inputs are coupled in the opposite direction to the first vibration cavity. Other logical gates can be formed in this way.

De uitvinding, verschaft, verder optisch geheugenelement omvattende een veelheid bistabiele optische elementen, verder omvattende uitleesmiddelen voor het uitlezen van de toestand van één of meer van de bistabiele optische elementen. Zoals reeds eerder beschreven kan het 15 bistabiele element overeenkomstig de uitvinding met voordeel worden toegepast in een optisch geheugen, overeenkomstig de hier beschreven uitvoeringsvorm.The invention further provides optical memory element comprising a plurality of bistable optical elements, further comprising reading means for reading the state of one or more of the bistable optical elements. As previously described, the bistable element according to the invention can advantageously be used in an optical memory, according to the embodiment described here.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van het optische geheugenelement volgens de uitvinding verschaft elk van de veelheid 20 bistabiele optische elementen licht van een golflengte die verschilt van de resonantiegolflengten van elk van de andere bistabiele elementen. Het voordeel van een dergelijke configuratie is dat het de individuele bistabiele element eenvoudig op grond van de gebruikte frequentie kunnen worden geadresseerd voor het programmeren van een gewenste toestand of 25 het uitlezen van een toestand. Tevens vindt er geen interactie tussen de individuele bistabiele elementen plaats. Dit maakt een verdere uitvoeringsvorm mogelijk waarbij ten minste twee van de bistabiele optische elementen ten minste één gemeenschappelijke toestandsuitgang hebben.According to an embodiment of the optical memory element according to the invention, each of the plurality of bistable optical elements provides light of a wavelength that differs from the resonance wavelengths of each of the other bistable elements. The advantage of such a configuration is that the individual bistable element can simply be addressed on the basis of the frequency used for programming a desired state or reading out a state. There is also no interaction between the individual bistable elements. This allows a further embodiment in which at least two of the bistable optical elements have at least one common state output.

30 Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm wordt een optisch geheugenelement verschaft waarbij de koppelingsgolfgeleiders van 10271 94 " 14 de bistabiele optische elementen worden gevormd door een gemeenschappelijke golfgeleider.According to a further embodiment, an optical memory element is provided wherein the coupling waveguides of 10271 94 "14 the bistable optical elements are formed by a common waveguide.

Equivalent aan eerder beschreven uitvoeringsvormen zal de vakman begrijpen dat overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm een 5 optisch geheugenelement wordt verschaft waarbij ten minste twee van de bistabiele optische elementen ten minste één gemeenschappelijke optische ingang hebben.Equivalent to previously described embodiments, those skilled in the art will appreciate that in accordance with a further embodiment, an optical memory element is provided wherein at least two of the bistable optical elements have at least one common optical input.

Overeenkomstig weer een andere uitvoeringsvorm omvatten de ten minste twee bistabiele optische elementen van het optisch 10 geheugenelement volgens de uitvinding ten minste één gemeenschappelijke signaalgolfgeleider.According to yet another embodiment, the at least two bistable optical elements of the optical memory element according to the invention comprise at least one common signal wave conductor.

De uitvinding verschaft verder een optische signaalbewerkingsinrichting omvattende een bistabiel optisch element het eerste aspect van de uitvinding, verder omvattende middelen voor het 15 periodiek uitlezen van ten minste één van de uitgangen van het bistabiele optische element. Een dergelijke optische inrichting kan met voordeel worden toegepast in gesynchroniseerde optische schakelingen. Daartoe verschaft de uitvinding overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de j optische signaalbewerkingsinrichting middelen voor het periodiek 20 herstellen van het bistabiele optische element in een begintoestand. Deze middelen voor het herstellen van het bistabiele element kunnen bijvoorbeeld zijn ingericht voor het periodiek verschaffen van een herstel signaal op ten minste één van de ingangen voor het in een eerste toestand brengen van het bistabiele optische element.The invention further provides an optical signal processing device comprising a bistable optical element, the first aspect of the invention, further comprising means for periodically reading out at least one of the outputs of the bistable optical element. Such an optical device can advantageously be used in synchronized optical circuits. To this end, according to a further embodiment of the optical signal processing device, the invention provides means for periodically restoring the bistable optical element to an initial state. These means for repairing the bistable element can for example be arranged for periodically providing a recovery signal on at least one of the inputs for bringing the bistable optical element into a first state.

25 De uitvinding kan met voordeel worden toegepast voor het verschaffen van volledig optische signaalbewerkingsinrichtingen, alsmede volledig optische computers omvattende één of meer optische elementen overeenkomstig de uitvinding.The invention can advantageously be used to provide fully optical signal processing devices, as well as fully optical computers comprising one or more optical elements according to the invention.

Ten aanzien van het bovenstaande dient nog te worden 30 opgemerkt dat, indien de specifieke configuratie van elementen daar aanleiding toe geeft, geïntegreerde schakelingen omvattende een veelheid 1027194 15 bistabiele elementen met al dan niet gemeenschappelijke in en uitgangen, of welke al dan niet trapsgewijs gekoppeld zijn, mogelijk kunnen worden voorzien van isolatoren welke eventuele, tegengesteld aan de werkingsrichting lopende, optische signalen dempen of geheel elimineren 5 teneinde eventuele terugwaartse beïnvloeding van elementen binnen dergelijke geïntegreerde schakelingen tegen te gaan. Het gebruik van deze isolatoren is optioneel; logische optische schakelingen omvattende bistabiele elementen volgens het principe van de uitvinding zullen veelal zonder het gebruik van isolatoren goede resultaten verschaffen. Voor 10 iedere configuratie van logische elementen dient te worden afgewogen in hoeverre terugwaarts gerichte optische signalen achterliggende logische elementen kunnen beïnvloeden en wat de invloed daarvan is op de werking van de optische schakeling.With regard to the above, it should be noted that, if the specific configuration of elements gives rise to it, integrated circuits comprising a plurality of bistable elements with or without common inputs and outputs, or which may or may not be coupled stepwise may be provided with insulators which attenuate or completely eliminate any optical signals running opposite to the direction of operation in order to prevent any backward influence of elements within such integrated circuits. The use of these insulators is optional; Logic optical circuits comprising bistable elements according to the principle of the invention will often provide good results without the use of insulators. For each configuration of logic elements, consideration must be given to the extent to which backward-facing optical signals can influence underlying logic elements and their influence on the operation of the optical circuit.

Terugwaartse beïnvloeding van bijvoorbeeld trapsgewijs 15 achter elkaar geschakelde optische elementen kan, afhankelijk van de configuratie, bij optische elementen overeenkomstig de uitvinding ontstaan doordat door het vergrendelen van een element in een zekere stabiele toestand een deel van het totale in de trilholten versterkte hoeveelheid licht in de richting van een ingang van het element wordt 20 teruggestuurd in een golfgeleider. Dit zal niet altijd het geval zijn, maar is afhankelijk van de gebruikte configuratie. Indien in dit geval echter de ingang van dit optische element in verbinding staat met de uitgang van een ander optisch element in een trapsgewijze schakeling, kan dit andere optische element door het licht dat door de bovengenoemde 25 ingang weer naar buiten treedt worden beïnvloedt.Depending on the configuration, optical elements according to the invention may be provided with a backward influence of, for example, cascaded optical elements one after the other, by locking an element in a certain stable state, a part of the total amount of light amplified in the cavities. direction of an input of the element is returned in a waveguide. This will not always be the case, but depends on the configuration used. However, if in this case the input of this optical element is connected to the output of another optical element in a stepwise circuit, this other optical element can be influenced by the light that exits again through the above-mentioned input.

Deze terugwaartse beïnvloeding kan met behulp van isolatoren bijvoorbeeld doorbroken worden door het verbreken van de symmetrie van de optische elementen. Hiermee wordt bedoeld dat de mate waarin een optisch element reageert op ingangssignalen anders is dan de 30 mate waarin een optisch element reageert op signalen welke onverhoopt worden aangeboden aan de uitgangen van het element. Natuurlijk zijn ook 1027194 16 andere oplossingen mogelijk.This backward influence can be broken by means of insulators, for example, by breaking the symmetry of the optical elements. This means that the extent to which an optical element responds to input signals is different from the extent to which an optical element responds to signals which are unexpectedly presented at the outputs of the element. Of course 1027194 16 other solutions are also possible.

Overeenkomstig een verder aspect van de uitvinding heeft deze betrekking op een werkwijze voor het sturen van een bistabiel optisch element zoals hierboven beschreven, omvattende ten minste twee 5 trilholten, één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppelde optische ingangen en één of meer met ten minste één van de trilholten gekoppeldeoptische uitgangen, waarbij elke trilholte is ingericht voor het verschaffen van licht in ten minste twee resonantierichtingen, en waarbij de ten minste twee trilholten zodanig door middel van ten minste 10 één koppelingsgolfgelei der optisch zijn gekoppeld dat licht uit ten minste één trilholte inkoppel baar is in ten minste één andere trilholte in één van de resonantierichtingen van de andere trilholte, met het kenmerk, dat één of meer stabiele toestanden van het bistabiele optische element worden gevormd door het in één resonantierichting vergrendeld 1 15 zijn van ten minste één van de trilholten, en dat de werkwijze een stap | omvat van het zodanig inkoppelen van licht uit ten minste één van de j trilholten in ten minste één andere trilholte dat als gevolg van resonantie van het ingekoppelde licht in de andere trilholte die trilholte wordt vergrendeld in één van de resonantierichtingen voor het j 20 verschaffen van één van de stabiele toestanden.According to a further aspect of the invention, it relates to a method for controlling a bistable optical element as described above, comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more at least one of the cavities coupled optical outputs, wherein each cavity is arranged to provide light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one coupling waveguide such that light from at least one cavity can be coupled into at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity, characterized in that one or more stable states of the bistable optical element are formed by being locked in at least one resonance direction of at least one of the cavities, and that the method e and step | comprises coupling light from at least one of the cavities in at least one other cavity such that as a result of resonance of the coupled light in the other cavity that cavity is locked in one of the resonance directions for providing one of the stable states.

ii

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van dit aspect van de uitvinding omvat de werkwijze een stap van het in reactie op een aan ten minste één van de optische ingangen aangeboden ingangssignaal vergrendelen van ten minste één van de twee trilholten in ten minste één 25 van de resonantierichtingen.According to an embodiment of this aspect of the invention, the method comprises a step of locking at least one of the two cavities in at least one of the resonance directions in response to an input signal applied to at least one of the optical inputs.

Overeenkomstig weer een verdere uitvoeringsvorm van dit aspect van de uitvinding wordt ten minste één van de trilholten met een groter vermogen gevoed dan de andere trilholten. De voordelen van dergelijke uitvoeringsvormen zijn reeds ten aanzien van andere aspecten 30 van de uitvinding hierboven beschreven.According to yet another embodiment of this aspect of the invention, at least one of the cavities is fed with a greater power than the other cavities. The advantages of such embodiments have already been described above with respect to other aspects of the invention.

De uitvinding zal verder worden beschreven aan de hand van 10271 94 " 17 niet beperkend bedoelde uitvoeringsvormen daarvan, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin : figuur 1 een bistabiel element overeenkomstig de uitvinding toont; 5 figuur 2 een bistabiel element overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont; figuur 3 een bistabiel element overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont; figuur 4 een bistabiel element overeenkomstig een 10 uitvoeringsvorm van de uitvinding toont welke werkzaam is op basis van 3 trilholten; figuur 5 een bistabiel element van het fotonische kristallijne type toont, overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding; 15 figuur 6 een uitvoeringsvorm van de uitvinding toont welke kan worden gebruikt als bistabiel element, optisch schakel element en/of logische poort; figuren 7A en 7B ingangs-uitgangs diagrammen tonen van de in figuur getoonde uitvoeringsvorm; 20 figuur 8 een reeks gekoppelde bistabiele elementen overeenkomstig de uitvinding toont; figuur 9 een bistabiel element overeenkomstig de uitvoeringsvorm van de uitvinding toont, welke kan worden gebruikt als logische poort, en/of tijdverdeelde multiplexeenheid; 25 figuur 10 een bistabiel element overeenkomstig de uitvinding toont dat kan worden gebruikt als logische poort omvattende een veelheid ingangen.The invention will be further described with reference to 10271 94 "17 non-limiting embodiments thereof, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a bistable element according to the invention; figure 2 shows a bistable element according to a further embodiment of the invention shows; figure 3 shows a bistable element according to a further embodiment of the invention; figure 4 shows a bistable element according to an embodiment of the invention which is active on the basis of 3 cavities; figure 5 shows a bistable element of the photonic crystalline type Figure 6 shows an embodiment of the invention which can be used as a bistable element, optical switching element and / or logic gate, Figures 7A and 7B show input-output diagrams of the shown in Figure Figure 8 is a series linked bistable elements according to the invention; Figure 9 shows a bistable element according to the embodiment of the invention, which can be used as a logic gate, and / or time-divided multiplex unit; Figure 10 shows a bistable element according to the invention that can be used as a logic gate comprising a plurality of inputs.

Een uitvoeringsvorm van de hierboven beschreven uitvinding wordt getoond in figuur 1. Hierin worden twee trilholten 1 en 2 van het 30 microring type (microring lasers) optisch gekoppeld met een golfgeleider 3, waarbij de koppeling respectievelijk schematisch zijn aangegeven met 10271 94 " 18 verwijzingscijfers 5 en 6. Trilholten van het microring type hebben de eigenschap dat licht daarin in twee orthogonale richtingen (linksom en rechtsom) kan resoneren. In trilholte 1 resoneert een licht zoals is aangegeven in twee richtingen 16 en 17, en in trilholte 2 treedt een 5 resonantie op in de richtingen 18 en 19. Vanuit trilholte 1 kan via koppeling 5 het monochromatische licht uit de trilholte 1 uittreden in de golfgeleider 3 in twee tegengestelde richtingen, zoals is aangegeven door pijlen 21 en 22. Indien het in figuur 1 getoonde bistabiele element zich in een (onbepaalde) begintoestand bevindt, treedt het monochromatische 10 licht dat in trilholte 2 in beide richtingen 18 en 19 resoneert op gelijke wijze uit in beide richtingen in golfgeleider 3. Het bi stabiele element omvat 2 ingangen 9 en 10 gevormd door de uiteinden van golfgeleider 3. In de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm zijn ingangen 9 en 10 tevens uitgangen 13 en 14 van het bistabiele element.An embodiment of the invention described above is shown in Figure 1. Herein two vibrating cavities 1 and 2 of the microring type (microring lasers) are optically coupled to a waveguide 3, the coupling being respectively schematically indicated with 10271 94 "18 reference numerals 5 and 6. Microring type cavities have the property that light can resonate therein in two orthogonal directions (left and right): In cavity 1, a light as indicated in two directions 16 and 17 resonates, and in cavity 2 a resonance enters in directions 18 and 19. From the cavity 1, via coupling 5, the monochromatic light from the cavity 1 can exit into the waveguide 3 in two opposite directions, as indicated by arrows 21 and 22. If the bistable element shown in Fig. 1 is in an (indefinite) initial state, the monochromatic light enters resonant cavity 2 in both directions 18 and 19 t equally in both directions in waveguide 3. The bi-stable element comprises 2 inputs 9 and 10 formed by the ends of waveguide 3. In the embodiment shown in Figure 1, inputs 9 and 10 are also outputs 13 and 14 of the bistable element.

15 De werking van het bistabiele element overeenkomstig de uitvinding is als volgt. De werkingsfrequenties of golflengten van trilholten 1 en 2 zijn zodanig op elkaar afgestemd dat licht uit de ene trilholte (bijvoorbeeld 1) kan resoneren in de andere trilholte (bijvoorbeeld 2). Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de trilholte 1 20 en 2 zodanig te kiezen dat zij op dezelfde golflengte zijn. Een andere mogelijkheid is dat de golflengte behorend bij de werkingsfrequentie van één van beide trilholten (bijvoorbeeld trilholte 1) één of meer vrije spectrale breedten verschilt van de andere trilholte (bijvoorbeeld trilholte 2). In de begintoestand (waarin de toestand van het bistabiele 25 element onbepaald is) resoneert licht in de beide trilholte 1 en 2 in beide richtingen (respectievelijk 16, 17 en 18, 19). Derhalve treedt het licht uit beide trilholten 1 en 2, via koppelingen 5 en 6 in beide richtingen van de golfgeleider 3 uit.The operation of the bistable element according to the invention is as follows. The operating frequencies or wavelengths of cavities 1 and 2 are tuned to each other in such a way that light from one cavity (for example 1) can resonate in the other cavity (for example 2). This can be achieved, for example, by choosing the cavity 1 and 2 so that they are at the same wavelength. Another possibility is that the wavelength associated with the operating frequency of one of the two cavities (for example cavity 1) differs one or more free spectral widths from the other cavity (for example cavity 2). In the initial state (in which the state of the bistable element is undetermined), light resonates in the two cavities 1 and 2 in both directions (16, 17 and 18, 19, respectively). Therefore, the light exits from both vibrating cavities 1 and 2 via couplings 5 and 6 in both directions of the waveguide 3.

In principe zal de totale hoeveelheid in iedere trilholte 30 aanwezige energie in beide richtingen (respectievelijk 16, 17 en 18, 19) gelijk zijn. Uitgaande van dit principe en gesteld dat de vermogens van 1027194 " 19 .beide ringlasers 1 en 2 gelijk zijn, zal de intensiteit van het licht dat in principe in iedere ring linksom of rechtsom resoneert voor beide ringen eveneens gelijk kunnen zijn. Stel dat de intensiteit van licht welke in een van de ringen in een bepaalde richting resoneert gelijk is 5 aan de waarde I. De door beide koppelingen 5 en 6 uit iedere ring 1 en 2 uittredende hoeveelheid energie is dan in principe 21. Als gevolg daarvan zal in principe aan elke uitgang 13 en 14 licht met een intensiteit ter grootte 21 uittreden. Dit is echter geen stabiele toestand.In principle, the total amount of energy present in each cavity 30 in both directions (16, 17 and 18, 19, respectively) will be the same. Starting from this principle and assuming that the powers of 1027194 "19 both ring lasers 1 and 2 are the same, the intensity of the light which in principle resonates in each ring to the left or to the right will also be the same for both rings. Suppose that the intensity of light which resonates in one of the rings in a certain direction is equal to the value I. The amount of energy emerging from both rings 1 and 2 from each ring 1 and 2 is then in principle 21. As a result, in principle each output 13 and 14 emits light with an intensity of magnitude 21. However, this is not a stable state.

Indien nu aan een van de ingangen (9, 10) bijvoorbeeld aan 10 ingang 9 een stel puls wordt aangeboden, dan blijkt dat door deze verstoring het licht dat vanuit trilholte 1 in richting van trilholte 2 door golfgeleider 3 (zoals aangegeven door pijl 21) uittreedt resonantie te veroorzaken in trilholte 2. Een fractie van het licht uit trilholte 1 wordt ingekoppeld in trilholte 2 (zoals weergegeven door pijl 25), 15 terwijl het resterende licht zijn weg vervolgt naar uitgang 14 (zoals weergegeven door pijl 24). De stel puls welke aan ingang 9 is aangeboden zal er in trilholte 2 voor zorgen dat de lichtfractie 25 afkomstig uit trilholte 1 zodanig in trilholte 2 kan resoneren, dat alle energie welke normaal gesproken in trilholte 2 zou worden aangewend voor het 20 verschaffen van licht in richting 19 wordt aangewend voor resonantie van lichtfractie 25. Zodoende zal de intensiteitsverhouding tussen licht in richting 18 en in richting 19 in ring 2 niet meer gelijk zijn aan 1:1, maar aan 21:0 (nihil). Het licht dat in richting 19 in de begintoestand in ring 2 werd versterkt zal in deze toestand uitgedoofd zijn. Voor de 25 signaal verdeling aan uitgangen 13 en 14 van het bistabiele optische element getoond in figuur 1 betekent dit dat de intensiteit aan uitgang 13 nog slechts gelijk is aan I, terwijl de intensiteit aan uitgang 14 gelijk is aan 31. Waargenomen is dat dit een stabiele toestand van het element is, welke slechts kan worden gewijzigd door aan één of beide 30 ingangen 9 en 10 een nieuwe stel puls aan te bieden of door de dominerende trilholte uit te schakelen. Het bistabiele element volgens de uitvinding, 1027194 20 zoals getoond in figuur 1, onthoudt derhalve zijn toestand nadat de stelpuls is ontvangen, en totdat deze toestand gewijzigd wordt door bijvoorbeeld een nieuwe stel puls. Het bistabiele element volgens de uitvinding kan daarom dienst doen als bouwsteen voor een optische 5 geheugen, of kan worden toegepast als logisch element in een optische schakeling of optische computer. Aangezien voor het instellen van de toestand en het wijzigen daarvan slechts optische signalen nodig zijn, is het bistabiele element volgens de uitvinding een volledig optisch element, en kan daarom met voordeel worden toegepast in volledig optische 10 toepassingen.If a set of pulse is now applied to one of the inputs (9, 10), for example, to input 9, it appears that as a result of this disturbance the light coming from cavity 1 in the direction of cavity 2 through waveguide 3 (as indicated by arrow 21) cause resonance in the cavity 2. A fraction of the light from the cavity 1 is coupled into the cavity 2 (as shown by arrow 25), while the remaining light continues its way to output 14 (as shown by arrow 24). The set of pulse applied to input 9 will ensure in cavity 2 that the light fraction 25 coming from cavity 1 can resonate in cavity 2 in such a way that all energy that would normally be used in cavity 2 for providing light in direction 19 is used for resonance of light fraction 25. Thus, the intensity ratio between light in direction 18 and in direction 19 in ring 2 will no longer be 1: 1, but 21: 0 (nil). The light that was amplified in direction 19 in the initial state in ring 2 will be extinguished in this state. For the signal distribution at outputs 13 and 14 of the bistable optical element shown in Figure 1, this means that the intensity at output 13 is only equal to I, while the intensity at output 14 is equal to 31. It has been observed that this is a is a stable state of the element, which can only be changed by applying a new set of pulse to one or both inputs 9 and 10 or by switching off the dominating vibratory cavity. The bistable element according to the invention, as shown in Fig. 1, therefore retains its state after the adjusting pulse has been received, and until this state is changed by, for example, a new pulse set. The bistable element according to the invention can therefore serve as a building block for an optical memory, or can be used as a logical element in an optical circuit or optical computer. Since setting the state and changing it only requires optical signals, the bistable element according to the invention is a fully optical element, and can therefore be used advantageously in fully optical applications.

Bij het bovenstaande wordt opgemerkt dat de koppelingen 5 en 6 tussen respectievelijk trilholte 1 en 2 en golfgeleider 3 zeer klein kunnen zijn, zodat de energie in beide trilholten 1 en 2 optimaal kan worden omgezet in monochromatisch licht, en zodat er slechts weinig 15 energieverliezen aan de koppelingen zullen optreden. Het principe volgens de uitvinding, zoals bijvoorbeeld geschetst in bovengenoemde uitvoeringsvorm getoond in figuur 1, kan daarom worden gebruikt in combinatie met halfgeleider laser elementen en trilholten die met een zeer klein vermogen gevoed worden. De afmetingen van bistabiele elementen 20 overeenkomstig de uitvinding kunnen daarom zeer klein gemaakt worden aangezien slechts weinig versterkermateriaal nodig is zodat de gebruikte trilholten overeenkomstig klein gehouden kunnen worden. Deze kleine afmetingen verschaffen het bistabiele element overeenkomstig de uitvinding zeer korte schakelt!jden. Hierdoor ontstaat daarom een klein 25 en zeer snel element dat bijvoorbeeld met voordeel zou kunnen dienen als bouwsteen voor volledig optische halfgeleidergeheugens en andere geïntegreerde optische schakelingen.It is noted in the above that the couplings 5 and 6 between the cavity 1 and 2 and the waveguide 3, respectively, can be very small, so that the energy in both the cavities 1 and 2 can be optimally converted into monochromatic light, and so that there are only few energy losses to it. the links will occur. The principle according to the invention, as for example outlined in the above-mentioned embodiment shown in Figure 1, can therefore be used in combination with semiconductor laser elements and vibrating cavities which are fed with a very low power. The dimensions of bistable elements 20 according to the invention can therefore be made very small, since only a small amount of amplifier material is required, so that the cavities used can be kept correspondingly small. These small dimensions provide the bistable element according to the invention with very short switches. This therefore results in a small and very fast element which could, for example, advantageously serve as a building block for fully optical semiconductor memories and other integrated optical circuits.

In figuren 2, 3 en 4 worden alternatieve uitvoeringsvormen van de uitvinding getoond, welke hieronder kort beschreven zullen worden. 30 De werking van de in deze figuren getoonde uitvoeringsvormen is in grote lijnen identiek aan de werking van het in figuur 1 getoonde 1027194 21 uitvoeringsvoorbeeld, echter de verschillen zitten veelal in de plaatsing en aansluiting van in- en uitgangen, en de hoeveelheid gebruikte trilholten.Figures 2, 3 and 4 show alternative embodiments of the invention, which will be described briefly below. The operation of the embodiments shown in these figures is broadly identical to the operation of the exemplary embodiment shown in Figure 1, but the differences are often in the placement and connection of inputs and outputs, and the amount of vibrating cavities used.

In figuur 2 wordt een bistabiel optisch element 5 overeenkomstig de uitvinding getoond, waarin twee trilholten 31 en 32 beiden zijn gekoppeld met een golfgeleider 33. De koppelingen tussen de trilholten 31 en 32 en de golfgeleider 33 zijn schematisch aangegeven met verwijzingscijfers 35 en 36. Ingangen 42 en 43 bevinden zich aan beide uiteinden van golfgeleider 33. Deze beide uiteinden van golfgeleider 33 10 dienen tevens als uitgangen 39 en 41. Een verdere uitgang 40 is door middel van signaalgolfgeleider 34 gekoppeld met een ring 32. De koppeling tussen signaalgolfgeleider 34 en ring 32 is schematisch weergegeven met verwijzingscijfer 37.Figure 2 shows a bistable optical element 5 according to the invention, in which two vibrating cavities 31 and 32 are both coupled to a waveguide 33. The couplings between the cavities 31 and 32 and the waveguide 33 are schematically indicated with reference numerals 35 and 36. Inputs 42 and 43 are located at both ends of waveguide 33. These two ends of waveguide 33 also serve as outputs 39 and 41. A further output 40 is coupled by means of signal waveguide 34 to a ring 32. The coupling between signal waveguide 34 and ring 32 is schematically represented with reference numeral 37.

Uitgaande van dezelfde werking zoals is aangegeven ten 15 aanzien van het bistabiele element getoond in figuur 1, zal bij het ! aanbieden van een stel puls aan de ingang 43 van het bistabiele element getoond in figuur 2, een herverdeling van het door de beide ringen 31 en 32 verschafte licht optreden zodat de lichtintensiteit aan uitgang 39 nu gelijk is aan 31, en de lichtintensiteit aan uitgang 41 gelijk is aan I.Starting from the same operation as indicated with respect to the bistable element shown in Figure 1, the applying a set of pulse to the input 43 of the bistable element shown in Figure 2, a redistribution of the light provided by the two rings 31 and 32 occurs so that the light intensity at output 39 is now equal to 31, and the light intensity at output 41 is equal to I.

I 20 De resonantierichting van trilholte 32 is derhalve vergrendeld, zodat door koppeling 36 slecht licht uittreedt in de richting van uitgang 39. Het licht dat normaal gesproken (in een onbepaalde uitgangstoestand) in tegengestelde richting door trilholte 32 zou worden versterkt is nu volledig gedoofd. Derhalve zal door koppeling 37 in signaalgolfgeleider 25 34 geen licht uittreden, zodat de intensiteit aan uitgang 40 gelijk is aan nul. Indien het bistabiele element zich echter in de andere toestand bevindt, zal door herverdeling van het door de beide ringen 31 en 32 verschafte licht de intensiteit van het signaal aan uitgang 40 niet gelijk zijn aan nul. Het voordeel van het in figuur 2 getoonde bistabiele 30 element is dat door bepaling van het al dan niet op uitgang 40 aanwezig zijn van een signaal, eenvoudig is vast te stellen of het bistabiele 1027194 22 element uit figuur 2 zich in een toestand bevindt waarin trilholte 32 vergrendeld is.The resonance direction of the cavity 32 is therefore locked, so that poor light exits in the direction of the output 39 through the coupling 36. The light that would normally (in an indefinite initial state) be amplified in the opposite direction by the cavity 32 is now completely extinguished. Therefore, no light will exit through coupling 37 in signal waveguide 34, so that the intensity at output 40 is zero. However, if the bistable element is in the other state, by redistributing the light provided by both rings 31 and 32, the intensity of the signal at output 40 will not be zero. The advantage of the bistable element shown in Fig. 2 is that by determining whether or not a signal is present at output 40, it is easy to determine whether the bistable element of Fig. 2 is in a state in which the vibrating cavity 32 is locked.

De vakman zal begrijpen dat ook trilholte 31 kan worden gekoppeld met een signaalgolfgeleider en een extra uitgang, zoals 5 trilholte 32 gekoppeld is met signaalgolfgeleider 34 en uitgang 40.Those skilled in the art will understand that also cavity 31 can be coupled to a signal waveguide and an additional output, such as cavity 32 is coupled to signal waveguide 34 and output 40.

Het in figuur 3 getoonde bistabiele element bestaat uit trilholte 51 en 52 welke zijn gekoppeld, respectievelijk door koppelingen 55 en 56, met golfgeleider 53. Uitgangen 63 en 65 bevinden zich aan beide uiteinden van golfgeleider 53. Voorts is trilholte 51 gekoppeld door 10 middel van koppeling 57 met golfgeleider 59, en is trilholte 52 door middel van koppeling 58 met golfgeleider 60. Golfgeleider 59 bevat aan zijn ene uiteinde ingang 61 en aan zijn andere uiteinde uitgang 66. Golfgeleider 60 verschaft aan zijn ene uiteinde ingang 62 en aan zijn andere uiteinde uitgang 64.The bistable element shown in Figure 3 consists of cavity 51 and 52 which are coupled, respectively, by couplings 55 and 56, to waveguide 53. Outputs 63 and 65 are located at both ends of waveguide 53. Furthermore, cavity 51 is coupled by means of coupling 57 with waveguide 59, and is cavity 52 by means of coupling 58 with waveguide 60. Waveguide 59 has input 61 at its one end and output 66 at its other end. Waveguide 60 provides input 62 at one end and at its other end output 64.

15 Op soortgelijke wijze als in de uitvoeringsvormen getoond in figuren 1 en 2, zal het bistabiele element getoond in figuur 3 in een eerste toestand kunnen worden gezet door een stel puls aan te bieden aan ingang 61. De stel puls wordt door middel van ringlaser 51 doorgegeven aan ringlaser 52, en ringlaser 52 zal zodanig worden vergrendeld dat licht 20 door koppeling 56 slechts in de richting van uitgang 63 kan uittreden.In a similar manner as in the embodiments shown in Figs. 1 and 2, the bistable element shown in Fig. 3 can be put into a first state by applying a set of pulse to input 61. The set of pulse is applied by means of ring laser 51 passed on to ring laser 52, and ring laser 52 will be locked in such a way that light 20 through coupling 56 can only exit in the direction of output 63.

Indien trilholte 52 op deze wijze vergrendeld is, zal het uitgangssignaal aan uitgang 64 nihil zijn. Omdat in trilholte 51 licht nog wel in beide richtingen wordt geresoneerd zal echter het signaal aan uitgang 66 niet gelijk zijn aan nul. De toestand waarin het stabiele 25 element zich bevindt kan eenvoudig worden bepaald door ofwel uitgangssignaal 64 met uitgangssignaal 66 te vergelijken, ofwel door vast te stéllen of er op uitgang 64 of 66 al dan niet een signaal aanwezig is.If the cavity 52 is locked in this way, the output signal at output 64 will be nil. However, because light is resonated in both directions in the cavity 51, the signal at output 66 will not be zero. The state in which the stable element is located can simply be determined by comparing either output signal 64 with output signal 66, or by determining whether or not a signal is present at output 64 or 66.

Op gelijke wijze kan door het aanbieden van een stel puls op ingang 62 het systeem in een tweede toestand vergrendeld worden, waarbij 30 het licht in trilholte 51 in één richting is vergrendeld. De vakman zal begrijpen dat daarmee het signaal aan uitgang 66 zal zijn gedoofd, 1027194 23 terwijl het signaal aan uitgang 65 maximaal zal zijn.Similarly, by applying a set of pulse to input 62, the system can be locked in a second state, wherein the light in vibrating cavity 51 is locked in one direction. Those skilled in the art will understand that the signal at output 66 will be extinguished with this, while the signal at output 65 will be maximum.

De uitvoeringsvorm getoond in figuur 4 werkt op geheel identieke wijze als de uitvoeringsvormen getoond in figuren 1, 2 en 3, echter het bistabiele element getoond in figuur 4 bestaat uit een drietal 5 ringlasers 71, 72 en 73 welke zijn gekoppeld door middel van koppelingen 77, 78 en 79 met golfgeleider 74. De beide uiteinden van golfgeleider 74 verschaffen ingangen 81 en 82 en uitgangen 83 en 84. Indien een stel puls aan ingang 81 wordt aangeboden, zullen nu ringen 72 en 73 beiden worden vergrendeld zodat zowel ring 72 als ring 73 door respectievelijk 10 koppelingen 78 en 79 slechts licht in de richting van uitgang 83 uittreedt. De lichtopbrengst aan uitgang 83 zal daarom maximaal 51 zijn, terwijl de lichtopbrengst aan uitgang 84 gelijk is aan I. Het contrast tussen uitgangssignalen welke de beide toestanden representeert, zal daarom veel groter zijn dan in bijvoorbeeld de uitvoeringsvorm getoond in 15 figuur 1.The embodiment shown in Figure 4 operates in a completely identical manner to the embodiments shown in Figures 1, 2 and 3, but the bistable element shown in Figure 4 consists of three ring lasers 71, 72 and 73 which are coupled by means of couplings 77 78 and 79 with waveguide 74. Both ends of waveguide 74 provide inputs 81 and 82 and outputs 83 and 84. If a set of pulse is applied to input 81, now rings 72 and 73 will both be locked so that both ring 72 and ring 73 only slightly exits in the direction of output 83 through 10 couplings 78 and 79. The light output at output 83 will therefore be 51 at most, while the light output at output 84 is I. The contrast between output signals representing the two states will therefore be much greater than, for example, the embodiment shown in Figure 1.

In de in figuur 5 getoonde uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn een tweetal trilholten 91 en 92 van het fotonisch kristallijne type zodanig ten opzichte van een golfgeleider 93 gerangschikt dat daarin licht in een tweetal richtingen kan worden 20 ingekoppeld. Een tweedimensionaal fotonisch kristal bestaat bijvoorbeeld uit een halfgeleiderstructuur waarin een periodiek patroon van gaten 90 is aangebracht. De halfgeleiderstructuur met de gaten is zodanig, dat door totale interne reflectie en Braggreflectie licht in het fotonisch kristal kan worden ingesloten. Door in het gatenpatroon in het kristal 25 defecten aan te brengen, bijvoorbeeld door een gat in het patroon weg te laten, kunnen trilholten gevormd worden. Trilholten 91 en 92 in de in figuur 5 getoonde uitvoeringsvorm zijn bijvoorbeeld op deze wijze gevormd. In iedere trilholte kan licht zich in bepaalde orthogonale richtingen voortbewegen. Voor trilholten 91 en 92 is dit geschetst door 30 middel van de pijlen 97, 98 en 99, 100.In the embodiment of the invention shown in Figure 5, two vibrating cavities 91 and 92 of the photonic crystalline type are arranged with respect to a waveguide 93 such that light can be coupled therein in two directions. A two-dimensional photonic crystal, for example, consists of a semiconductor structure in which a periodic pattern of holes 90 is provided. The semiconductor structure with the holes is such that light can be enclosed in the photonic crystal through total internal reflection and Bragg reflection. By providing defects in the hole pattern in the crystal, for example by omitting a hole in the pattern, cavities can be formed. For example, cavities 91 and 92 in the embodiment shown in Figure 5 are formed in this way. Light can move in certain orthogonal directions in any cavity. For vibrating cavities 91 and 92 this is outlined by means of the arrows 97, 98 and 99, 100.

Het periodieke of regelmatige patroon van gaten 90 kan elke 1027194 ' 24 geschikte structuur bezitten, bijvoorbeeld driehoekig, vierkantig, pentagonaal, hexagonaal, septagonaal, octogonaal, etcetera. In het algemeen voldoet ieder patroon van gaten dat zodanig is dat het licht daaraan volledig of grotendeels reflecteert, zodat door weglating van één 5 of meer gaten in het patroon een trilholte (zoals 91 en 92) ontstaat.The periodic or regular pattern of holes 90 may have any suitable structure, for example, triangular, square, pentagonal, hexagonal, septagonal, octagonal, etc. In general, any pattern of holes suffices such that the light fully or largely reflects them, so that a cavity (such as 91 and 92) is created by omitting one or more holes in the pattern.

Een golfgeleider kan in het fotonisch kristal worden gevormd door een rij gaten in het patroon in zijn geheel weg te laten. Golfgeleider 93 is op een dergelijke wijze gevormd. Aangezien aan de randen van de golfgeleider aan ieder in het kristal opgenomen gat 10 reflectie optreedt, zal licht dat zich in de golfgeleider bevindt slechts een beperkte indringdiepte buiten de golfgeleider ter plaatse van de gaten hebben, zodat het licht zich in de golfgeleider slechts in twee richtingen (zoals aangegeven door dubbele pijl 95) kan voortbewegen. Deze beperkte indringdiepte geldt tevens voor de straling welke zich in 15 trilholten 91 en 92 bevindt. De trilholten 91 en 92 dienen zodanig ten opzichte van elkaar in het kristal gevormd te worden dat straling uit bijvoorbeeld trilholte 91 niet direct kan weglekken naar trilholte 92, en vice versa. Koppeling tussen de beide trilholten 91 en 92 dient plaats te vinden via golfgeleider 93, en derhalve zal de afstand tussen de beide 20 trilholten en de golfgeleider zodanig moeten zijn dat straling uit de trilholten 91 en 92 net ver genoeg in het kristal kan doordringen dat er een koppeling ontstaat tussen de beide trilholten 91 en 92 en de golfgeleider 93. Schematisch is dit weergegeven in figuur 5.A waveguide can be formed in the photonic crystal by omitting an entire row of holes in the pattern. Waveguide 93 is formed in such a way. Since at the edges of the waveguide reflection occurs at each hole 10 included in the crystal, light contained in the waveguide will only have a limited penetration depth outside the waveguide at the location of the holes, so that the light in the waveguide will only be in two directions (as indicated by double arrow 95). This limited penetration depth also applies to the radiation which is located in vibrating cavities 91 and 92. The cavities 91 and 92 should be formed in the crystal relative to each other in such a way that radiation from, for example, cavity 91 cannot leak away directly to the cavity 92, and vice versa. Coupling between the two cavities 91 and 92 should take place via waveguide 93, and therefore the distance between the two cavities and the waveguide should be such that radiation from the cavities 91 and 92 can penetrate into the crystal just far enough that there is a coupling is created between the two vibrating cavities 91 and 92 and the waveguide 93. This is schematically shown in Figure 5.

De uiteinden van golfgeleider 93 vormen zowel ingangen 103 25 en 104 alswel de uitgangen 105 en 106 van het bistabiele element. Het werkingsprincipe van het bistabiele element is vrijwel identiek aan de equivalente uitvoeringsvormen getoond in figuren 1 t/m 4. Uit iedere trilholte 91 en 92 kan straling zich vanwege de koppeling tussen de trilholte en de golfgeleider 93, in twee richtingen in de golfgeleider 93 30 uittreden. Tevens kan licht uit golfgeleider 93 teruglekken in de trilholten 91 en 92. Door nu bijvoorbeeld aan ingang 103 een stel puls te 1027194 " 25 verschaffen, kan resonantie in de richting 99 in trilholte 92 volledig worden geblokkeerd ten behoeve van versterking van licht dat via golfgeleider 93 vanuit trilholte 91 wordt ingekoppeld in trilholte 92. Trilholte 92 wordt dus in één richting vergrendeld zodat de energie welke 5 in trilholte 92 aanwezig is volledig wordt aangewend voor resonantie van licht in deze ene richting. Het licht dat vanuit trilholte 92 nu golfgeleider 93 binnentreedt, zal zich nu slechts in de richting van uitgang 106 in golfgeleider 93 voortplanten. Uitgaande van de lichtsterkten zoals deze gebruikt zijn in het voorbeeld bij de 10 uitvoeringsvorm getoond in figuur 1, zal de verhouding tussen de intensiteiten van licht aan uitgangen 105 en 106 gelijk zijn aan 1:31. Op gelijke wijze kan trilholte 91 in één richting worden vergrendeld door een stelpuls aan te bieden aan ingang 104, waarbij het licht dat in trilholte 92 in de resonantierichting 99 wordt versterkt via 15 golfgeleider 93 gedeeltelijk in golfgeleider 91 terecht komt, alwaar het wordt versterkt ten koste van resonantierichting 98 in trilholte 91. De lichtopbrengst aan de beide uitgangen 105 en 106 zal zich in dit laatste geval verhouden als 31:1. Zodoende zijn er twee stabiele toestanden waarin het bistabiele element getoond in figuur 5 zich kan bevinden.The ends of waveguide 93 form both inputs 103 and 104 and the outputs 105 and 106 of the bistable element. The operating principle of the bistable element is almost identical to the equivalent embodiments shown in Figs. 1 to 4. Radiation can occur from any cavity 91 and 92 due to the coupling between the cavity and the waveguide 93 in two directions in the waveguide 93 retire. Also, light from waveguide 93 can leak back into the cavities 91 and 92. By providing a set of pulse 1027194 "for example at input 103, resonance in the direction 99 in cavity 92 can be completely blocked for the purpose of amplifying light transmitted through waveguide 93 from the cavity 91 is coupled into the cavity 92. The cavity 92 is thus locked in one direction so that the energy present in the cavity 92 is fully used for resonance of light in this one direction.The light that enters the waveguide 93 from the cavity 92 will now propagate only in the direction of output 106 in waveguide 93. Starting from the light intensities as used in the example in the embodiment shown in Fig. 1, the ratio between the intensities of light at outputs 105 and 106 will be equal are equal to 1:31. Similarly, the cavity 91 can be locked in one direction by offering an adjusting pulse at input 104, wherein the light amplified in resonant cavity 92 in the resonance direction 99 ends up in waveguide 91 via waveguide 93, where it is amplified at the expense of resonant direction 98 in vibratory cavity 91. The light output at both outputs 105 and 106 in the latter case will be as 31: 1. Thus, there are two stable states in which the bistable element shown in Figure 5 can be located.

20 In de uitvoeringsvorm getoond in figuur 6 worden twee trilholten 110 en 111 met een verschillend vermogen gekoppeld met een golfgeleider 112. In figuur 6 wordt trilholte 111, welke deel uitmaakt van een ringlaserelement, gevoed met een groter vermogen dan trilholte 110. De koppeling tussen de beide trilholten 111 en 110 en 25 golfgeleider 112 is respectievelijk schematisch weergegeven met verwijzingscijfers 114 en 115.In the embodiment shown in Fig. 6, two cavities 110 and 111 of different power are coupled to a waveguide 112. In Fig. 6, cavity 111, which is part of a ring laser element, is fed with a greater power than cavity 110. The coupling between the two vibrating cavities 111 and 110 and waveguide 112 are respectively schematically represented by reference numerals 114 and 115.

Een signaalgolfgeleider 117 is gekoppeld met trilholte 111 door middel van koppeling 119, en verschaft aan de beide uiteinden daarvan een tweetal ingangen 124 en 125 en één uitgang 127. Voor de 30 beschrijving van de getoonde uitvoeringsvorm wordt ingang 124 tevens aangeduid met 'ingang 1' en wordt de ingang met verwijzingscijfer 125 1027194 " 26 tevens 'ingang 2' genoemd.A signal waveguide 117 is coupled to vibrating cavity 111 by means of coupling 119, and provides at both ends thereof two inputs 124 and 125 and one output 127. For the description of the embodiment shown, input 124 is also referred to as "input 1". and the input with reference numeral 125 1027194 "26 is also referred to as" input 2 ".

Trilholte 110 is verder door middel van koppeling 122 gekoppeld met signaalgolfgeleider 121 welke aan het uiteinde daarvan uitgang 126 verschaft. In het hieropvolgende wordt uitgang 126 tevens 5 'uitgang Γ genoemd, en wordt uitgang 127 tevens 'uitgang 2' genoemd.Vibratory cavity 110 is further coupled by coupling 122 to signal waveguide 121 which provides output 126 at the end thereof. In the following, output 126 is also referred to as 5 "output Γ, and output 127 is also referred to as" output 2 ".

Aangezien trilholte 111 met significant meer vermogen wordt gevoed dan trilholte 110, zal trilholte 111 altijd domineren indien er geen signalen aan de ingangen van de trilholte worden verschaft. Indien het licht aan één van de beide ingangen echter voldoende groot is, zodat 10 deze een grenswaarde overschrijdt, kunnen er zich in het figuur 6 getoonde element effecten voordoen, welke met voordeel kunnen worden toegepast voor het vormen van allerhande logische poorten, schakel mechanismen en andere volledig optische elementen.Since cavity 111 is fed with significantly more power than cavity 110, cavity 111 will always dominate if no signals are provided at the inputs of the cavity. However, if the light at one of the two inputs is sufficiently large so that it exceeds a limit value, element effects shown in Fig. 6 can occur, which can advantageously be used to form all kinds of logic gates, switching mechanisms and other fully optical elements.

Het in figuur 6 getoonde optische element werkt als volgt. 15 Aangezien trilholte 111 met significant meer vermogen wordt gevoed dan trilholte 110, zal licht dat in trilholte 111 in resonantierichting 107 wordt versterkt en in golfgeleider 112 zich in de richting van trilholte 110 voortplant, in trilholte 110 verder worden versterkt, zodat trilholte 110 in resonantierichting 128 wordt vergrendeld. Deze situatie 20 is de uitgangssituatie van het in figuur 6 getoonde optische element. Indien er geen signalen aan de ingangen worden aangeboden, zal daarom trilholte 110 als gevolg van de dominantie van trilholte 111 zijn vergrendeld in resonantierichting 128, zodat er aan uitgang 1 (verwijzingscijfer 126) geen signaal aanwezig is, immers door de 25 vergrendeling van trilholte 110 zal er geen licht in resonantierichting 129 worden versterkt, zodat er door koppeling 122 geen signaal in de richting van uitgang 1 (126) uittreedt. Indien echter een voldoende sterk signaal aan ingang 1 (verwijzingscijfer 124) wordt aangeboden, waarbij de intensiteit van het aangeboden signaal aan 30 ingang 1 groter moet zijn dan een grenswaarde, zal trilholte 111 in resonantierichting 108 worden vergrendeld, zodat het licht dat in 1027194 " 27 trilholte 111 in resonantierichting 107 in de uitgangssituatie wordt versterkt, nu zal worden gedoofd. De dominantie van trilholte 111 over trilholte 110 wordt daarmee verbroken, zodat trilholte 110 in beide richtingen 128 en 129 kan resoneren. Aan uitgang 1 (126) zal daarom een | 5 signaal worden ontvangen.The optical element shown in Figure 6 operates as follows. Since the cavity 111 is fed with significantly more power than the cavity 110, light that is amplified in resonance direction 107 and propagates in waveguide 112 in the direction of cavity 110 will be further amplified in cavity 110, so that cavity 110 in resonance direction 128 is locked. This situation is the starting situation of the optical element shown in Figure 6. Therefore, if no signals are applied to the inputs, the cavity 110 will be locked in resonance direction 128 as a result of the dominance of the cavity 111, so that no signal is present at output 1 (reference numeral 126), after all, due to the locking of the cavity 110 no light will be amplified in resonance direction 129, so that no signal will exit through output 122 in the direction of output 1 (126). However, if a sufficiently strong signal is applied to input 1 (reference numeral 124), wherein the intensity of the signal applied to input 1 must be greater than a limit value, the cavity 111 in resonance direction 108 will be locked, so that the light in 1027194 " 27, the cavity 111 in resonance direction 107 in the initial situation will now be extinguished, the dominance of the cavity 111 over the cavity 110 is thereby broken, so that the cavity 110 can resonate in both directions 128 and 129. Therefore, an output 1 (126) will 5 signal can be received.

Op gelijke wijze wordt in antwoord op het signaal aangeboden aan ingang 1 (124) het signaal dat normaal gesproken in de uitgangssituatie aanwezig is op uitgang 2 (verwijzingscijfer 127), door het vergrendelen van trilholte 111 worden gedoofd. Het signaal aan 10 uitgang 2 (verwijzingscijfer 127) reageert tegengesteld aan het signaal aan uitgang 1 (verwijzingscijfer 126), zodat het signaal aan uitgang 2 (127) geïnverteerd is aan dat van uitgang 1 (126).Similarly, in response to the signal applied to input 1 (124), the signal which is normally present in the output situation on output 2 (reference numeral 127) is quenched by locking the cavity 111. The signal at output 2 (reference numeral 127) reacts opposite to the signal at output 1 (reference numeral 126), so that the signal at output 2 (127) is inverted to that of output 1 (126).

De eigenschap dat het optische element getoond in figuur 6 slechts reageert indien aan één van de ingangen een voldoende sterk 15 signaal wordt aangeboden, waarbij dit signaal tenminste groter dient te zijn dan een grenswaarde, maakt een aantal interessante toepassingen op optisch gebied mogelijk. Indien bijvoorbeeld aan ingang 1 twee (of meer) signalen worden gesuperponeerd, bijvoorbeeld door golfgeleider 117 ter plaatse van ingang 124 te splitsen zodat in feite twee ingangen ontstaan, 20 kunnen eenvoudig logische 0R/N0R en logische AND/NAND-poorten gevormd worden. Stel dat bijvoorbeeld de aan ingang 124 gesuperponeerd aangeboden signalen 'signaal Γ en 'signaal 2' beide een sterkte I hebben, en de grenswaarde-intensiteit waarbij trilholte 111 wordt vergrendeld gelijk is aan 1.8 x I. In tabel 1 hieronder wordt weergegeven hoe uitgang 1 en 25 uitgang 2 reageren op de aan ingang 1 gesuperponeerd aangeboden signalen, waarbij de signalen aan de uitgangen eenvoudig zijn weergegeven door een logische 1 of een logische 0.The property that the optical element shown in Fig. 6 only responds if a sufficiently strong signal is applied to one of the inputs, this signal having to be at least larger than a limit value, makes a number of interesting optical applications possible. If, for example, two (or more) signals are superimposed at input 1, for example by splitting waveguide 117 at the location of input 124 so that two inputs are in fact created, logical 0R / NO and logical AND / NAND gates can be formed. Suppose, for example, that the signals "signal Γ and" signal 2 "superimposed at input 124 both have a strength I, and the threshold intensity at which the cavity 111 is locked is 1.8 x I. Table 1 below shows how output 1 and output 2 responds to the signals presented superimposed at input 1, the signals at the outputs being simply represented by a logic 1 or a logic 0.

30 1027194 2830 1027194 28

Tabel 1 signaal 1 signaal 2 totaal op grenswaarde uitgang 1 uitgang 2 ingang 1 000 1.8*1 0 1 0 I I 1.8*1 0 1 5101 1.8*1 0 1 1 I 21 1.8*1 I 0Table 1 signal 1 signal 2 total at limit value output 1 output 2 input 1 000 1.8 * 1 0 1 0 I I 1.8 * 1 0 1 5101 1.8 * 1 0 1 1 I 21 1.8 * 1 I 0

Het in figuur 6 getoonde optische element reageert derhalve aan uitgang 1 als een AND-poort in antwoord op signaal 1 en signaal 2, en 10 aan uitgang 2 als een NAND-poort in reactie op signaal 1 en signaal 2 aangeboden aan ingang 1.The optical element shown in Figure 6 therefore responds to output 1 as an AND gate in response to signal 1 and signal 2, and to output 2 as a NAND gate in response to signal 1 and signal 2 applied to input 1.

Indien de grenswaarde-intensiteit voor het doen vergrendelen van trilholte 1 bijvoorbeeld gelijk is aan 0,5 x I, dan reageert het optische element uit figuur 6 op een geheel andere wijze op 15 signaal 1 en signaal 2 welke gesuperponeerd worden aangeboden aan ingang 1, zoals is weergegeven in tabel 2. Hierbij wordt opgemerkt dat de grenswaarde-intensiteit voor het doen vergrendelen van trilholte 111 afhankelijk is van het vermogen waarmee trilholte 111 gevoed wordt. Het gedrag van het optische element getoond in figuur 6 kan dus worden ! 20 gestuurd door het aan trilholte 111 verschafte vermogen aan te passen.If the limit value intensity for locking the cavity 1 is for example equal to 0.5 x I, the optical element of Fig. 6 responds in a completely different way to signal 1 and signal 2 which are applied superimposed to input 1, as is shown in Table 2. It is noted here that the limit value intensity for locking the cavity 111 depends on the power with which the cavity 111 is fed. The behavior of the optical element shown in Figure 6 can therefore be! 20 controlled by adjusting the power provided to the cavity 111.

Tabel 2 signaal 1 signaal 2 totaal op grenswaarde uitgang 1 uitgang 2 ingang 1 0 0 0 0,5*1 0 1 25 0 I I 0,5*1 1 0 1 0 I 0,5*1 1 0 I I 21 0,5*1 1 0 1027194 29Table 2 signal 1 signal 2 total at limit value output 1 output 2 input 1 0 0 0 0.5 * 1 0 1 25 0 II 0.5 * 1 1 0 1 0 I 0.5 * 1 1 0 II 21 0.5 * 1 1 0 1027194 29

Uit het in tabel 2 getoonde gedrag van het in figuur 6 getoonde optische element blijkt dat het signaal aan uitgang 1 in reactie op signalen 1 en 2 aan ingang 1 typisch het gedrag van een logische 0R-poort vertoont, terwijl het signaal aan uitgang 2 in antwoord op 5 signalen 1 en 2 gesuperponeerd aangeboden aan ingang 1 typisch een logische NOR-poort vormt.The behavior of the optical element shown in Figure 6 in Table 2 shows that the signal at output 1 in response to signals 1 and 2 at input 1 typically exhibits the behavior of a logical 0R gate, whereas the signal at output 2 in response to 5 signals 1 and 2 superimposed applied to input 1 typically forms a logical NOR gate.

Indien de intensiteitsgrenswaarde waarbij trilholte 111 kan worden vergrendeld nu gelijk is aan 0,5 x I, dan zal in reactie op signalen aangeboden aan ingang 1 en aan ingang 2 het signaal aan 10 uitgang 1 (en het geïnverteerde signaal aan uitgang 2) het gedrag vertonen zoals is weergegeven in tabel 3.If the intensity limit value at which the cavity 111 can be locked is now 0.5 x I, then in response to signals presented at input 1 and at input 2 the signal at output 1 (and the inverted signal at output 2) will have the behavior as shown in Table 3.

Tabel 3 ingang 1 ingang 2 ingang 2 uitgang 1 uitgang 2 15 0 1 0 0 1 0 0 10 1 110 0 1 10 110 20 Het signaal aan uitgang 1 kan derhalve worden beschreven met de volgende logische vergelijking.Table 3 input 1 input 2 input 2 output 1 output 2 15 0 1 0 0 1 0 0 10 1 110 0 1 10 110 20 The signal at output 1 can therefore be described with the following logical comparison.

uitgang 1 = ingang 1 AND (NOT ingang 2) (1) 25 Het gedrag van het signaal op uitgang 2 in reactie op de signalen op ingangen 1 en 2 kan dan worden beschreven door de onderstaande vergelijking.output 1 = input 1 AND (NOT input 2) (1) The behavior of the signal on output 2 in response to the signals on inputs 1 and 2 can then be described by the equation below.

uitgang 2 = NOT (ingang 1 AND (NOT ingang 2)) (2)output 2 = NOT (input 1 AND (NOT input 2)) (2)

Uit het bovenstaande blijkt dat met het hierboven 102 7194'"’ 30 30 beschreven optische element een groot aantal logische poorten en operatoren kan worden gevormd. Dit element kan derhalve met voordeel worden gebruikt in geïntegreerde optische schakelingen, en op basis van optische signalen werkende processoren. De uitvinding kan derhalve een 5 belangrijke bijdrage leveren aan de ontwikkeling van volledige optische computers.It appears from the above that with the optical element described above 102 a large number of logic gates and operators can be formed. This element can therefore advantageously be used in integrated optical circuits and processors based on optical signals. The invention can therefore make an important contribution to the development of complete optical computers.

In figuren 7A en 7B wordt het gedrag van uitgang 1 en 2 in antwoord op ingangen 1 en 2 geschetst. Figuur 7A toont een ingangs/uitgangsdiagram waarop op de horizontale as 130 het signaal op 10 ingang 1 wordt weergegeven, en op de verticale as 131 het signaal op uitgang 1 wordt weergegeven. Zoals blijkt uit figuur 7A, vindt de overgang van een eerste naar een tweede toestand plaats indien het signaal op ingang 1 de intensiteitsgrenswaarde 133 (tevens aangeduid met Ithr) overschrijdt. Het signaal op uitgang 1 wordt weergegeven door 15 curve 135.Figures 7A and 7B outline the behavior of outputs 1 and 2 in response to inputs 1 and 2. Figure 7A shows an input / output diagram on which the signal on input 1 is displayed on the horizontal axis 130 and the signal on output 1 on the vertical axis 131. As appears from Fig. 7A, the transition from a first to a second state takes place if the signal on input 1 exceeds the intensity limit value 133 (also indicated by Ithr). The signal on output 1 is represented by curve 135.

In figuur 7B is een ingangs/uitgangsdiagram getekend voor het signaal op uitgang 2 in reactie op een aangeboden signaal aan ingang 1. Op de horizontale as 139 wordt de intensiteit van het signaal op ingang 1 weergegeven, terwijl het signaal op uitgang 2 uitstaat op de 20 verticale as 138. De curve 143 geeft het signaalverloop in reactie op het ingangssignaal op ingang 1 weer. Bij de grenswaarde 141 (tevens aangeduid als Ithr) vindt een overgang in het signaal op uitgang 2 plaats, aangezien de trilholte 111 in resonantierichting 108 wordt vergrendeld. Nadere bestudering van een dergelijk optisch element leert dat de scherpte van 25 de overgangen in de uitgangssignalen op uitgang 1 en uitgang 2 (verwijzingscijfers 126 en 127) afhankelijk is van de koppeling tussen de beide trilholten 111 en 110, en derhalve afhankelijk van koppeling 114 en 115. De overgang kan zeer scherp plaatsvinden, zoals getoond in figuur 7, maar kan tevens zeer geleidelijk plaatsvinden of een 30 hysterese vertonen.Fig. 7B shows an input / output diagram for the signal on output 2 in response to a signal applied to input 1. On the horizontal axis 139 the intensity of the signal on input 1 is shown, while the signal on output 2 is off on the Vertical axis 138. The curve 143 shows the signal waveform in response to the input signal on input 1. At the limit value 141 (also referred to as Ithr) a transition takes place in the signal on output 2, since the vibrating cavity 111 is locked in resonance direction 108. Further examination of such an optical element teaches that the sharpness of the transitions in the output signals on output 1 and output 2 (reference numerals 126 and 127) is dependent on the coupling between the two cavities 111 and 110, and therefore dependent on the coupling 114 and 115. The transition can take place very sharply, as shown in Figure 7, but can also take place very gradually or exhibit a hysteresis.

In de in figuur 8 getoonde uitvoeringsvorm worden een 1027194 " 31 viertal bistabiele elementen 150, 151, 152 en 153 overeenkomstig de uitvinding (waarbij ieder element schematisch is weergegeven door een dubbele ring) gekoppeld met een gemeenschappelijke golfgeleider 155. De halfgeleider 155 verschaft aan de beide uiteinden daarvan 5 gemeenschappelijke ingangen 157 en 158, en gemeenschappelijke uitgangen 160 en 161. Stel pulsen welke bijvoorbeeld aan ingang 157 worden aangeboden, kunnen aan één van de bi stabiele elementen 150, 151, 152 of 153 worden "geadresseerd" doordat elk van de bistabiele elementen 150, 151, 152 en 153 werkzaam is op bijvoorbeeld een andere 10 resonantiefrequentie. Stel dat de bi stabiele elementen 150, 151, 152 en 153 respectievelijk werkzaam zijn op frequenties fl, f2, f3 en f4, en stel dat bijvoorbeeld op ingang 158 een stel puls met frequentie f2 wordt aangeboden, dan zal deze stel puls met frequentie f2 geen verandering teweeg brengen in de toestanden van bistabiele elementen 150, 152 en 153. 15 Bi stabiel element 151, welke eveneens werkzaam is op resonantiefrequentie f2, zal op de stel puls reageren door de linker van de twee trilholten te vergrendelen, zodat meer licht uit bistabiel element 151 wordt aangeboden aan uitgang 160, dan aan uitgang 161. Op frequentie f2 zal daarom de intensiteitsverhouding aan de uitgangen 160 20 en 161 zich bijvoorbeeld verhouden als 3:1 (zoals dit tevens bijvoorbeeld het geval is bij het bistabiele element uit figuur 1). Doordat de bi stabiele elementen dus alle werkzaam zijn op een eigen resonantiefrequentie, is het mogelijk de bistabiele elementen te addresseren en één voor één uit te lezen op de gemeenschappelijke 25 uitgangen 160 en 161, door een frequentie-afhankelijke meting van de lichtintensiteit uit te voeren. Het voordeel van een dergelijke uitvoeringsvorm is dat op deze wijze een groot aantal bistabiele elementen kunnen worden gekoppeld met een enkele golfgeleider, zodat zij gemeenschappelijke in- en uitgangen aan de gemeenschappelijke 30 golfgeleider bezitten. Dit maakt het mogelijk een groot aantal bistabiele elementen op bijvoorbeeld een optische chip te integreren, en deze 1027194 32 bistabiele elementen afzonderlijk van elkaar te addresseren voor het opslaan en uitlezen van informatie daarin. Op een dergelijke wijze kan met de onderhavige uitvinding een volledig optische geheugenchip worden vervaardigd.In the embodiment shown in Figure 8, a 1027194 "31 four bistable elements 150, 151, 152 and 153 according to the invention (wherein each element is schematically represented by a double ring) are coupled to a common waveguide 155. The semiconductor 155 provides the both ends thereof common inputs 157 and 158, and common outputs 160 and 161. Set of pulses which are applied to input 157, for example, can be "addressed" to one of the bi-stable elements 150, 151, 152 or 153 in that each of the bistable elements 150, 151, 152 and 153 are active at, for example, a different resonance frequency Suppose that the bi-stable elements 150, 151, 152 and 153 are active at frequencies f1, f2, f3 and f4, respectively, and set that at input If a set of pulse with frequency f2 is presented, then this set of pulse with frequency f2 will not cause any change in the states of bistable elements 150, 152 and 153. B1 stable element 151, which also operates at resonance frequency f2, will respond to the pulse set by locking the left of the two cavities, so that more light from bistable element 151 is applied to output 160 , then at output 161. At frequency f2, therefore, the intensity ratio at the outputs 160 and 161 will relate, for example, as 3: 1 (as is also the case with the bistable element of Figure 1). Because the bi-stable elements are thus all operating at their own resonance frequency, it is possible to address the bistable elements and to read them one by one on the common outputs 160 and 161, by performing a frequency-dependent measurement of the light intensity. . The advantage of such an embodiment is that in this way a large number of bistable elements can be coupled to a single waveguide, so that they have common inputs and outputs on the common waveguide. This makes it possible to integrate a large number of bistable elements on, for example, an optical chip, and to address these bistable elements separately from each other for storing and reading information therein. In such a manner, a fully optical memory chip can be manufactured with the present invention.

5 Weer een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt getoond in figuur 9, waar een tweetal (op gelijk vermogen werkzame) trilholten 165 en 166 zijn gekoppeld met golfgeleider 169.Yet another embodiment of the invention is shown in Figure 9, where two (working with equal power) vibrating cavities 165 and 166 are coupled to waveguide 169.

Golfgeleider 169 is aan beide uiteinden gesplitst, en vormt zodoende een drietal ingangen 171, 175 en 176 en een enkele uitgang 173. De werkwijze 10 van de getoonde optische inrichting is equivalent aan de werkwijze van bistabiele elementen welke hiervoor reeds beschreven zijn. Indien aan ingang 171 een stel puls wordt aangeboden, wordt trilholte 165 vergrendeld. Andersom wordt bij het aanbieden van een stel puls aan één van de ingangen 175 en 176 trilholte 166 vergrendeld zodat aan uitgang 15 173 een sterk lichtsignaal wordt ontvangen. Voor contrastverhoging kan de in figuur 9 getoonde uitvoeringsvorm mogelijk worden uitgebreid met een extra signaalgolfgeleider, zoals bijvoorbeeld signaalgolfgeleider 34 in het bistabiele element getoond in figuur 2.Waveguide 169 is split at both ends, thus forming three inputs 171, 175 and 176 and a single output 173. The method 10 of the optical device shown is equivalent to the method of bistable elements already described above. If a set of pulse is applied to input 171, cavity 165 is locked. Conversely, when a set of pulse is applied to one of the inputs 175 and 176, cavity 166 is locked so that a strong light signal is received at output 173. For contrast enhancement, the embodiment shown in Figure 9 may possibly be expanded with an additional signal waveguide, such as, for example, signal waveguide 34 in the bistable element shown in Figure 2.

De werking van het optische element getoond in figuur 9 is 20 als volgt. Op ingang 171 wordt een tijdperiodiek pulssignaal of kloksignaal aangeboden, dat schematisch is weergegeven met verwijzingscijfer 172. Telkens wanneer een puls aan ingang 171 wordt aangeboden, wordt trilholte 165 vergrendeld en bevindt het getoonde optische element zich in een eerste toestand. Indien nu op één van de 25 ingangen 175 of 176 een stel puls wordt ontvangen, zal trilholte 165 worden 'ontgrendeld', en zal trilholte 166 vergrendelen, zodat op uitgang 173 een signaal wordt ontvangen. Het optische element bevindt zich nu in een tweede toestand. Na verloop van tijd zal echter aan ingang 171 een volgende klokpuls aangeboden worden, zodat het optische 30 element wordt teruggezet in de eerste toestand. Door daarom vlak voor het aanbieden van een klokpuls het signaal op uitgang 173 uit te lezen, kan 1027194 ' 33 worden bepaald of tussen twee klokpulsen aan één van de ingangen 175 en 176 een puls is ontvangen. In principe werkt dit optische element als een synchroniserende logische OR-poort. De functionaliteit van een dergelijk element zit hem bijvoorbeeld daarin dat als gevolg van 5 optische weglengteverschillen in optische schakelingen, het veelal niet eenvoudig is de ontvangst van optische signalen aan de ingangen van een logische poort te synchroniseren. Het in figuur 9 getoonde optische element biedt daarvoor een oplossing.The operation of the optical element shown in Figure 9 is as follows. A time-periodic pulse signal or clock signal is applied to input 171, which is schematically represented by reference numeral 172. Each time a pulse is applied to input 171, cavity 165 is locked and the optical element shown is in a first state. If a set of pulse is now received at one of the inputs 175 or 176, the cavity 165 will be 'unlocked', and the cavity 166 will lock, so that a signal is received at output 173. The optical element is now in a second state. After a while, however, a following clock pulse will be applied to input 171, so that the optical element is reset to the first state. Therefore, by reading the signal on output 173 just before applying a clock pulse, it is possible to determine whether a pulse has been received between two clock pulses at one of the inputs 175 and 176. In principle, this optical element acts as a synchronizing OR logic gate. The functionality of such an element is, for example, in that due to optical path length differences in optical circuits, it is often not easy to synchronize the reception of optical signals at the inputs of a logic gate. The optical element shown in Figure 9 offers a solution for this.

Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt getoond 10 in figuur 10, alwaar een viertal trilholten 180, 181, 182 en 183 zijn verbonden met een gemeenschappelijke golfgeleider 185 door middel van koppelingen 187, 188, 189 en 190. Het getoonde optische element is analoog aan het optische element getoond in figuur 6, echter het aantal ingangen is in de in figuur 10 getoonde uitvoeringsvorm eenvoudig 15 onbeperkt uit te breiden.A further embodiment of the invention is shown in Figure 10, where four vibrating cavities 180, 181, 182 and 183 are connected to a common waveguide 185 by means of couplings 187, 188, 189 and 190. The optical element shown is analogous to the optical element shown in Figure 6, however, the number of inputs can easily be expanded indefinitely in the embodiment shown in Figure 10.

Trilholte 183 wordt met een veel groter vermogen gevoed dan trilholte 180. De trilholten 181 en 182 dienen in de getoonde uitvoeringsvorm slechts voor het inkoppelen van ingangssignalen ontvangen op ingangen 195 en 196. Ingang 195 is door middel van een 20 signaalgolfgeleider 193 gekoppeld met trilholte 181, terwijl ingang 196 met behulp van een signaalgolfgeleider 194 is gekoppeld met trilholte 182. Indien de intensiteit van de aan ingangen 195 en 196 aangeboden signalen tezamen groter is dan de intensiteitsgrenswaarde voor het teweeg brengen van een verandering in trilholte 183, dan zal dit een 25 verandering teweeg brengen in de toestand waarin het optische element zich bevindt. Het dient te worden begrepen dat het gedrag van het optische element uit figuur 10 in reactie op signalen aangeboden aan ingangen 195 en 196 equivalent is aan het gedrag van het element uit figuur 6 in reactie op signalen welke gesuperponeerd zijn aangeboden aan 30 ingang 124. Indien daarom 'signaal 1' wordt aangeboden aan ingang 195, terwijl 'signaal 2' wordt aangeboden aan ingang 196, dan zal afhankelijk 1027194 " 34 van de grenswaarde-intensiteit van trilholte 183 het getoonde optische element ofwel een OR/NOR, of een AND/NAND-logische poort opleveren. Indien uitgang 199 hier wordt gedefinieerd als 'uitgang 2' en 'uitgang 201' hier wordt gedefinieerd als 'uitgang Γ, dan zal het gedrag 5 van het optische element equivalent zijn aan het gedrag zoals dit is weergegeven in tabellen 1 en 2 ten aanzien van figuur 6.Vibratory cavity 183 is supplied with a much greater power than vibratory cavity 180. In the shown embodiment, the cavities 181 and 182 only serve to couple input signals received on inputs 195 and 196. Input 195 is coupled to vibratory cavity 181 by means of a signal waveguide 193 while input 196 is coupled to vibrating cavity 182 by means of a signal waveguide 194. If the intensity of the signals applied to inputs 195 and 196 together is greater than the intensity limit value for causing a change in vibrating cavity 183, then this will be a 25 bring about a change in the state of the optical element. It is to be understood that the behavior of the optical element of Fig. 10 in response to signals applied to inputs 195 and 196 is equivalent to the behavior of the element of Fig. 6 in response to signals superimposed applied to input 124. If therefore, "signal 1" is applied to input 195, while "signal 2" is applied to input 196, then depending on the threshold intensity of the cavity 183, the optical element shown will be either an OR / NOR or an AND / NAND logic gate If output 199 is defined here as "output 2" and "output 201" is defined here as "output Γ, then the behavior of the optical element will be equivalent to the behavior as shown in tables 1 and 2 with respect to figure 6.

De in de figuren getoonde uitvoeringsvormen zijn uitsluitend bedoeld ter illustratie van het bistabiele element overeenkomstig de uitvinding, en van mogelijke toepassingen daarvan. Het 10 dient te worden begrepen dat de context van de hier beschreven uitvinding slechts wordt beperkt door de navolgende conclusies en dat de getoonde en beschreven uitvoeringsvormen derhalve niet als beperkend voor de uitvinding bedoeld zijn.The embodiments shown in the figures are intended solely to illustrate the bistable element according to the invention, and of possible applications thereof. It is to be understood that the context of the invention described herein is limited only by the following claims and that the embodiments shown and described are therefore not intended to limit the invention.

15 102 71 94"!15 102 71 94 "!

Claims

1. A stable optical element comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more optical outputs coupled to at least one of the cavities, each cavity being arranged to provide light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one headwave waveguide such that light from at least one cavity can be coupled into at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity, characterized in that one or more stable states of the bistable optical element are formed by locking at least one of the cavities in one resonance direction, and that the cavities are arranged such that light from at least one of the cavities in at least one other of the cavities can resonate for the v locking that other cavity in one of the resonance directions to provide one of the stable states.

2. A bistable optical element according to claim 1, wherein the one or more optical inputs are coupled to the at least one resonant cavity such that optical input signals which are presented in operation to at least one of the optical inputs in at least one of the resonance directions in the cavity can be connected.

3. Bistable element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the one or more optical outputs are coupled to the at least one resonant cavity such that light in at least one of the resonance directions of the resonant cavity can be applied to at least one of the outputs as an output signal. offered.

4. Bistable optical element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the one or more outputs comprise at least one first state output for providing an optical signal 1027194 when the bistable element is in a first stable state.

5. A bi-stable optical element according to claim 4, wherein the first state output is arranged such that an optical signal does not occur during operation if the bistable element is in the second stable state.

A bi-stable optical element as claimed in any one of the preceding claims, wherein the one or more outputs comprise at least one second state output for providing an optical signal 10 when the bistable element is in a second stable state.

7. A bistable optical element as claimed in claim 6, wherein the second state output is arranged such that an optical signal does not occur during operation if the bistable element is in the first stable state.

A bistable optical element according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the outputs is formed by an end of the coupling waveguide.

9. Bistable element as claimed in any of the foregoing claims, wherein at least one of the inputs is formed by an end of the coupling waveguide.

10. A bistable optical element according to any one of the preceding claims, further comprising at least one signal waveguide for exchanging signals between at least one of the at least two vibrating cavities and at least one of the inputs or outputs.

The bistable optical element according to claim 10, wherein at least one of the inputs or outputs is formed by an end of the signal waveguide.

12. A bistable optical element according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the optical inputs also forms at least one of the optical outputs. 1027194

A bi-stable element as claimed in claim 12, dependent on one of claims 8 or 9, wherein at least one output and at least one input on the same end of the coupling waveguide coincide.

A bi-stable optical element according to any one of the preceding claims, wherein the at least two cavities are formed by optically conductive rings.

The bistable optical element of claim 14, wherein the optically conductive rings are optically conductive semiconductor rings.

A bistable optical element according to any one of the preceding claims, wherein the at least two cavities are formed by cavities of the photonic crystalline type.

17. A bistable optical element according to claim 16, insofar as dependent on claim 8, wherein the at least one coupling waveguide is of the photonic crystalline type.

A bistable optical element according to any of claims 16 or 17, as far as dependent on at least one of claims 11 or 12, wherein the at least one signal waveguide is of the photonic crystalline type.

A bistable optical element according to any one of the preceding claims, wherein the at least two vibrating cavities are formed by semiconductor discs.

20. A bistable optical element as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least two vibrating cavities comprise a first vibrating cavity which is adapted to operate at a first power level, and wherein the at least two vibrating cavities comprise a second vibrating cavity which is adapted to operate be at a second power level, the first power level being greater than the second power level.

The bistable optical element of claim 20, wherein at least one optical input is coupled to the first cavity. 1027194 '

An optical logic element comprising a bistable optical element according to claim 21, wherein at least two optical inputs are coupled to the first cavity.

23. The optical logic element of claim 22, wherein the at least two inputs are coupled to the first cavity such that input signals applied to each of the at least two inputs are coupled in the opposite direction to the first cavity.

24. An optical logic element according to any one of claims 21-23, wherein at least one of the optical inputs is coupled to the first vibrating cavity such that the first vibrating cavity can be locked in operation in a resonance direction if the intensity of an optical signal is at least one input is greater than a limit value.

25. Optical memory element comprising a plurality of bistable optical elements as claimed in any of the claims 1-24, further comprising read-out means for reading the state of one or more of the bistable optical elements.

26. The optical memory element of claim 25, wherein each of the plurality of bistable optical elements provides light of a wavelength different from the resonance wavelengths of each of the other bistable elements.

The optical memory element of claim 26, wherein at least two of the bistable optical elements have at least one common state output.

The optical memory element according to claim 26 or 27, wherein the coupling waveguides of the bistable optical elements are formed by a common waveguide.

29. Optical memory element according to any of claims 26, 27 or 28, wherein at least two of the bistable optical elements have at least one common optical input.

The optical memory element of claim 29, wherein the 1027194 1 comprises at least two bistable optical elements at least one common signal waveguide.

31. Optical signal processing device comprising a bistable optical element as claimed in any of the claims 1-24, further comprising means for periodically reading out at least one of the outputs of the bistable optical element.

The optical signal processing device according to claim 31, further comprising means for periodically restoring the bistable optical element to an initial state.

The optical signal processing device according to claim 32, wherein the means for restoring the bistable element is arranged to periodically provide a restore signal on at least one of the inputs for bringing the bistable optical element into a first state.

A fully optical signal processing device comprising one optical element according to any of claims 1-33.

A fully optical computer comprising one or more optical elements according to any one of claims 1-34.

A method for controlling a bistable optical element 20 according to any one of claims 1-24, comprising at least two cavities, one or more optical inputs coupled to at least one of the cavities and one or more to at least one of the cavities coupled optical outputs, wherein each cavity is adapted to provide light in at least two resonance directions, and wherein the at least two cavities are optically coupled by means of at least one coupling waveguide such that light from at least one cavity can be coupled in at least one other cavity in one of the resonance directions of the other cavity, characterized in that one or more stable states of the bistable optical element 30 are formed by locking at least one of the cavities in one resonance direction, and that the method comprises a step of 1027194 1 coupling light of light t at least one of the cavities in at least one other cavity that due to resonance of the coupled light in the other cavity that cavity is locked in one of the resonance directions to provide one of the stable states.

The method of claim 36, wherein the method comprises a step of locking at least one of the two cavities in at least one of the resonance directions in response to an input signal applied to at least one of the optical inputs.

A method according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the cavities is fed with a greater power than the other cavities.

39. A method according to claim 38, wherein at least one optical input is coupled to the at least one vibrating cavity operating at the higher power, and wherein the vibrating cavity operating at the higher power is locked in a resonance direction if the intensity of an optical input signal is presented. at the optical input coupled to this cavity is greater than a limit value. 1027194