NO310217B1

NO310217B1 - Optisk logisk element og optisk logisk innretning

Info

Publication number: NO310217B1
Application number: NO19980407A
Authority: NO
Inventors: Hans Gude Gudesen; Geirr I Leistad; Per-Erik Nordal
Original assignee: Thin Film Electronics Asa
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2001-06-05
Also published as: NO980407L; NO980407D0

Description

Oppfinnelsen angår et optisk logisk element, spesielt et flertilstands, multistabilt optisk logisk element og enda mer spesielt et proksimitetsadresserbart optisk logisk element hvortil adressering finner sted uten bruk av aktive eller passive optiske elementer, omfattende et optisk minnemateriale, hvor minnematerialet under påvirkning av et påtrykket magnetisk, elektromagnetisk eller elektriske felt eller tilført energi kan gå over fra en fysisk eller kjemisk tilstand til en annen fysisk eller kjemisk tilstand, hvor en fysisk eller kjemisk tilstand er tilordnet en bestemt logisk verdi, og hvor en endring av det logiske elements fysiske eller kjemiske tilstand bevirker en endring i den logiske verdi og gjennomføres ved at det logiske element aksesseres og adresseres magnetisk, elektromagnetisk, elektrisk eller optisk for skriving, lesing, lagring, sletting og svitsjing av en tilordnet logisk verdi. Oppfinnelsen angår også en optisk logisk innretning, spesielt til lagring av data eller utførelse av logiske og aritmetiske operasjoner, hvor innretningen omfatter en rekke optisk logiske elementer, hvor de optisk logiske elementer spesielt er flertilstands, multistabile optisk logiske elementer, og enda mer spesielt proksimitetsadresserbare optisk logiske elementer hvortil en adressering finner sted uten bruk av aktive eller passive optiske elementer, omfattende et optisk minnemateriale, hvor minnematerialet under påvirkning av et påtrykket magnetisk, elektromagnetisk eller elektriske felt eller tilført energi kan gå over fra en fysisk eller kjemisk tilstand til en annen fysisk eller kjemisk tilstand, hvor en fysisk eller kjemisk tilstand er tilordnet en bestemt logisk verdi, og hvor en endring av det logiske elements fysiske eller kjemiske tilstand bevirker en endring i den logiske verdi og gjennomføres ved at det logiske element aksesseres og adresseres magnetisk, elektromagnetisk, elektrisk eller optisk for skriving, lesing, lagring, sletting og svitsjing av en tilordnet logisk verdi.

Oppfinnelsen angår generelt en ny klasse av optoelektroniske innretninger som kan lagre informasjon og/eller utføre logiske funksjoner ved hjelp av et optisk minnemateriale som er rommet i individuelt adresserbare celler eller elementer. Hvert element er en selvstendig enhet og kan kombineres med lignende elementer for å danne større montasjer, typisk i form av planare ark eller lag. De sistnevnte kan konfigureres til tertiære montasjer, eksempelvis ved stabling for å danne optiske dataminner og optisk logiske innretninger med et høyt forhold mellom ytelse og volum.

Nåværende digitale optiske datalagringsteknologier er blitt utviklet som reaksjon på et stadig økende behov for datalagringskapasitet i kompakt format og har med stort hell vært i stand til å kunne skaffe løsninger som kombinerer en høy arealmessig datatetthet med utskiftbarhet og/eller flyttbarhet.

Det avgjørende skritt har vært bruken av små, effektive halvlederlasere som utstråler koherent lys som kan fokuseres til punkter nær diffraksjonsgrensen, slik at det dermed fås tilsvarende nøyaktig definisjon og tett anordning av informasjonsbitene i det databærende medium. I praktiske systemer har kostnads- og rombegrensinger logisk ført til en konstruksjon hvor laserstrålen skannes over overflaten av en roterende skive og tar opp en seriell bitstrøm, mens den følger et optisk styrespor under servokontroll.

Systemer basert på denne generiske konstruksjonsløsning er nå blitt utviklet til et punkt hvor datatettheten ligger nær den teoretiske grense, og videre utvikling for å imøtekomme fremtidige behov kan ikke møtes ved trinnvise forbedringer som hittil.

En innlysende begrensning er bruken av det todimensjonale datalagringsformat. Selv om den arealmessige datatetthet er høy, er fysiske bitposisjoner begrenset til en plan overflate på en stiv, selvbærende flate med høy mekanisk kvalitet, hvilket fører til at det fås en relativt lite imponerende volumetrisk datatetthet. Nylig er det blitt publisert tekniske løsninger hvor data lagres i flere plan ved forskjellige dybder under platens overflate. Diskriminering mellom forskjellige lag er mulig på grunn av den meget lille dybdeskarphet som er forbundet med et nøyaktig fokus og det er forventet at dette prinsippet kan utvikles til å omfatte inntil ti plan eller lag (se f.eks. E.K (signatur), "Stacking the decks for optical data storage", Optics and Photonics News, august 1994, p.39). Det synes imidlertid som om fordelene som kan oppnås med bruk av multiple lag eller plan, delvis nøytraliseres av så vel kostnadsfaktorer som tekniske kompromisser mellom på den ene side antall lag og på den annen side oppnåelige arealmessig datatetthet i hvert lag. Selv implementert i henhold til nylig påståtte ytelser, mangler slike teknologiske løsninger potensialet for vedholdende langsiktig utvikling og forbedring.

I mange tilfelle utgjør begrensninger i aksesstid og

dataoverføringshastigheter en meget mer alvorlig ulempe for roterende platesystemer erm de ovennevnte begrensninger av datatettheter og - kapasiteter.

I applikasjoner hvor filer på en plate skal aksesseres hurtig i en slumpsekvens, må den laserfokuserende servo raskt bevege en optisk montasje radielt fra en posisjon på platen til en annen. I den korrekte radiale posisjon må sporingen raskt gjenopptas, noe som innebærer justering i to dimensjoner, justering av rotasjonshastigheten, oppnåelse av synkronisering og å finne og identifisere filtittelen. Disse elektromekaniske prosedyrer medfører aksesstider som er lange, typisk 200 ms eller mer. Tiltak er blitt gjort for å redusere aksesstiden, f.eks. ved å øke platens rotasjonshastighet for å redusere tiden som medgår til rotasjonsjustering og å redusere vekten av de servostyrte komponenter for fokusering og sporing. Forbedring på et område medfører imidlertid begrensninger på et annet. Økning av rotasjonshastigheten forsterker den såkalte "langsageffekten", dvs. den raske akselerasjon og deselerasjon av rotasjonshastigheten som er nødvendig for å opprettholde konstant skannehastighet for strålen over platens overflate når det veksles mellom spor med forskjellige radier. Dette er en dominerende årsak til ventetiden i datagjenfinningssystemer basert på optiske plater. Forsøk på å eliminere langsageffekten ved å benytte konstant rotasjonshastighet uansett radial posisjon medfører en reduksjon av den arealmessige datatetthet eller økende teknisk kompleksitet.

Det er ikke overraskende at slike nøyaktige elektromekaniske optiske systemer vil være langsomme i tidsskalaer som er typiske for det rent elektroniske område (mikrosekunder eller mindre), slik at optiske plateinnretninger ikke kan benyttes som minner med direkte hurtig aksess i en lang rekke anvendelser, eksempelvis som direkte randomaksessminner (DRAM) for datamaskiner etc. En betydelig innsats har vært gjort for å elmininere slike innretningers akilleshæl, nemlig behovet for å fokusere og spore uten mekanisk treghet. Løsninger som er blitt undersøkt, innbefatter optoelektroniske deflektorer, bølgeledere og diffraktive optiske elementer. Teknisk og økonomisk levedyktige systemer av denne art er foreløpig ikke blitt vist i praksis og synes å ligge flere år inn i fremtiden. I tillegg blir ventetidsproblemet forbundet med platerotasjon ikke løst med slike tiltak.

I roterende platesystemer leses databitene suksessivt etter hvert som laserstrålen skanner langs bordet, og dataoverføringshastigheten er eksplisitt avhengig av rotasjonshastigheten og den lineære datatetthet langs sporet. I en rekke applikasjoner, så som interaktive multimedia, er overføringshastigheten en vesentlig flaskehals med dagens optiske platesystemer. Gitt en nær optimal koding og fokusering av data typisk for dagens utviklede plateteknologi, synes det å være få muligheter for å øke dataoverføringshastigheten. En mulighet er å øke rotasjonshastigheten. Dette er blitt gjort i en rekke kommersielle systemer til et punkt hvor kostnader og effektforbruk nå fører til et raskt minkende utbytte ved ytterligere hastighetsøkninger. En annen strategi er å benytte flere laserstråler som adresserer separate, men parallelle spor på platen. Etter hvert som antallet parallelle spor øker, øker imidlertid kompleksiteten og kostnaden meget raskt, og slike opplegg synes i heldigste fall å være i stand til å gi hastighetsforbedringer som langt fra imøtekommer de forventede, fremtidige behov.

De ovennevnte ulemper har vært klart anerkjent i lengre tid, og andre opplegg er blitt foreslått og eksperimentelt undersøkt, spesielt sideorienterte minne- og logikksystemer, basert på holografisk teknologi. I tillegg til å gi løfte om høytetthetsvolumetrisk datalagringer i tre dimensjoner, kan holografiske systemer adresseres i en sidevekslingsmode og dermed fremby de fordeler som er iboende parallellisme, så som høy overføringshastighet. Hurtig randomaksessering av data ved hjelp av treghetsfrie optoelektroniske midler er under undersøkelse. Videre er det blitt undersøkt logiske operasjoner så som høyhastighets parallellprosessering for objektgjenkjennelse. Det har vært predikert at holografiske minner kan slettes og skrives på ny gjentatte ganger, lagre en datamengde på giga- til terabyte-nivå i et volum sammenlignbart med en sukkerbit og gi randomaksesstider fra mikrosekund- til nanosekundområdet og dataoverføringshastigheter på flere hundre Mbyte/s (se f.eks. D. Psaltis og F. Mok, "Holographic memories", Scientific American, november 1995, pp. 52-58). Tilsvarende potensielle ytelser er blitt angitt for andre systemer basert på konfokale og flerlasers (ikke-lineære) adresseringsprinsipper (se f.eks. "The optical sugar cube", Photonics Spectra, september 1994, p. 50).

Ytterligere kan det som et eksempel på et sidebasert optisk datalagringssystem nevnes internasjonal publisert patentsøknad nr. W096/21228 (Birge) med tittelen " Branched photocycle optical memory device" som viser et volumetrisk optisk minne som lagrer informasjon med høy tetthet i tre dimensjoner ved selektivt å aktivere en fotokjemisk grenreaksjon fra en kortvarig termisk mellomtilstand i den primære fotosyklus i et lysfølsomt proteinbasert lagringsmedium. I den forbindelse benyttes det en såkalt "sidevekslings" -laser som aktiverer et plant sjikt eller en side av datalagringsmediet på en bølgelengde og datalasere som på en annen bølgelengde sender utvalgte datastråler som er ortogonale til det valgte sjikt eller siden. Denne teknologien er imidlertid ikke enkel å implementere i praktiske datalagringsinnretninger og har noen vesentlige svakheter. For å oppnå høy volumetrisk datatetthet må sidevekslingslyset være meget intenst og jevnt innenfor et meget snevert definert spatialt område og med skarp intensitetsgrense. Dette innebærer bruk av en laserstråle og forholdsvis komplisert optikk for å forme strålen. Det er for det annet nødvendig med en meget presist kontrollert belysningssekvens, som innbefatter bruk av tre separate bølgelengder. Den optimale tidsstyring av sekvensene er temperaturavhengig. For det tredje blir skrive- og lesehastighetene begrenset av fotosyklusens tidskonstanter, hvilket fører til aksesstider i ms-området. For det fjerde vil lesing av de lagrede data redusere kontrasten til disse på optiske minnemedium, slik at det blir nødvendig med oppfrisking etter et visst antall, eksempelvis 1000 leseoperasjoner.

Fra SE patent nr. 501 106 (Toth) med tittelen "Optisk minne" er det kjent et optisk minne av typen "Write-Once-Read-Many-Times" (WORM-typen) som inneholder et lagringselement med stabile optiske tilstander. Lagringselementet er delt i et antall minneposisjoner, idet den optiske tilstand i en gitt minneposisjon kan både forandres og leses ut ved hjelp av en mot minneposisjonen rettet lysstråle. Minnet kan realiseres helt uten bevegelige mekaniske deler og ha en meget kort adresseringstid og muliggjør en særlig høy lagringskapasitet. Dette minne muliggjør også parallell skriving og lesing av flerbitsord. Selve lagringsmediet kan være anbrakt i flere sjikt eller nivåer. Lysstrålen fokuseres da til en gitt minneposisjon, og med bruk av åtte nivåer blir det mulig å lagre en byte i hver minneposisjon eller x,y-posisjon. I en utførelse med 7 7 lagringsceller på hver 1 cm kan det i åtte nivåer lagres 9,8 Gbyte og skrivehastigheten vil da være 40 Mbyte/s. Utlesning finner sted i absorpsjonsmodus, hvilket innebærer at de enkelte nivåer må ha fastsatte, ulike tykkelser for at det skal bli mulig å skjelne mellom de enkelte trinn i kodesekvensen. Dette medfører imidlertid at den volumetriske lagringstetthet avtar med økende antall nivåer, og nødvendigheten av å fokusere lysstrålen til en minneposisjon samt å manøvrere lysstrålen i x, y-retningene medfører kostnadsmessige og tekniske komplikasjoner.

Selv om de hittil foreslåtte tekniske løsninger kan virke imponerende, må de anførte ytelser i et fremtidig kommersielt miljø bedømmes med henblikk på maskinvarekostnadene, systemkompleksiteten og den totale formfaktor for innretningene. Basert på teknikkens nåværende stand slik den fremgår av den tilgjengelige litteratur, synes det korrekt å konkludere med at holografiske og andre sideorienterte systemer eller flersjiktssystemer ikke vil få gjennomslag innen overskuelig tid på markeder hvor kravet til kompakthet og lav kostnad står i høysetet. Selv om komponenter og materiale ble tilgjengelige til akseptable kostnader, synes de foreslåtte arkitekturer i realiteten å utelukke virkelig kompakte løsninger.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å overvinne de ovennevnte ulemper ved dagens kjente og foreslåtte teknikk og å skaffe et optisk logisk element som kan benyttes til å realisere optiske hukommelser, optisk logiske og aritmetiske kretser, optiske svitsjer og dessuten generelt til å implementere optisk databehandlingsutstyr med lav kostnad og teknisk kompleksitet, men med ekstremt høy lagringstetthet, kort aksesstid og meget hurtig overføringstid.

Ytterligere er oppfinnelsens hensikt å skaffe et optisk logisk element og en optisk logisk innretning basert på det optisk logiske element, hvor det optisk logiske element og den optisk logiske innretning fremtrer som en strukturelt og funksjonelt integrert enhet, idet elementets og innretningens vesentlige funksjoner hovedsakelig samtlige realiseres i elementet eller innretningen, herunder funksjoner som aksessering, adressering, aktivering, svitsjing og deteksjon.

Enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er på en enkel måte å kunne realisere volumetrisk datalagring, slik at lagringskapasiteten hovedsakelig bare avhenger av formfaktoren og blir omvendt proporsjonal med det logiske elements fysiske dimensjoner.

De ovennevnte og andre hensikter oppnås med et optisk logisk element som er kjennetegnet ved at minnematerialet er anordnet i eller på en hovedsakelig sjiktlignende struktur, at en aktivator som genererer et magnetisk, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller tilfører minnematerialet energi, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, og at en optisk detektor for deteksjon av minnematerialets optiske respons betinget av minnematerialets fysiske eller kjemiske tilstand, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, slik at det optisk logiske element utgjør en av minnematerialet, aktivatoren og detektoren bestående enhetlig, integrert komponent, samt med optisk logisk innretning som er kjennetegnet ved at minnematerialet er anordnet i eller på en hovedsakelig sjiktlignende struktur, at en aktivator som genererer et magnetisk, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller tilfører minnematerialet energi, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, at en optisk detektor for deteksjon av minnematerialets optiske respons betinget av minnematerialets fysiske eller kjemiske tilstand, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, slik at det optisk logiske element utgjør en av minnematerialet, aktivatoren og detektoren bestående enhetlig, integrert komponent, at innretningen omfatter minst én av to eller flere optisk logiske elementer dannet struktur, og at det optiske minnemateriale, aktivatoren og detektoren i hvert logiske element i strukturen går over i og er sammenhengende med minnematerialet, aktivatoren og detektoren i de omgivende logiske elementer i strukturen, slik at strukturen danner et plant eller krumt flatelegeme, idet hvert logiske element i strukturen har en entydig tilordning mellom minnematerialet og aktivatoren og en tilordning mellom minnematerialet og den optiske detektor for entydig deteksjon av en fysisk eller kjemisk tilstand i minnematerialet, slik at hvert logisk element i strukturen kan aksesseres og adresseres individuelt.

I en foretrukket utførelsesform i det optisk logiske element er minnematerialet anordnet i form av et første sjikt, aktivatoren anordnet i form av et til det første sjikt tilstøtende annet sjikt og i ett med det første sjikt, eller anordnet integrert i det første sjikt, og den optiske detektor som detekterer tilstanden i minnematerialet, anordnet i form av et til det første sjikt tilstøtende tredje sjikt og i ett med det første sjikt, slik at det optisk logiske element utgjør nevnte integrerte komponent, bestående av minst tre respektive to sjikt.

Videre er det fordelaktig at aktivatoren er dannet av et eller flere direkte eller indirekte strålingsemitterende organer, idet de strålingsemitterende organer er anordnet på eller innleiret i grunnmassen til det annet sjikt. Fordelaktig aksesseres og adresseres det strålingsemitterende organ elektrisk. Det er også fordelaktig når det strålingsemitterende organ er en lysemitterende diode, fortrinnsvis en polymerdiode.

Dessuten er det også fordelaktig at det strålingsemitterende organ er frekvensavstembart, idet frekvensavstemningen skjer i forbindelse med en elektrisk adressering. Enn videre er det fordelaktig at den optisk detektor er en elektrisk aksesserbar og adressbar optisk detektor og at det for den elektriske aksessering og adressering av både aktivator og detektor er anordnet elektroder og elektriske ledere integrert i det annet og det tredje sjikt. I den forbindelse er det fordelaktig at elektroder og elektriske ledere er basert på et elektrisk ledende polymermateriale.

I en foretrukket utførelsesform av den optisk logiske innretning er i hvert optiske logiske element minnematerialet anordnet i form av et første sjikt, aktivatoren anordnet i form av et til det første sjikt tilstøtende annet sjikt og i ett med det første sjikt eller anordnet integrert i det første sjikt, og den optiske detektor som detekterer tilstanden i minnematerialet, anordnet i form av et til det første sjikt tilstøtende tredje sjikt og i ett med det første sjikt, slik at det optisk logiske element danner nevnte integrerte komponent, bestående av minst tre respektive to sjikt, og at hvert av sjiktene går over i og er sammenhengende med de tilsvarende sjikt i de omgivende logiske elementer, slik at strukturen danner et plant eller krumt flatelegeme av sammenhengende og innbyrdes tilstøtende respektive sjikt.

Fortrinnsvis har hver struktur i den optisk logiske innretning form av en tynn fleksibel film.

I en særlig foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter den optisk logiske innretning to eller flere innbyrdes sammenføyde strukturer stablet over hverandre, slik at den optisk logiske innretning danner en av flere strukturer integrert brikke- eller platelignende komponent.

I en variant av den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen er foretrukket en struktur i sin helhet eller delvis konfigurert som en optisk hukommelse, idet hvert optisk logiske element i hukommelsen utgjør et minneelement som kan aksesseres og adresseres individuelt. I en annen variant av den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen er foretrukket en struktur delvis konfigurert som optisk logiske eller aritmetiske kretser eller nettverk av slike kretser, idet hvert av de optisk logiske elementer i kretsene utgjør et svitsjeelement som kan aksesseres og adresseres individuelt. I en tredje variant av den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen er grupper av de optisk logiske elementer i en struktur konfigurert henholdsvis som minneregistre, logiske registre og aritmetiske registre, idet hvert optisk logiske element (OLE) i et register og hvert register kan aksesseres og adresseres individuelt, og slik at registrene samlet kan konfigureres til en optisk dataprosessor. Endelig er det i den optisk logiske innretning foretrukket at aksessering og adressering av de logiske elementer skjer over til strukturen tilordnede, multipleksede kommunikasjonslinjer.

Ytterligere trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse fremgår av de øvrige, vedføyde krav.

Oppfinnelsen skal nå forklares mer detaljert ved hjelp av utførelseseksempler og med henvisning til den ledsagende tegning.

Fig. la viser et optisk logisk element i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. lb og 1 c viser det optisk logiske elements virkemåte som en binær logisk celle,

fig. Id en felteffekttransistor for sammenligningens skyld,

fig. 2 en foretrukket utførelsesform av det optisk logiske element,

fig. 3 en annen foretrukket utførelsesform av det optisk logiske element,

fig. 4 viser prinsippet for et minnemateriale i form av et elektronfellemateriale,

fig. 5a-d viser prinsippet for et minnemateriale i form av et lysfølsomt konformasjonsreaktivt materiale, i dette tilfelle bakteriorodopsin,

fig. 6, 7 ytterligere foretrukkede utførelsesformer av det optisk logiske element på fig. 1,

fig. 8 en spesielt foretrukket utførelsesform av det optisk logiske element på fig. 1,

fig. 9 spektralegenskapene til lysemitterende polymerdioder,

fig. 10 skjematisk en lysemitterende polymerdiode,

fig. 11 en første utførelse av en optisk logisk innretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 12 en annen utførelse av en optisk logisk innretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 13 en variant av den optisk logiske innretning på fig. 11,

fig. 14 en annen variant av den optisk logiske innretning på fig. 11,

fig. 15 skjematisk og utspilt oppbyggingen av den optisk logiske innretning på fig. 14,

fig. 16 en ytterligere utførelse av den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen, basert på varianten på fig. 14,

fig. 17 skjematisk et opplegg for adressering av den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 18 de seksten boolske funksjoner av to binære variabler generert med en optisk logisk innretning i henhold til oppfinnelsen, og fig. 19 skjematisk en parallellalgoritme for firebits binær heladdisjon for implementering på den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen. Fig. la viser skjematisk en foretrukket utførelsesform av det optisk logiske element i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Et minnematerialet 1 er anordnet i et første sjikt /], aktivatoren 2 som kan generere et magnetisk, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller tilføre minnematerialet 1 energi, er anordnet i sjiktet l2 på den ene side av sjiktet l\, mens detektoren 3 er anordnet i sjiktet ly på den motsatte side av sjiktet l\. Sjiktene l\, l2, h kan i sin helhet omfatte henholdsvis minnematerialet 1, aktivatoren 2 og detektoren 3, men det skal også forståes at sjiktene lx, l2, h kan være dannet av en grunnmasse og at henholdsvis minnematerialet 1, aktivatoren 2 og detektoren 3 er innleiret eller anordnet på dette. Fig. lb viser symbolsk operasjonen til det optisk logiske element OLE i henhold til oppfinnelsen ved skriving, lesing Cg deteksjon av en logisk tilstand 0. I dette tilfelle tilføres minnematerialet 1 energi i form av lys på en første bølgelengde X\, mens lesing skjer ved absorpsjon av lys på en annen bølgelengde X2. Det detekterte lys som angir den logiske tilstand 0, er tegnet med et kortere fotonsymbol for å antyde redusert intensitet på grunn av absorpsjon. Fig. lc viser tilsvarende skjematisk virkemåten til det optisk logiske element OLE ved deteksjon av en logisk tilstand 1, dvs. at det ikke finner sted noen absorpsjon i minnematerialet 1 i sjiktet l\. Fig. Id viser skjematisk en n-kanal effekttransistor for å antyde analogien mellom det optisk logiske element i henhold til den foreliggende oppfinnelse og en elektronisk svitsjeanordning. Absorpsjonen av leselyset for henholdsvis den logiske tilstand 0 og 1 svarer til felteffekttransistorens drenspenning Vd.

Fig. 2 viser en utførelsesform hvor det i aktivatoren 2 omfatter ett eller flere direkte eller indirekte strålingsemitterende organer 2\,.., 2n som er anordnet i sjiktet l2. På fig. 2 er de strålingsemitterende organer 2\,... anordnet innleiret i en grunnmasse i sjiktet /2, men de kunne også være anordnet på sjiktet l2.1 en foretrukket utførelsesform kan sjiktene l\ og l2 kombineres til et felles sjikt lc. Dette sjiktet vil da både omfatte minnematerialet 1 og aktivatoren 2 med strålingsemitterende organer 2\, .... Denne utførelsesformen kan være fordelaktig dersom aktivatoren destrueres ved skriving til det logiske element OLE, noe som kan være aktuelt dersom det skal inngå i en lagringsinnretning av ROM- eller WORM-typen og derfor ikke skal slettes og/eller skrives på ny.

Det optiske minnemateriale 1 skal være lysfølsomt og kunne foreligge i to eller flere distinkte fysiske tilstander, slik dette er antydet ved fig. lb og lc. Disse fysiske tilstander skal kunne bestemmes ved tilstandenes respons på et innfallende sondelys eller leselys. Den logiske tilstand kan finnes ved at aktivatoren pådras forskjellig, f.eks. i henhold til en bestemt leseprotokoll, slik at minnematerialet 1 reagerer på det innfallende lys ved en optisk transmisjon eller emisjon av lys, avhengig av den logiske tilstand.

De grunnleggende egenskaper til det optisk logiske element OLE avhenger eksplisitt av skrive/lesekarakteristikkene til minnematerialet. Forandringer i minnematerialet under skriveprosessen kan være irreversible, slik at det fås et optisk logisk element som realiserer minnefunksjoner av ROM- og WORM-typen. I det følgende skal det imidlertid omtales minnematerialer som er ikke-flyktige, men reversible, dvs. at de forblir i en dannet logisk tilstand inntil de påvirkes av lys for skriving, lesing eller utvisking. De kan imidlertid slettes, utviskes og skrives om igjen mange ganger ved bestråling med lys. En annen viktig egenskap ved minnematerialet er hvorvidt det kan romme flernivås informasjon, dvs. informasjon som er gråskalakodet eller hvorvidt den reagerer på en leseprotokoll av binær art, dvs. enten med logisk tilstand 0 eller 1.

Selv om minnematerialet 1 som beskrevet ovenfor, bringes fra en fysisk/kjemisk tilstand til en annen ved bruk av lys, utelukker ikke dette at det i henhold til oppfinnelsen kan benyttes andre energiformer til å påvirke minnematerialets tilstand. Dette kan dreie seg om magnetisme, elektromagnetisme eller elektroniske felt eller ved at energi tilføres i form av varme. Dette kan være hensiktsmessig dersom det er ønske om å frembringe mørkereaksjoner i prosesstrinn mellom logiske tilstander i minnematerialet, eksempelvis bruk av varme for utvisking av informasjon, eller for å frembringe forhold som gjør at det innfallende lys skal ha en virkning, eksempelvis bruken av et elektrisk felt for å forskyve et absorpsjonsbånd dersom minnematerialet er et lysfølsomt materiale som absorberer på bestemte bølgelengder.

Slik det fremgår av det ovenstående, vil det være innlysende at det optisk logiske element i henhold til oppfinnelsen henter sine grunnleggende egenskaper fra minnematerialet. I det følgende skal det beskrives to typer av minnemateriale som begge er reversible, dvs. at de kan sirkulere mer enn en gang gjennom sine logiske tilstander ved å benytte egnede protokoller for skriving, lesing og utvisking.

Elektronfellematerialer er typiske organiske halvledermaterialer som er dopet med ioner av sjeldne jordmetaller. Elektronfellematerialer kan benyttes til lagring av data med høy tetthet og gi høye dataoverførings- og gjenfinningshastigheter. Det kan her henvises til en artikkel av J. Lindmayer, "A new erasable optical memory", Solid State Technology, august 1988.

Generelt er virkemåten til et elektronfellemateriale vist på fig. 4. Skriving skjer ved at innfanging finner sted ved energinivåene E og T. Når skrivelyset eksiterer atomer av to sjeldne jordmetaller benyttes som dopanter, løftes deres elektroner til energinivået E, som foreligger i begge typer atomer og fanges deretter inn på nivået T, som bare foreligger i et av atomene. Eksponering overfor lys i det nærinfrarøde område på nivået T løfter elektronene til kommunikasjonsbåndet, hvorfra de faller til grunntilstanden, hvilket resulterer i en utvisking av data.

Elektronfellematerialer kan ha et vertsgitter i form av alkalisk jordmetallsulfid, såsom Cas, SrS, MgS eller en blanding av disse. Når de sjeldne jordmetaller europium og samarium benyttes som dopanter, absoberer minnematerialet innkommende lys ved 450-550 nm, idet europiumionene absorberer fotonenergi og overfører en del av dette til samariumioner. De siste blir således eksitert til felletilstander, benevnt slik fordi disse tilstander er stabile, dvs. at samariumioner vil være stabile i meget lange tidsrom med mindre de løftes ut av fellen på grunn av absorpsjon av passende energikvanta. Det siste vil være tilfelle når minnematerialet bestråles med lys på bølgelengdene 850-1200 nm, slik at samariumionene i felletilstandene stimuleres og de frigjorte elektroner emitterer lys på bølgelengdene 600-700 nm når de vender tilbake til grunntilstanden. Således skjer skriving i dette tilfellet ved bestråling med lys på bølgelengdene 450-550 nm, mens lesing skjer ved belysning med lys på bølgelengdene 850-1200 nm og samtidig deteksjon av fluorescens på bølgelengdene 600-700 nm.

I stedet for et elektronfellemateriale kunne minnematerialet være et konformasjonsreaktivt materiale og spesielt et lysfølsomt konformasjonsreaktivt materiale som kan gjennomgå en fotosyklus. Eksempler på slike materialer er visse former for fargestoffproteiner. Et protein av denne art som er forholdsvis godt undersøkt er bakteriorodopsin, som forekommer i membranen til en mikroorganisme, Halobacterium salinarium. For en nærmere drøftelse av bakteriorodopsinets egenskaper med tanke på optisk lagring av data, skal det henvises til NO patentsøknad nr. 97 2574 som den foreliggende søknad blant annet utleder prioritet fra og som tilhører nærværende søker.

Når bakteriorodopsin absorberer lys, gjennomgår det en fotosyklus som generer mellomtilstander med absorpsjonsmaksima i hele det synlige område av det elektromagnetiske spektrum. Skjematisk er dette vist på fig. 5a som gjengir bakteriorodopsinets fotosyklus og antyder sekvensen av strukturelle forandringer som induseres av lyset. Lysinduserte overganger eller eksitasjonsoverganger er antydet med skraverte piler, mens uskraverte piler angir overganger på grunn av termisk relaksasjon. Grønt lys omdanner bakteriorodopsinets grunntilstand bR til en mellomtilstand K som deretter relakserer og danner M-tilstanden og deretter O-tilstanden. Oppholdstiden i M-tilstanden avhenger blant annet av både temperaturen og den benyttede mutant av bakteriorodopsin. Hvis bakteriorodopsinet i O-tilstanden utsettes for rødt lys, finner det sted en såkalt grenreaksjon. O-tilstanden går over til P-tilstanden som raskt relakserer til Q-tilstanden, en form av bakteriorodopsinet som har vist seg å være stabil over et meget langt tidsrom. I forskjellige mutanter av bakteriorodopsin som benytter aspartinsyrerester 85 og 96, kan levetiden av Q-tilstanden strekkes til flere år. Dersom aspartinsyre 85 erstattes av en ikke-polar aminosyre som aspargin, hindres dannelsen av en stabil M-tilstand og den primære fotosyklus danner O-tilstanden (eller en mellomtilstand meget lik O-tilstanden) svært raskt (R.R. Birge, Ann. Rev. Phys. Chem., 41, pp. 683-733 (1990)). Bestråles imidlertid bakteriorodopsinet i Q-tilstanden med blått lys, går det tilbake til grunntilstanden bR. Dersom O-tilstanden ikke bestråles med rødt lys, vil den i løpet av kort tid relaksere tilbake til grunntilstanden bR. Hvilke som helst to tilstander med lang levetid kan nå tilordnes den binære logiske verdi 0 eller 1, og det blir dermed mulig å lagre informasjon i bakteriorodopsinmolekyler som befinner seg i den ene eller den andre av disse tilstander.

Fig. 5b er et diagram av bakteriorodopsinets primære fotosyklus. De sentrale fotokjemiske transformasjoner som er relevante for bruk i et optisk logisk element i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er på diagrammet angitt i en sekvens som generelt går rundt diagrammet med urviseren. bR betegner bakteriorodopsinets grunntilstand, og store bokstaver angir de forskjellige tilstander i fotosyklusen. Tallene i rammer betegner senterbølgelengdene til absorpsjonsbåndene for de forskjellige tilstander eller spesies av bakteriorodopsinet i nanometer. Overganger som bevirkes ved en fotoindusert eksitasjon, er betegnet med hv og eventuelt med tidskonstanter Tv, mens overganger som skyldes termiske reaksjoner er angitt med tidskonstantene xp for første ordens relaksasjonstider ved omtrent romtemperatur.

Belysning av bakteriorodopsinmolekyler i grunntilstanden eller hviletilstanden bR med lyset sentrert rundt 570 nm, frembringer eksitasjonstilstanden K som har en svært kort levetid. Som det vil ses, har K-tilstanden en absorpsjons-båndbredde som er sentrert på 600 nm, og dette impliserer at dersom effektbåndbredden ved eksitasjon fra bR-tilstanden strekker seg til over 600 nm, vil molekyler i K-tilstanden gå tilbake til grunntilstanden bR. Denne overgangen har imidlertid antatt lav kvanteeffektivitet, og da K-tilstanden er ustabil og svært raskt går over til L-tilstanden, vil de fleste av molekylene i K-tilstanden drives videre i fotosyklusen, selv om noen molekyler vil sirkulere tilbake til grunntilstanden bR. Mellomtilstanden M som har et absorpsjonsbånd sentrert på 410 nm, vil i løpet av et kort tidsrom på ca. 1-3 ms relaksere termisk til mellomtilstanden N, som igjen relakserer termisk til mellomtilstanden O. M-tilstanden kan, som nevnt, i forskjellige modifikasjoner av bakteriorodopsinet ha en forholdsvis lang levetid, inntil flere minutter, og kunne derfor eventuelt benyttes til å representere en av de logiske tilstander 0 eller 1 dersom arkival lagring over svært lange tidsrom ikke er påkrevet. Det kan her nevnes at M-tilstanden i virkeligheten består av to tilstander Mj og M2 som har praktisk talt identiske absorpsjonsspektra. Det kan tilføyes at under tidligere forsøk på holografisk datalagring i bakteriorodopsin med bruk av M-tilstanden, ble det observert et gradvis tap av følsomhet og kontrast, noe som senere ble påvist å skyldes tap av aktive molekyler ved grenreaksjonen til P- og Q- tilstanden (R. R. Birge, privat meddelelse, 1996). Det ses av diagrammet at M-tilstanden returnerer til grunntilstanden ved å bestråles med lys sentrert omkring M-tilstandens absorpsjonssenterbølgelengde på 410 nm. Lys sentrert rundt absorpsjonssenterbølgelengden til grunntilstanden bR, nemlig 570 nm, vil imidlertid naturligvis ikke drive M-tilstanden tilbake til bR-tilstanden. O-tilstanden har en absorpsjonssenterbølgelengde på 640 nm og vil derfor, dersom den bestråles med lys med en effektbåndbredde sentrert rundt denne bølgelengde, slik at det oppstår en grenreaksjon i fotosyklusen, gå over til en mellomtilstand P som har en forholdsvis lang levetid, inntil flere minutter. P-tilstanden vil termisk relaksere til den mest stabile av fotosyklusens mellomtilstander, nemlig Q-tilstanden som har en levetid som trolig strekker seg over flere år. Q-tilstanden kan derfor benyttes til å representere en logisk tilstand som skal beholdes i årevis. Ved siden av den stabile grunntilstand bR, er således Q-tilstanden den tilstand som er best egnet når bakteriorodopsin utgjør det lagringsdyktig medium i de tilfeller hvor det optisk logiske element i henhold til oppfinnelsen skal benyttes i et optisk datalagringsinnretning som er egnet for arkival lagring.

Bestråles Q-tilstanden med blått lys med en effektbåndbredde sentrert på Q-tilstandens absorpsjonssenterbølgelengde på 380 nm, går Q-tilstanden over til grunntilstanden bR, mens tidsangivelsen ">1" indikerer at også Q-tilstanden vil termisk relaksere til grunntilstanden bR, men med en tidskonstant som da er mange år. O-tilstanden relakserer forøvrig termisk med en tidskonstant på 4 ms tilbake til grunntilstanden bR. P-tilstanden kan ved absorpsjon av lys med en effektbåndbredde sentrert rundt P-tilstandens absorpsjonssenterfrekvens på 490 nm, gå tilbake til O-tilstanden. 0-tilstanden relakserer forøvrig termisk i den normale fotosyklus tilbake til grunntilstanden bR med en tidskonstant på ca. 4 ms ved romtemperatur.

For ytterligere å visualisere bakteriorodopsinets fotosyklus, er denne vist grafisk på fig. 5c. Den ytre sirkel representerer fotosyklusens forløp med urviseren, fra grunntilstanden bR og deretter over mellomtilstandene K, L, M, N og O tilbake til grunntilstanden bR. Fotosyklusens grenreaksjon er representert ved en indre sirkelbue med P- og Q-tilstandene som nås fra O-tilstanden. Metastabile tilstander med forholdsvis lang levetid, dvs. M, P, og Q er vist skravert. En sirkelsektor representerer det området av fotosyklusen som omfatter tilstandene Q og bR som for oppfinnelsens formål er å anse som stabile. Fotoinduserte overganger i fotosyklusen og som er av betydning ved den forliggende oppfinnelse, er angitt ved nummererte piler. - På diagrammet er forøvrig svært kortvarige mellomtilstander uten betydning for oppfinnelsen utelatt. Det samme gjelder de tilfeller hvor en mellomtilstand i realiteten utgjøres av flere tilstander med tilnærmet identiske absorpsjonsspektra.

Absorpsjonsspektrene til de forskjellige species eller tilstander av bakteriorodopsinet er vist på fig. 5d som også gir en indikasjon på passende effektbåndbredder ved bestråling av en species for å bevirke en eksitasjon til en annen tilstand. Det vil f.eks. ses at bruk av en effektbåndbredde sentrert rundt ca. 600 nm vil påvirke tilstandene N, bR, K og O, men konsekvensen av slik bestråling vil være at i det minste en signifikant andel av molekylpopulasjonen vil drives fra bR og over til den forholdsvis stabile Q-tilstand. Det samme vil naturligvis kunne oppnås ved å belyse grunntilstanden bR vedvarende med en lyspuls sentrert på 570 nm, slik at bR-tilstanden går over til O-tilstanden, og samtidig vedvarende også belyse bakteriorodopsinet med lys sentrert på 640 nm, eventuelt etter et par millisekunders opphold, slik at O-tilstanden går over til P-tilstanden. Implikasjonene av dette skal omtales nærmere i det følgende. Av fig. 5d vil det dessuten ses at Q-tilstanden effektivt vil kunne eksiteres til grunntilstanden bR ved å bestråle molekylene i Q-tilstanden med lys på 380 nm eller eksempelvis en effektbåndbredde på 360-400 nm.

Minnematerialet 1 kan også være et fluorescerende, dvs. at når det pådras av aktivatoren 2, utsender minnematerialet 1 fluorescens lys som detekteres av detektoren 3. Deteksjonen finner med andre ord sted i emisjon. Bruken av fluorescente materialer til lagring av data er vel kjent av fagfolk og dessuten vist i patentlitteraturen, slik at en nærmere omtale her vil være overflødig.

Nå skal forskjellige foretrukne utførelsesformer av det optisk logiske element i henhold til oppfinnelsen omtales nærmere.

Fig. 6 viser det optisk logiske element OLE forsynt med elektroder 4, 4' eller elektriske ledere 5, 5' for elektrisk aksessering og adressering av henholdsvis aktivatoren 2 og den optiske detektor 3. Elektrodene 4, 4' eller de elektriske ledere 5, 5' er for dette formålet anordnet integrert i henholdsvis det annet og det tredje sjikt l2; h- Foretrukket kan både elektroder 4, 4' og elektriske ledere 5,5' være basert på et elektrisk ledende polymermateriale. Er de elektriske ledere 5, 5' anordnet i innbyrdes ortogonal konfigurasjon på hver side av henholdsvis sjiktene l\, /3, vil elektrodene 4, 4' kunne realiseres som skjæringspunkter mellom respektive ortogonalt anordnet elektriske ledere 5, 5'. Videre kan det tilstøtende det første sjikt l\ eller integrert i dette være anordnet et ytterligere sjikt /4, slik dette er vist på fig. 7, til generering av et elektrisk felt. Dette kan oppnåes ved at sjiktet /4 er dannet av ferroelektriske, optoelektriske eller lignende materialer, og det genererte elektriske felt kan da benyttes til å påvirke det optiske minnematerialets 1 respons i tidsdomenet, frekvensdomenet eller intensitetsdomenet. Eksempelvis skal det i den forbindelse vises til det ovenfor omtalte SE patentskrift nr 501 106 hvor det er anordnet et fotoledende sjikt med optoresistive egenskaper mellom henholdsvis minnematerialet og elektrodematrisen på den ene av minnematerialets sider. Dette gjør det eksempelvis mulig å påtrykke selektivt et elektrisk felt på det optiske logiske elementet dersom aktivatoren er et strålingsemitterende organ, ved at det samtidig påtrykkes av en elektriske styrespenning mellom sjiktet /4 og en elektrode 4.

Det strålingsemitterende organ 2 kan være en halvlederlaser, eksempelvis dannet i form av en diodelaser i sjiktet l2 mellom elektroder 4, 4'. Eventuelt kan det være anordnet flere strålingsemitterende organer 2i,....,2n slik dette er vist på fig. 2, og de kan da være innrettet til å emittere på forskjellige forhåndsvalgte frekvenser, f.eks. ved anordning av diodelasere med bestemte emisjonsegenskaper.

Det strålingsemitterende organ 2 kan også være et indirekte strålingsemitterende organ og det må da kunne aktiveres av en ekstern strålingskilde 2' som ikke er nærmere vist. En slik ekstern strålingskilde må være anordnet utenfor det optisk logiske element OLE, og det kan, dersom de optisk logiske elementer er kombinert til en todimensjonal matrise som utgjør en optisk logisk innretning OLD, skje ved at det strålingsemitterende organ er anordnet på kanten av matrisen og utenfor denne, idet sjiktet l\ da må kunne fungere som en bølgeleder som fører lys gjennom den gjennomsiktige grunnmasse i sjiktet l{ og til de indirekte strålingsemitterende organer. En slik sjiktformet optisk bølgeleder l2 kan realiseres i analogi med mikrostrimmellinjer eller fiberoptiske bølgeledere og skal derfor ikke nærmere omtales her.

Ønsket om å skaffe en proksimitetsadresserbar logisk innretning basert på proksimitetsadresserbare logiske elementer gjør det imidlertid generelt foretrukket å benytte direkte strålingsemitterende organer 2 anordnet i sjiktet

Det strålingsemitterende organ 2 kan i det tilfelle være en lysemitterende diode og spesielt foretrukket i den forbindelse er organiske lysemitterende dioder basert på konjugerte polymerer. Slike lysemitterende polymerdioder er beskrevet i internasjonal publisert patentsøknad nr. W095/31515 med tittelen "Colour source and method for its fabrication" som nærværende søker har ervervet rettigheter i og som det her skal henvises til. Slike lysemitterende polymerdioder kan avgi lys på flere bølgelengder ved å variere drivspenningen til diodene. Diodene kan emittere lys på forskjellig bølgelengder, eksempelvis hovedsakelig rødt med en lav drivspenning og blått med en høyere drivspenning, mens det ved mellomliggende spenninger kan fås en emisjonstopp i både rødt og blått med varierende intensiteter. Diodene lar seg fremstille som en tynn polymerfilm med domener av konjugerte polymerer og med en tykkelse på noen få ti-nanometer og med en utstrekning av de individuelle dioder som ihvertfall ikke er meget større. Integrert som det strålingsemitterende organ i et optisk logisk element vil de derfor være kompatible med optisk logiske elementer OLE av en tilsvarende størrelse.

Fig. 8 viser det optisk logiske element i henhold til oppfinnelsen realisert som et proksimitetsadresserbart optisk logisk element. Minnematerialet 1 som eksempelvis i dette tilfelle kan være et konfirmasjonsreaktivt, lysfølsomt materiale som bakteriorodopsin og danner sjiktet l\.

Tilstøtende det lysfølsomme materiale 1 eller strukturen l\ er det i sjiktet /2 anordnet emittere eller lyskilder 2, foretrukket i form av lysemitterende polymerdioder. Den lysemitterende polymerdiode 2 forsynes med drivspenning VE over to elektroder 4, 4' som er forbundet med en strømkilde 6. Den lysemitterende polymerdiode 2 er anordnet tilstøtende det lysfølsomme materiale 1, dvs. bakteriorodopsin som skal drives i en fotosyklus. Dette innebærer at elektroden 4' må være gjennomsiktig. Videre må den lysemitterende diode 2 for å drive bakteriorodopsinet 1 gjennom fotosyklusen gi en bølgelengdeavstembar emisjon, hvilket innebærer at i det foreliggende tilfelle vil være relevant å utføre den lysemitterende diode i form av spenningsavstembare polymerdioder av den art som f.eks. er beskrevet i ovennevnte internasjonale patentsøknad W095/31515 og i tilknytning til denne henvisning omtalt noe mer utførlig. Motsatt av den lysemitterende polymerdiode 2 og likeledes tilstøtende bakteriorodopsinsjiktet /j er det anordnet en fotovoltaisk eller fotokonduktiv detektor 3, også som et sjikt /3, og denne er likeledes forsynt med elektroder 4, 4' som fører den fra detektoren ved deteksjon av lys avgitte signalspenning VD til en ikke vist operasjonsforsterker 7. Innlysende må også her detektorelektroden 4 som vender mot bakteriorodopsinsjiktet l\, være gjennomsiktig.

De spenningsavstembare fargelyskilder i form av lysemitterende polymerdioder er som nevnt, allerede omtalt med henvisning til den ovennevnte internasjonale patentsøknad W095/31515 og er dessuten også nærmere beskrevet av M. Berggren & al., Nature 372, pp. 444-446 (1994). Ved å variere drivspenningen Ve påtrykt over elektrodene vil slike lysemitterende polymerdioder avgi lys på forskjellige bølgelengder. De viste konsepter for lysemitterende polymerdioder av denne art er forholdsvis generelle, og spektralkarakteristikken til den emitterte lysstråling kan kontrolleres innenfor vide grenser ved passende valg av de lysemitterende materialer. Med tanke på den nærværende beskrivelse, hvor det er ønskelig med en spektral tilpasning til bakteriorodopsinets lysabsorberende egenskaper i de forskjellige tilstander, skal det antas at den lysemitterende polymerdiode avgir gult lys ved lav spenning VE og med en økende emisjon av blått lys etter hvert som spenningen øker. Dette er nærmere vist på fig. 9a-c, hvor fig. 9a viser spektralkarakteristikken og intensiteten ved en påtrykt spenning Ve på 5 volt. Emisjonen finner hovedsakelig sted i form av rødt lys med en spektraltopp på ca. 630 nm. Nyttefaktoren er her 100%. På fig. 9b er spenningen øket til 16 volt og nyttefaktoren er redusert til 50%. Det vil ses at den lysemitterende polymerdiode fortsatt beholder emisjonstoppen på ca. 630 nm, men får samtidig en tiltagende emisjon av blått lys på ca. 400 nm. Ved en påtrykt spenning på 21 volt med en nyttefaktor på 20% er emisjonen på bølgelengder over ca. 530 nm kraftig redusert, og det fås hovedsakelig en emisjonstopp av blått lys med høy intensitet og sentrert på ca. 430 nm, slik det er vist på fig. 9c. Den spenningsstyrte emitter, dvs. den lysemitterende polymerdiode som beskrevet i ovennevnte internasjonale patentsøknad W095/31515, inneholder en rekke fysisk adskilte lysemitterende domener 9, 9', slik det er vist både på fig. 8 og på fig. 10, som kan betraktes som et skjematisk snitt gjennom emittersjiktet /2. Domenene 9, 9' er innleiret i en gjennomsiktig grunnmasse 8 som eksempelvis selv kan være polymer, og hvert domene 9, 9' inneholder bare en type av lysemitterende polymer, dvs. enten med et smalt båndgap som emitterer hovedsakelig i gult eller rødt (eksempelvis 9) eller med et bredt båndgap som emitterer i blått (eksempelvis 9'). Dersom domenene 9, 9' var store og befant seg på forholdsvis stor innbyrdes avstand, kunne dette forårsake problemer på grunn av upredikerbar og ujevn lysemisjon fra den lysemitterende diode og med visse optiske strålegeometrier gi en dårlig romlig overlapping mellom henholdsvis rødt og blått lys som treffer et gitt midtsted i bakteriorodopsin-strukturen. Eksperimentelle undersøkelser, jf. ovennevnte W095/31515, har vist at det for tiden i hvertfall er mulig å oppnå typiske dimensjoner og avstander mellom domenene i et område fra noen få 10-nm og opptil noen få 100-nm, slik at skalafaktoren for polymersjiktets eller grunnmassens 8 tykkelse svarer til domenetverrsnittet, da domenene jo må kontaktere elektrodene 4, 4' på grunnmassens overflater. Virkninger som skyldes spatialt diskretisert lysemisjon, vil derfor bare være merkbare med meget små lysemitterende polymerdioder, typisk i en skala på noen få nanometer. På den annen side er det også indikasjoner på at størrelsen av de lysemitterende polymerdioder 2 kan reduseres betraktelig ved å minske utstrekningen av domenene 9, 9', slik at eventuelle ugunstige spatiale effekter unngås selv ved en utstrekning av de lysemitterende diodene på ca. 10 nm eller deromkring. Tykkelsen av emittersjiktet l2 vil da være komparabelt, og det følger derav at det i hvertfall i teorien vil være mulig å realisere optisk logiske elementer i henhold til den foreliggende oppfinnelse med en utstrekning på høyst noen få nm og en tilsvarende tykkelse.

Den fotovoltaiske eller fotokonduktive detektor 3 er utført tilsvarende emitteren 2 eller fargelyskilden, nemlig ved bruk av tilsvarende polymerdioder som vist på fig. 8 og med domenene nå som lysabsorberende, slik at en detektert variasjon i lysintensiteten spektralavhengig vil generere signalspenningen eller detektorens utgangspenning Vd på elektrodene 4, 4'. Likeledes må detektoren 3 i dette tilfelle være avstemt til emitterens 2 spektralegenskaper. Også for detektoren 3 fås de samme skalafaktorer som for den lysemitterende polymerdiode 2, idet domenenes 9, 9' dimensjoner bestemmer sjikttykkelsen. Innlysende må sjikttykkelsen være kompatibel med domenetverrsnittet, slik at kontaktering til elektrodene 5, 5' oppnås.

Det vil ses at det optisk logiske element OLE som er beskrevet med henvisning til bruk av et lysfølsomt organisk materiale, nemlig bakteriorodopsin og lysemitterende polymerdioder, er utført proksimitetsadresserbart, og man unngår de begrensninger av skalafaktorene som ville foreligge dersom lyset ble ført til det lysfølsomme organiske materiale gjennom optisk aktive strukturer i form av refraktive eller diffraktive elementer anordnet utenfor bakteriorodopsinstrukturen og mellom denne og emitteren. I så fall vil det optisk logiske elements størrelse være begrenset av bølgelengden til den benyttede lysstråling.

En optisk logisk innretning OLD i henhold til oppfinnelsen skal nå omtales med henvisning til figurene 11-17.

Fig. 11 viser en utførelse hvor den optisk logiske innretning er dannet i form av en todimensjonal matrise eller struktur Sn av optisk logiske elementer OLE og gjengir et snitt gjennom en rad av slike optisk logiske elementer, her eksemplifisert ved de optiske logiske elementer OLEu og OLE i„ i m n-matrise og med m = n = 5 i dette tilfelle. Fig. 12 viser en optisk logisk innretning i henhold til oppfinnelsen, hvor todimensjonale matriser eller strukturer Si,..., Sx av optisk logiske elementer OLE er stablet lagvis, slik at den todimensjonale matrise av optisk logiske elementer utgjør en flatelegemestruktur S i en volumetrisk optisk logisk innretning OLD. Den optiske logiske innretning OLD realiseres dermed som en tredimensjonal matrise, eksempelvis med m n x logiske elementer, idet x er antall stablede strukturer S. På fig. 12 som skjematisk viser et snitt gjennom sammenhengende stablede rader av matrisene som danner strukturene S, eksempelvis raden m = 1 i m n matrisen, er to optisk logiske elementer OLE i strukturen S| betegnet som OLEM resp. OLE[n. Som vist på 12, omfatter den optisk logiske innretning OLD fem slike strukturer S, slik at x = 5, og fig. 12 kan dermed anses å gjengi en volumetrisk optisk logisk innretning med 5 5 5 = 125 optisk logiske elementer OLE. Mellom hver av strukturene er det anordnet et optisk, termisk eller elektrisk isolerende sjikt /5.

I en variant av den optisk logiske innretning OLD kan grupper av optisk logiske elementer OLE, eksempelvis i form av rader, søyler eller undermatriser av m n matrisen være tilordnet en felles optisk detektor 3 som dekker samtlige logiske elementer i gruppen, slik det er vist på fig. 13.

Som vist på fig. 14, kan hver struktur omfatte et eller flere sjikt Is som integrert rommer elektroder 4, 4' og elektriske ledere 5.5' tilordnet de optisk logiske elementer OLE som inngår i strukturen S og benyttet til aksessering og adressering av den optisk logiske innretning OLD. Som vist på fig. 14, kan lederne 5, 5' være anordnet innbyrdes ortogonale, slik at elektrodene 4, 4' vil i det tilfelle kunne realiseres ved krysningspunktet mellom lederne 5, 5' i hvert optisk logiske element OLE, eksempelvis slik at det henholdsvis dannes en diodestruktur i sjiktene l2 og h mellom krysningspunktet til lederne 5, 5'.

Anordningen av proksimitetsadresserbare optisk logiske elementer i en matrise er vist i perspektiv på fig. 15, hvor de enkelte lag i matrisen, nemlig aktivatorsjiktet /2, minnematerialesjiktet l\ og detektorsjiktet /3 som danner de optisk logiske elementer OLE, er vist utspilt. Matrisen består av m n logiske elementer OLE og er på fig. 15 i realiteten vist som en 5 5-matrise. På aktivatorsjiktet 12 er det anordnet ledere 5, 5', jf. fig. 14, og det fås en elektrode 4, 4' i hvert krysningspunkt mellom lederne 5, 5' ved at de påtrykkes en spenning. Dersom aktivatoren 2 er en lysemitterende diode, vil den nå sende ut lys som påvirker et minnemateriale i form av lysfølsomt organisk materiale, eksempelvis bakteriorodopsin i sjiktet /j. Deteksjonen finner sted i detektorsjiktet /2, hvor det ved belysning i hvert krysningspunkt mellom de anordnede ledere 5, 5' i dette tilfelle tilsvarende fås en lysabsorberende detektordiode 3. Det optisk logiske element som på denne måte dannes, er vist som OLE]3, og hvert av sjiktene l\, l2, h eller matrisene er i det foreliggende tilfelle for enkelthets skyld er vist som en 5 5-matrise.

Den optisk logiske innretning som er vist på fig. 15, kan nå benyttes til å danne en volumetrisk optisk logisk innretning, bestående av strukturer S i form av en rekke lag eller matriser, Si,...,Sx. En slik optisk logisk innretning OLD er vist i snitt på fig. 16, og i hvert enkelt lag S er det anordnet et aktivatorsjikt /2, et minnematerialsjikt /] og et detektorsjikt /3. Som på fig. 15, er det anordnet ledere 5, 5', her vist integrert i sjikt /g, og det optisk logiske element OLE vil få dannet elektroder mellom krysningspunktene til lederne 5, 5'. Mellom hver av strukturene S og eventuelt også på oversiden og undersiden av innretningen OLD kan det være anordnet et optisk termisk eller elektrisk isolerende sjikt /5. Innretningen som vist på fig. 16, er for enkelthets skyld antydet utført som en terning med 5 5 5 optisk logiske elementer, altså 125 i alt. Utstrekningen av et optisk logisk element OLEn innenfor strukturen Si er vist og kan tilsvare det optisk logiske element OLEo som vist på fig. 15.

Da hvert at de optisk logiske elementer OLE proksimitetsadresseres, dvs. at både emitter og detektor er anordnet tilstøtende det lysfølsomme organiske materiale og befinner seg inne i innretningen, er det bare et praktisk spørsmål hvor mange elementer en m n-matrise kan omfatte og hvor mange strukturer S som kan stables opp på hverandre.

I en optisk logiske innretning OLD basert på bruk av

proksimitetsadresserbare optisk logiske elementer OLE i henhold til den

foreliggende oppfinnelse som vist på fig. 11-12 er den eneste begrensing i den skalafaktoren i hvertfall i teorien de molekylære dimensjoner til minnematerialet 1, dersom det benyttes et lysfølsomt konformasjonsreaktivt materiale, samt den realiserbare minste utstrekning av den tilordnede aktivator 2 og detektor 3. Ved bruk av lysemitterende polymerdioder indikerer praktisk forsøk at det for tiden kan realiseres optisk logiske elementer med en utstrekning på noen få ti-nanometre, og tilsvarende små lederstrukturer for elektrodene for emittere og detektorer, slik at det realistiske areal av det optisk logiske element kan utgjøre mellom 2500 nm og 10 000 nm<2>.1 verste tilfelle utgjør dette 10<10> optisk logiske elementer pr. cm<2> og realisert volumetrisk med en tilsvarende sjikttykkelse, vil det i en optisk logisk innretning i henhold til oppfinnelsen kunne oppnås 10<15 >proksimitetsadresserbare optisk logiske elementer i 1 cm<3>. Det er ansett som mulig å oppnå en lineær skalaforbedring av én størrelsesorden, og det vil da kunne la seg realisere 10 1 Q optisk logiske elementer i henhold til den foreliggende oppfinnelse i 1 cm<3>. For å gi en antydning om lagringskapasiteten til en slik optisk logisk innretning realisert som en optisk hukommelse, kan det antydes at den tilsvarer lagring av IO<14> ordinære boksider, hvilket skulle være tilstrekkelig for de fleste typer av arkival lagring.

Fig. 17 viser skjematisk et opplegg for å adressere en enkel struktur S\ i den optisk logiske innretning OLD i henhold til oppfinnelsen. For enkelthets skyld viser fig. 17 strukturen Si i form av en 5 5-matrise, altså med 25 logiske elementer. For hver rad respektive søyle i matrisen er det anordnet elektriske ledere 5, 5' i en ortogonal konfigurasjon, slik at det optisk logiske element kan aksesseres og adresseres ved skjæringspunktene mellom lederne 5, 5'. Med dette opplegget vil det også være mulig å adressere og aktivere samtlige optisk logiske elementer OLE. Lederne 5, 5' er forbundet med respektive driverkretser 10, 11 som over et grensesnitt 12 står i forbindelse med en hovedbuss 13 som på fig. 17 er vist i snitt og ført vertikalt på tegningsplanet, slik at den står i forbindelse med samtlige strukturer S som inngår i den optisk logiske innretning OLD. Hensiktsmessig kan adresseringen foregå i et hierarkisk opplegg som entydig kan adressere den optiske logiske innretning OLD eksempelvis på strukturnivå, eller funksjonelt samvirkende grupper av optisk logiske elementer OLE i hver struktur S eller et enkelt optisk logisk element OLE i strukturen S. Fagfolk vil innse at det finnes en rekke muligheter for å realisere aksessering og adressering av en volumetrisk, optisk logisk innretning i proksimitet, og at parallell aksessering og adressering også vil kunne implementeres ved å benytte multipleksede kommunikasjonslinjer. Aksessering- og adresseringsopplegget utgjør imidlertid ikke noen del av den foreliggende oppfinnelse og skal derfor ikke omtales nærmere her.

Den optisk logiske innretning OLD i henhold til oppfinnelsen er ikke bare egnet til lagring av data, men kan også realiseres som en innretning for behandling av data. Med behandling av data skal det i dette tilfellet forstås at de optiske logiske elementer kombineres i optisk logiske nettverk for å utføre logiske operasjoner og med bruk av optisk logiske porter og optisk logiske portkretser som realiserer disse funksjonene, eller i aritmetiske kretser for å utføre binære aritmetiske operasjoner realisert med bruk av aritmetiske registre basert på binær logikk. Grupper av logiske elementer OLE i en struktur S vil da kunne være konfigurert som minneregistre, logiske registre og aritmetiske registre, idet hvert logiske element OLE i et register og hvert register kan aksesseres og adresseres individuelt. Samlet kan registrene konfigureres til en optisk dataprosessor. Denne optiske datateknologi er analog til konvensjonell datateknologi basert på halvlederkomponenter og kjent for fagfolk på området. I den forbindelse kan det eksempelvis henvises til Alastair D. McAulay, "Optical Computer Architectures. The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers", John Wiley & Sons

(1991), særlig "Part II: Subsystems for Optical Computing", pp. 127-342.

De optisk logiske elementer OLE i henhold til oppfinnelsen lar seg i en optisk logisk innretning OLD som skal benyttes til databehandling, kombinere til logiske kretser som eksempelvis kan utføre samtlige mulige seksten boolske logiske funksjoner av to binære variable, hva enten det som minnemateriale benyttes et elektronfellemateriale eller et lysfølsomt konfirmasjonsreaktivt materiale som bakteriorodopsin. En kombinasjon av fire optisk logiske elementer OLE som realiserer disse seksten boolske funksjoner er vist på fig. 18, dannet som 2 2-matrise med logisk 0 skravert og logisk 1 uskravert. Disse seksten boolske funksjoner av to binære variabler er vist i tabell I, mens tabell II viser hvordan boolske funksjoner genereres ved kombinasjon av logiske operasjoner.

Det skal nå med henvisning til tabell III angis hvordan en del boolske logiske funksjoner av to binære variable realiseres ved hjelp av optisk logiske elementer OLE hvor minnematerialet 1 er et elektronfellemateriale. I dette tilfelle bringes elektronfellematerialet til en felletilstand ved bestråling med blått lys. Påfølgende bestråling med rødt lys frigjør de fangede elektroner og det sendes ut oransje lys. Aktivatoren 2 vil i dette tilfelle være utført som to separate, adresserbare strålingsemitterende organer, eksempelvis i form av en spenningsavstembar, lysemitterende diode. Det kan nå benyttes et båndpassfilter som kan være anordnet i form av et sjikt mellom minnematerialet 1, dvs. elektronfellematerialet, og detektoren 3, slik at blått og rødt lys blokkeres. Dermed blir bare det stimulerte oransje fluorescens lys detektert.

Benyttes bakteriorodopsin som minnemateriale, vil minnematerialet i dette tilfellet tilkjennegi sine forskjellige logiske tilstander ved forandringer i den optiske transmissivitet, slik at deteksjonen skjer i absorpsjonsmodus og ikke i emisjonsmodus som ved fluorescens. Et eksempel på realisering av en del boolske logiske funksjoner av to variable er vist i tabell IV, hvor det er antatt at det benyttes en fotosyklus for bakteriorodopsin hvor molekylene svitsjes mellom grunntilstanden bR og den metastabile M-tilstand. Bestråling av bR-tilstanden med gult lys frembringer en overgang til M-tilstanden som absorberer blått lys, mens en bestråling med blått lys i M-tilstanden bringer bakteriorodopsinmolekylene tilbake til grunntilstanden bR. Molekyltilstanden kan overvåkes ved måling av absorpsjonen av blått lys med bruk av en svak blå sondestråle. Ved opplegget vist i tabell IV, vil det dersom det benyttes blått lys både til forbehandlingstrinnet og inngangssignalet såvel som for utgangssignalet, være nødvendig å foreta diskriminering ved tidssekvensering. Fotosyklusen som involverer M-tilstanden er delvis termisk drevet med tidskonstanter tp som kan utgjøre flere millisekunder. For å oppnå høye totale prosesseringshastigheter er det nødvendig at de optisk logiske elementer OLE i den optisk logiske innretning OLD eller grupper av slike optisk logiske elementer OLE adresseres i parallell. Bruk av bakteriorodopsin som minnemateriale 1 gir imidlertid flere muligheter til å realisere logiske kretser basert på bruk av det optisk logiske element OLE i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Det kan nevnes at både behandlingen av bR-tilstanden med bruk av gult lys og behandlingen av M-tilstanden med bruk av blått lys er fotokjemiske reaksjoner, dvs. at de drives av fotoner, og at svitsjehastigheten i hvert tilfelle hovedsakelig avhenger av intensiteten til den benyttede lysstråling. Det er også mulig å benytte svitsjing mellom f.eks. grunntilstanden bR- og K-tilstanden, en overgang som skjer svært raskt (xv~ 10 ps). Etter absorpsjon av blått lys i bR-tilstanden drives molekylet over K-tilstanden via en mellomtilstand J i løpet av noen få pikosekunder. K-tilstanden absorberer på en bølgelengde som er forskjøvet sammenlignet med absorpsjonsbølgelengden til bR-tilstanden, nemlig på en bølgelengde på 590 nm, og kan vende tilbake til bR-tilstanden ved en meget hurtig fotoindusert prosess av høyst noen nanosekunders varighet. Ved bruk av bakteriorodopsin som minnemateriale kan det også være attraktivt å benytte den langtidsstabile Q-tilstand som inngår i den ovenfor omtalte grenreaksjon av bakteriorodopsinets fotosyklus. Bruk av henholdsvis grunntilstanden bR og Q-tilstanden vil gi en høy spektralisolasjon mellom inngangslys (skrivelys) og sondelys (leselys) såvel som en enkel og direkte implementering av logiske kretser som realiserer boolske funksjoner. En mulig ulempe er den forholdsvis lave syklushastighet mellom tilstandene, men ved igjen å realisere den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen med mulighet for adressering i massiv parallellisme, vil det kunne oppnås meget høye datarater.

Skal den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen realiseres som en optisk dataprosessor, innebærer dette at det må kunne realiseres aritmetiske registre som utfører binære aritmetiske operasjoner. Et eksempel på en parallell algoritme for firebits heladdisjon er vist på fig. 19 og vil la seg kunne realisere av logiske porter med minnemateriale basert på eksempelvis et elektronfellemateriale eller bakteriorodopsin, jf. fig. 18. En binær halvadderer består ganske enkelt av en EKSKLUSIV-ELLER-port for summen og en OG-port for menten. For å realisere en heladdisjon må menten fra halvaddisjonen av den mindre signifikante bit tas i betraktning. Derfor er det nødendig med logiske porter med tre innganger. Dette ville ekskludere bruken av optisk logiske elementer OLE i henhold til den foreliggende oppfinnelse, da de bare har to innganger for en logiske operasjon. For å overvinne dette problemet kan det benyttes en iterativ parallellstrøm-algoritme, og et eksempel på en firebits addisjon som bare trenger fire iterasjoner er således gjengitt på fig. 19. Fordelen med denne algoritmen er at en serie av skift- og logikkoperasjoner kan gjentatt utføres med bruk av det samme optisk logiske element med to innganger, det vil si i tilfellet av elektronfellematrialer eller bakteriorodopsin med lys på to bølgelengder. Parallelle logiske operasjoner EKSKLUSIV-ELLER og OG kan utføres av et optisk logisk element. Det skiftede mellomutgangssignal kan alternativt mates tilbake til den logiske innretning over detektoren og adresseringssystemet for å pådra det optisk logiske element med lys på inngangsbølgelengdene. Det er antatt at et heloptisk system i hvertfall kan la seg realisere basert på detter prinsipp med bruk av optisk logiske elementer OLE og hvor minnematerialet enten er et elektronfellemateriale eller et konformasjonsreaktivt materiale som kan gjennomgå en fotosyklus så som bakteriorodopsin, dersom aktivatoren er en lysemitterende, bølgelengdeavstembar polymerdiode, slik dette er omtalt i det ovenstående.

De ovenfor anførte eksempler på realisering av boolske logiske funksjoner og en aritmetisk operasjon er naturligvis ment som eksempler, og fagfolk vil forstå at det innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse ikke bare vil være mulig å realisere slike operasjoner, men generelt alle logiske og aritmetisk operasjoner i binær logikk og med den optisk logiske innretning i henhold til oppfinnelsen konfigurert til en arkitektur som implementerer en optisk dataprosessor med stor kapasitet og hastighet. Det er heller ingenting i veien for å konfigurere en optisk logisk innretning OLD i henhold til den foreliggende oppfinnelse til en større datamaskin med en rekke prosessorer som kan adresseres og arbeide i massiv parallellisme. Implementeres prosessorene som systoliske serieprosessorer og benyttes det en dynamisk optimerbar nettverktopologi, vil bruken av proksimitetsadresserbare optisk logiske elementer i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilby en ytelse og kapasitet som ligger flere størrelsesordener over konvensjonell halvlederbasert teknologi og dertil også medføre fordeler som bare optisk basert datateknologi synes å være i stand til å realisere.

Claims

1. Optisk logisk element (OLE), spesielt et flertilstands, multistabilt optisk logisk element og enda mer spesielt et proksimitetsadresserbart optisk logisk element hvortil adressering finner sted direkte uten bruk av aktive eller passive optiske elementer, omfattende et optisk minnemateriale (1), hvor minnematerialet (1) under påvirkning av et påtrykket magnetisk, elektromagnetisk eller elektriske felt eller tilført energi kan gå over fra en fysisk eller kjemisk tilstand til en annen fysisk eller kjemisk tilstand, hvor en fysisk eller kjemisk tilstand er tilordnet en bestemt logisk verdi, og hvor en endring av det logiske elements fysiske eller kjemiske tilstand bevirker en endring i den logiske verdi og gjennomføres ved at det logiske element aksesseres og adresseres magnetisk, elektromagnetisk, elektrisk eller optisk for skriving, lesing, lagring, sletting og svitsjing av en tilordnet logisk verdi, karakterisert ved at minnematerialet (1) er anordnet i eller på en hovedsakelig sjiktlignende struktur, at en aktivator (2) som genererer et magnetisk, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller tilfører minnematerialet (1) energi, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, og at en optisk detektor (3) for deteksjon av minnematerialets optiske respons betinget av minnematerialets fysiske eller kjemiske tilstand, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, slik at det optisk logiske element (OLE) utgjør en av minnematerialet (1), aktivatoren (2) og detektoren (3) bestående enhetlig, integrert komponent.

2. Optisk logisk element (OLE) i henhold til krav 1, karakterisert ved at minnematerialet (1) er anordnet i form av et første sjikt at aktivatoren (2) er anordnet i form av et til det første sjikt (/i) tilstøtende annet sjikt (/2) og i ett med dette eller anordnet integrert i det første sjikt (/[), og at den optiske detektor (3) som detekterer tilstanden i minnematerialet (1), er anordnet i form av et til det første sjikt ( li) tilstøtende tredje sjikt (/3) og i ett med dette, slik at det optisk logiske element (OLE) utgjør nevnte integrerte komponent, bestående av minst tre respektive to sjikt h> h\ I\- > h)-

3. Optisk logiske element i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at minnematerialet (1) under påvirkning av det magnetiske, elektromagnetiske eller elektriske felt eller den tilførte energi kan gå over fra en tilstand til en annen og fra den annen tilstand vende tilbake til den første tilstand.

4. Optisk logisk element i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at minnematerialet (1) under påvirkning av det magnetiske, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller den tilførte energi kan gå over fra en tilstand til en annen, permanent stabil tilstand.

5. Optisk logisk element i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det optiske minnemateriale (1) er et elektronfellemateriale.

6. Optisk logisk element i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det optiske minnemateriale (1) er et fluorescerende materiale.

7. Optisk logisk element i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det optiske minnemateriale (1) er et konformasjonsreaktivt materiale.

8. Optisk logisk element i henhold til krav 2, karakterisert ved at hvert sjikt (/], l2, ly) omfatter en grunnmasse.

9. Optisk logisk element i henhold til krav 8, karakterisert ved at grunnmassen er optisk transparent.

10. Optisk logisk element i henhold til krav 8, karakterisert ved at grunnmassen består av ett eller flere polymermaterialer.

11. Optisk logisk element i henhold til krav 10, karakterisert ved at det i det annet ( l2) og tredje (/3) sjikt benyttes mer enn ett polymermateriale.

12. Optisk logisk element i henhold til krav 11, karakterisert ved at minst ett av polymermaterialene i det annet (/2) og/eller det tredje (/3) sjikt er et elektrisk ledende polymermateriale.

13. Optisk logisk element i henhold til krav 8, karakterisert ved at minnematerialet (1) er anordnet på eller innleiret i grunnmassen i det første sjikt (/j).

14. Optisk logisk element i henhold til krav 7, karakterisert ved at aktivatoren (2) er dannet av ett eller flere direkte eller indirekte strålingsemitterende organer (2i,...,2n), idet de strålingsemitterende organer er anordnet på eller innleiret i grunnmassen i det annet sjikt ( l2).

15. Optisk logisk element i henhold til krav 14, karakterisert ved at det strålingsemitterende organ (2) aksesseres og adresseres elektrisk.

16. Optisk logisk element i henhold til krav 15, karakterisert ved at det strålingsemitterende organ (2) er en lysemitterende diode.

17. Optisk logisk element i henhold til krav 16, karakterisert ved at den lysemitterende diode (2) er en polymerdiode.

18. Optisk logisk element i henhold til krav 15, karakterisert ved at det strålingsemitterende organ (2) er en halvlederlaser.

19. Optisk logisk element i henhold til krav 15, karakterisert ved at det strålingsemitterende organ (2) er frekvensavstembart, idet frekvensavstemningen skjer i forbindelse med en elektrisk adressering.

20. Optisk logisk element i henhold til krav 14, hvor det er anordnet mer enn ett strålingsemitterende organ (2), karakterisert ved at de strålingsemitterende organer (2i,...,2n) henholdsvis emitterer på forskjellige, forhåndsvalgte frekvenser.

21. Optisk logisk element i henhold til krav 14, hvor det strålingsemitterende organ (2) er et indirekte strålingsemitterende organ, karakterisert ved at det indirekte strålingsemitterende organ (2) er innrettet til å aktiveres av ekstern strålingskilde (2').

22. Optisk logisk element i henhold til krav 2, karakterisert ved at det optiske minnemateriale (1) er integrert med aktivatoren (2) til felles fysisk struktur, slik at det første (/i) og annet (/2) sjikt kombineres til et felles sjikt (/c).

23. Optisk logisk element i henhold til krav 22, karakterisert ved at aktivatoren (2) ved energitilførselen er innrettet til å destrueres og deretter selv utgjøre et minnemateriale i en permanent, stabil tilstand, eller integrert med minnematerialet (1) etterlater dette i samme permanente, stabile tilstand.

24. Optisk logisk element i henhold til krav 2, karakterisert veu at det annet sjikt (72) og det tredje sjikt (73) er anordnet på motsatte sider av det første sjikt (/]) og tilstøtende dette.

25. Optisk logisk element i henhold til krav 1, karakterisert ved at den optiske detektor (3) er en elektrisk aksesserbar og adresserbar optisk detektor.

26. Optisk logisk element i henhold til krav 15 og krav 25, karakterisert ved at det for den elektriske aksessering og adressering er anordnet elektroder (4, 4') og elektriske ledere (5, 5') integrert i det annet (/2) og det tredje sjikt (/3).

27. Optisk logisk element i henhold til krav 26, karakterisert ved at elektroder (4, 4') og elektriske ledere (5, 5') er basert på et elektrisk ledende polymermateriale.

28. Optisk logisk element i henhold til krav 2, karakterisert ved at tilstøtende det første sjikt (/j) eller integrert i dette er anordnet et ytterligere sjikt (/4) til generering av et elektrisk elt, idet det genererte elektrisk felt benyttes til å påvirke det optiske minnemateriales (1) respons i henholdsvis tidsdomenet, frekvensdomenet eller intensitetsdomenet.

29. Optisk logisk element i henhold til krav 28, karakterisert ved at det ytterligere sjikt (U) omfatter ett eller flere elektrisk ledende polymermaterialer.

30. Optisk logisk innretning (OLD), spesielt til lagring av data eller utførelse av logiske og aritmetiske operasjoner, hvor innretningen omfatter en rekke optisk logiske elementer (OLE), hvor de optisk logiske elementer (OLE) spesielt er flertilstands, multistabile optisk logisk elementer, og enda mer spesielt proksimitetsadresserbare optisk logisk elementer hvortil adressering finner sted direkte uten bruk av aktive eller passive optiske elementer, omfattende et optisk minnemateriale (1), hvor minnematerialet (1) under påvirkning av et påtrykket magnetisk, elektromagnetisk eller elektriske felt eller tilført energi kan gå over fra en fysisk eller kjemisk tilstand til en annen fysisk eller kjemisk tilstand, hvor en fysisk eller kjemisk tilstand er tilordnet en bestemt logisk verdi, og hvor en endring av det logiske elements fysiske eller kjemiske tilstand bevirker en endring i den logiske verdi og gjennomføres ved at det logiske element aksesseres og adresseres magnetisk, elektromagnetisk, elektrisk eller optisk for skriving, lesing, lagring, sletting og svitsjing av en tilordnet logisk verdi, karakterisert ved at minnematerialet (1) er anordnet i eller på en hovedsakelig sjiktlignende struktur, at en aktivator (2) som genererer et magnetisk, elektromagnetisk eller elektrisk felt eller tilfører minnematerialet (1) energi, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, åt en optisk detektor (3) for deteksjon av minnematerialets optiske respons betinget av minnematerialets fysiske eller kjemiske tilstand, er anordnet i eller tilstøtende den hovedsakelig sjiktlignende struktur og i ett med denne, slik at det optisk logiske element (OLE) utgjør en av minnematerialet (1), aktivatoren (2) og detektoren (3) bestående enhetlig, integrert komponent, at innretningen (OLD) omfatter minst en av to eller flere optisk logiske elementer dannet struktur (S), og at det optiske minnemateriale (1), aktivatoren (2) og detektoren (3) i hvert logiske element (OLE) i strukturen (S) går over i og er sammenhengende med minnematerialet, aktivatoren og detektoren i de omgivende logiske elementer (OLE) i strukturen (S), slik at strukturen (S) danner et plant eller krumt flatelegeme, idet hvert logiske element (OLE) i strukturen (S) har en entydig tilordning mellom minnematerialet (1) og aktivatoren (2) og en tilordning mellom minnematerialet (1) og den optiske detektor (3) for entydig deteksjon av en fysisk eller kjemisk tilstand i minnematerialet, slik at hvert logisk element (OLE) i strukturen (S) kan aksesseres og adresseres individuelt.

31. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at i hvert optisk logisk element (OLE) er minnematerialet (1) anordnet i form av et første sjikt (7j), aktivatoren (2) anordnet i form av et til det første sjikt ( l\) tilstøtende annet sjikt (/2) i ett med det første sjikt eller anordnet integrert i det første sjikt (/i), og den optiske detektor (3) som detekterer tilstanden i minnematerialet (1), anordnet i form av et til det første sjikt (l\) tilstøtende tredje sjikt (/3) i ett med det første sjikt, slik at det optisk logiske element (OLE) danner den integrerte komponent, bestående av minst tre respektive to sjikt (/j, /2, /3; l\, /3) og at hvert av sjiktene ( lu /2, /3) går over i og er sammenhengende med de tilsvarende sjikt (Zl5 /2, /3) i de omgivende logiske elementer (OLE), slik at strukturen danner et plant eller krumt flatelegeme av sammenhengende og innbyrdes tilstøtende respektive sjikt (/[, /2, /3; l\, l2).

32. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30 eller 31, karakterisert ved at hver struktur (S) har form av en tynn, fleksibel film.

33. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at den optisk logiske innretning (OLD) omfatter to eller flere innbyrdes sammenføyde strukturer (Si, Sx) stablet over hverandre, slik at den optisk logiske innretning (OLD) danner en av flere strukturer (S) integrert brikke- eller platelignende komponent.

34. Optisk logisk innretning i henhold til krav 33, karakterisert ved at det mellom hver stablet struktur (Si, Sx) er anordnet et optisk, termisk eller elektriske isolerende sjikt (/5).

35. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at to eller flere logiske elementer (OLE) som utgjør en i strukturen (S) sammenhengende gruppe er tilordnet en optisk detektor (3) som dekker samtlige logiske elementer i gruppen.

36. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at hver struktur (S) omfatter ett eller flere sjikt (76) med til hvert logiske element (OLE) tilordnede elektroder (4, 4') og elektriske ledere (5, 5') for aksessering og adressering av den optisk logiske innretning (OLD).

37. Optisk logisk innretning i henhold til krav 36, karakterisert ved at sjiktet eller sjiktene ( U) helt eller delvis er dannet av ett eller flere ledende polymermaterialer som integrert i sjiktet eller sjiktene (/6) danner elektrodene (4) og de elektriske ledere (5).

38. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at en struktur (S) i sin helhet eller delvis er konfigurert som en optisk hukommelse, idet hvert optisk logisk element (OLE) i hukommelsen utgjør et minneelement som kan aksesseres og adresseres individuelt.

39. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at en struktur (S) delvis er konfigurert som optisk logiske eller aritmetiske kretser, eller nettverk av slike kretser, idet hvert logisk element (OLE) i kretsene utgjør et svitsjeelement som kan aksesseres og adresseres individuelt.

40. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at grupper av de optisk logiske elementer (OLE) i en struktur (S) er konfigurert henholdsvis som minneregistre, logiske registre og aritmetiske registre, idet hvert optisk logisk element (OLE) i et register og hvert register kan aksesseres og adresseres individuelt, og slik at registrene samlet kan konfigureres til en optisk dataprosessor.

41. Optisk logisk innretning i henhold til krav 30, karakterisert ved at aksessering og adressering av de logiske elementer (OLE) skjer over til strukturen (S) tilordnede, multipleksede kommunikasjonslinjer.