JP2692591B2 - 光メモリ素子及びそれを用いた光回路 - Google Patents
光メモリ素子及びそれを用いた光回路Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
- G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
- G11B7/0045—Recording
- G11B7/00455—Recording involving reflectivity, absorption or colour changes
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
- G11B7/005—Reproducing
- G11B7/0052—Reproducing involving reflectivity, absorption or colour changes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Nanotechnology (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速で動作可能な光メ
モリ素子及びそれを用いた光回路に係る。特に次世代マ
ルチメディヤ通信やマイクロプロセッサインタコネクシ
ョン，光コンピュータ等の光信号通信の分野で用いられ
る光一時記憶素子，光クロック，光演算器等の光素子に
利用される。
モリ素子及びそれを用いた光回路に係る。特に次世代マ
ルチメディヤ通信やマイクロプロセッサインタコネクシ
ョン，光コンピュータ等の光信号通信の分野で用いられ
る光一時記憶素子，光クロック，光演算器等の光素子に
利用される。
【０００２】
【従来の技術】近年、大容量双方向光通信ネットワーク
への要求は高まる一方であって、より多くの人々の間で
の情報のやり取りのための手段が、２１世紀の社会資本
整備として国家規模で開発整備が進められようとしてい
る。このような新世紀の基幹技術実現には、より高速で
大容量の双方向的な情報処理技術を必要とし、従来のエ
レクトロニクスからその一部を光技術に置き換えたオプ
トエレクトロニクスへ、さらにはすべてを光技術化した
フォトニクスへと進歩の一途を辿っている。このような
光情報処理通信にとって、いかに高速でかつ単位時間あ
たりの信号量を多くするかが重要である。
への要求は高まる一方であって、より多くの人々の間で
の情報のやり取りのための手段が、２１世紀の社会資本
整備として国家規模で開発整備が進められようとしてい
る。このような新世紀の基幹技術実現には、より高速で
大容量の双方向的な情報処理技術を必要とし、従来のエ
レクトロニクスからその一部を光技術に置き換えたオプ
トエレクトロニクスへ、さらにはすべてを光技術化した
フォトニクスへと進歩の一途を辿っている。このような
光情報処理通信にとって、いかに高速でかつ単位時間あ
たりの信号量を多くするかが重要である。
【０００３】例えば、文献（金子和ら、「コンファレン
スレポート：ＣＬＥＯ／ＱＥＬＳ’９３報告III−半導
体レーザ，光通信，光デバイス」）によると、近年の光
通信における情報の大容量化の流れは主に以下の２通り
の方式に大別される。
スレポート：ＣＬＥＯ／ＱＥＬＳ’９３報告III−半導
体レーザ，光通信，光デバイス」）によると、近年の光
通信における情報の大容量化の流れは主に以下の２通り
の方式に大別される。
【０００４】その第１番目は、数マイクロ秒から数ナノ
秒の光パルスの中に異なった波長の光を混合して１パル
ス当たりの情報量を増加させた波長多重（WavelengthDi
vision Multiplexing, WDM）方式，別名光周波数多重
（Optical Frequency division Multiplexing）方式で
ある。
秒の光パルスの中に異なった波長の光を混合して１パル
ス当たりの情報量を増加させた波長多重（WavelengthDi
vision Multiplexing, WDM）方式，別名光周波数多重
（Optical Frequency division Multiplexing）方式で
ある。
【０００５】この方式では、送信したい電気信号に合わ
せて半導体レーザの発振周波数を高速で切り替えること
で光信号を形成し、伝送途中での光路切り替え等は主に
電気光学効果を用いた光素子を用いているため、光パル
スの変調に必要な光媒体の応答時間は電気信号回路の処
理時間に依存し、既存のシリコン，ゲルマニウム等の半
導体材料で光素子を作成することができる。
せて半導体レーザの発振周波数を高速で切り替えること
で光信号を形成し、伝送途中での光路切り替え等は主に
電気光学効果を用いた光素子を用いているため、光パル
スの変調に必要な光媒体の応答時間は電気信号回路の処
理時間に依存し、既存のシリコン，ゲルマニウム等の半
導体材料で光素子を作成することができる。
【０００６】しかしながら、異なる波長の光を１つのパ
ルスの中で長距離にわたり伝送するために、群速度分散
に由来する光信号波形の乱れや、中継基地での光増幅の
不均一性等の問題があり、多重化できる信号量に限界が
ある。
ルスの中で長距離にわたり伝送するために、群速度分散
に由来する光信号波形の乱れや、中継基地での光増幅の
不均一性等の問題があり、多重化できる信号量に限界が
ある。
【０００７】そこで、情報の大容量化の第２番目の方式
として、より短い光パルスを高速で送受信する時分割方
式が検討されている。この方式では、数ピコ秒の光短パ
ルスを一定の時間間隔で連続的に伝送する光パルス列と
して光信号を送るために、波長多重方式で問題となる波
形の乱れや光増幅時の不均一化がなく、デジタル信号処
理が容易であるため、長距離伝送しても信号の読み取り
誤り等の問題がなく、高速で大容量の正確な情報通信に
適している。
として、より短い光パルスを高速で送受信する時分割方
式が検討されている。この方式では、数ピコ秒の光短パ
ルスを一定の時間間隔で連続的に伝送する光パルス列と
して光信号を送るために、波長多重方式で問題となる波
形の乱れや光増幅時の不均一化がなく、デジタル信号処
理が容易であるため、長距離伝送しても信号の読み取り
誤り等の問題がなく、高速で大容量の正確な情報通信に
適している。
【０００８】この方式が実用化されるためには、より高
速の光信号発生器や光路切り替え器，光信号読み取り器
等の光素子や、それらを高密度に並列的に配置して同期
的に作動する光システム等が必要となり、その基本とな
る光素子は高速で応答可能な光媒体に依存する。
速の光信号発生器や光路切り替え器，光信号読み取り器
等の光素子や、それらを高密度に並列的に配置して同期
的に作動する光システム等が必要となり、その基本とな
る光素子は高速で応答可能な光媒体に依存する。
【０００９】このような媒体は、光パルスに対する応答
速度が高々数ナノ秒と遅い従来のシリコン等の媒体では
達成されず、ガリウム砒素の半導体超格子のような低次
元系材料により数百から数十ピコ秒の高速応答が達成さ
れている。また、ポリジアセチレンのような共役系有機
化合物では数ピコ秒以下のさらなる高速応答が実現され
ており、その駆動光量やプロセス化技術の進歩により新
しい光素子の実現が期待できる。
速度が高々数ナノ秒と遅い従来のシリコン等の媒体では
達成されず、ガリウム砒素の半導体超格子のような低次
元系材料により数百から数十ピコ秒の高速応答が達成さ
れている。また、ポリジアセチレンのような共役系有機
化合物では数ピコ秒以下のさらなる高速応答が実現され
ており、その駆動光量やプロセス化技術の進歩により新
しい光素子の実現が期待できる。
【００１０】かかる高速応答性は物質の非線形光学効果
と密接に関連している。非線形光学効果とは、レーザの
ように強い光が物質に照射した時に光の電場強度の２
乗，３乗と高次のべき乗に比例して物質中に電子分極を
発生する現象である。物質の非線形光学効果による高速
応答性はこのようなレーザ光照射により物質中の電荷分
布が変化し、新たな分極が高速に発生する。すなわち、
入射光の電場強度をＥ，誘起される物質の分極をＰとす
ると、両者の関係は以下の式で示される。
と密接に関連している。非線形光学効果とは、レーザの
ように強い光が物質に照射した時に光の電場強度の２
乗，３乗と高次のべき乗に比例して物質中に電子分極を
発生する現象である。物質の非線形光学効果による高速
応答性はこのようなレーザ光照射により物質中の電荷分
布が変化し、新たな分極が高速に発生する。すなわち、
入射光の電場強度をＥ，誘起される物質の分極をＰとす
ると、両者の関係は以下の式で示される。
【００１１】Ｐ＝ｘ１Ｅ＋ｘ２Ｅ2＋ｘ３Ｅ3＋… ここで、ｘ１，ｘ２，ｘ３…はそれぞれ１次，２次，３
次，…の電気感受率と呼ばれる係数で、２次以上の項が
関与する効果を非線形光学効果と呼ぶ。通常は高次項ほ
ど係数が小さいため、強いレーザ光を用いないとその効
果を確認することはできない。また、２次，４次、等の
偶数次の効果は物質の分極の単位となる原子や分子自身
やそれらの物質中での配列が中心対称性を有するときに
は誘起される分極が相殺されるため、この次数の非線形
光学効果はガラスファイバ等の中心対称性物質には見ら
れない。このような分極の結果として入射光の周波数と
は異なる周波数の新たな光が発生したり、物質の屈折率
や吸収係数が入射光量に比例して変化したりする。
次，…の電気感受率と呼ばれる係数で、２次以上の項が
関与する効果を非線形光学効果と呼ぶ。通常は高次項ほ
ど係数が小さいため、強いレーザ光を用いないとその効
果を確認することはできない。また、２次，４次、等の
偶数次の効果は物質の分極の単位となる原子や分子自身
やそれらの物質中での配列が中心対称性を有するときに
は誘起される分極が相殺されるため、この次数の非線形
光学効果はガラスファイバ等の中心対称性物質には見ら
れない。このような分極の結果として入射光の周波数と
は異なる周波数の新たな光が発生したり、物質の屈折率
や吸収係数が入射光量に比例して変化したりする。
【００１２】実際上光スイッチに関連している効果は３
次非線形感受率であり、その値の大きな物質ほど少ない
入力光量で機能発現可能となる。すなわち、光照射前の
物質の屈折率をｎ0 ，入射光量をＩ，光入射時の屈折率
をｎとすると、これらは以下の式で示される。
次非線形感受率であり、その値の大きな物質ほど少ない
入力光量で機能発現可能となる。すなわち、光照射前の
物質の屈折率をｎ0 ，入射光量をＩ，光入射時の屈折率
をｎとすると、これらは以下の式で示される。
【００１３】ｎ＝ｎ0＋ｎ2Ｉ ここで、ｎ2は非線形屈折率と呼ばれ、ｎ2をcm2／Ｗ 単
位で表すと３次非線形感受率ｘ３（ｅｓｕ単位）と以下
の式で対応している。
位で表すと３次非線形感受率ｘ３（ｅｓｕ単位）と以下
の式で対応している。
【００１４】ｎ2＝１.６×１０8π2ｘ３／ｃｎ0 2 その物質を透過する光は屈折角や反射角，透過率や反射
率が変化することで光路切り替えや光変調，光シャッタ
等の機能が実現される。この分極は光または熱により消
失するまで物質中に残存するため、高速の光スイッチに
は入射光が透過後速やかにその分極が消失する物質でな
ければならない。この効果は式が示すように、入射光量
が多いほど大きな値となる。そこでこのような物質の透
過光の一部を再度入射したり、物質に共振器ミラーを取
り付けたりすることで物質中の光量を帰還的に増大させ
ると、特定のしきい値光量を超えると急速に物質中の光
が増加し、極端にスイッチング効果が現れる。逆に、一
定値以上の光で光スイッチを作動させた後、入力光を徐
々に減少させると、再びしきい値光量以下になった時に
物質を透過する光は急速に減少する。
率が変化することで光路切り替えや光変調，光シャッタ
等の機能が実現される。この分極は光または熱により消
失するまで物質中に残存するため、高速の光スイッチに
は入射光が透過後速やかにその分極が消失する物質でな
ければならない。この効果は式が示すように、入射光量
が多いほど大きな値となる。そこでこのような物質の透
過光の一部を再度入射したり、物質に共振器ミラーを取
り付けたりすることで物質中の光量を帰還的に増大させ
ると、特定のしきい値光量を超えると急速に物質中の光
が増加し、極端にスイッチング効果が現れる。逆に、一
定値以上の光で光スイッチを作動させた後、入力光を徐
々に減少させると、再びしきい値光量以下になった時に
物質を透過する光は急速に減少する。
【００１５】このようなしきい値光量を境とした２つの
透過光量の２状態が存在することは光双安定性と呼ばれ
る。この光双安定現象を利用し、例えば低透過状態をオ
フ状態，高透過状態をオン状態と定めると入射光量の変
化により、高速で２状態間をスイッチさせることができ
る。すなわち、３次非線形光学効果を用いた光双安定性
光スイッチの物質の基本は物質の３次非線形光学感受率
と光分極の緩和に依存し、非線形屈折率ｎ2 が大きい程
高感度にオンオフできるかが決り、かつ一度光により分
極された状態をいかに速く解消できるかにより光双安定
現象を用いた光スイッチの高速駆動性が決定される。実
際の光による信号伝達処理系では少ない信号光によりス
イッチを駆動させるため、しきい値光量近くまで一定の
バイアス光を入力し、信号光の有無で全入力光量をしき
い値前後で変化させる必要がある。
透過光量の２状態が存在することは光双安定性と呼ばれ
る。この光双安定現象を利用し、例えば低透過状態をオ
フ状態，高透過状態をオン状態と定めると入射光量の変
化により、高速で２状態間をスイッチさせることができ
る。すなわち、３次非線形光学効果を用いた光双安定性
光スイッチの物質の基本は物質の３次非線形光学感受率
と光分極の緩和に依存し、非線形屈折率ｎ2 が大きい程
高感度にオンオフできるかが決り、かつ一度光により分
極された状態をいかに速く解消できるかにより光双安定
現象を用いた光スイッチの高速駆動性が決定される。実
際の光による信号伝達処理系では少ない信号光によりス
イッチを駆動させるため、しきい値光量近くまで一定の
バイアス光を入力し、信号光の有無で全入力光量をしき
い値前後で変化させる必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、３次非
線形光学効果を用いた光双安定スイッチは従来の電気系
スイッチでは実現不可能な高速駆動が可能であり、次世
代の大容量高速光通信への利用期待感が高まっている。
線形光学効果を用いた光双安定スイッチは従来の電気系
スイッチでは実現不可能な高速駆動が可能であり、次世
代の大容量高速光通信への利用期待感が高まっている。
【００１７】しかしながら、これまでのところ実際の光
情報処理系では最初の情報作成は従来の電子回路を中心
としたコンピュータにより行われ、その信号を半導体レ
ーザ等の発光素子で光パルス化して電気／光変換し、そ
れを光ファイバ中を伝達させるために、一層の大容量光
通信のためには電気／光変換素子を多数並列化し、１本
の光ファイバ中に集約する必要がある。独立した電気／
光変換素子からの光信号を規則正しく並列化するために
は各電気／光変換素子間で一定の同期信号を交換する必
要があり、短い光パルスを扱う場合はそのパルス時間に
相当する精度での同期手段を必要とする。
情報処理系では最初の情報作成は従来の電子回路を中心
としたコンピュータにより行われ、その信号を半導体レ
ーザ等の発光素子で光パルス化して電気／光変換し、そ
れを光ファイバ中を伝達させるために、一層の大容量光
通信のためには電気／光変換素子を多数並列化し、１本
の光ファイバ中に集約する必要がある。独立した電気／
光変換素子からの光信号を規則正しく並列化するために
は各電気／光変換素子間で一定の同期信号を交換する必
要があり、短い光パルスを扱う場合はそのパルス時間に
相当する精度での同期手段を必要とする。
【００１８】さらに、上述の光スイッチを用いた単純な
光路切り替えだけでなく、複数個の光スイッチを組み合
わせて種々の論理和等の光信号処理を行う場合も、各光
スイッチ間の動作を同期させる手段を必要とする。すな
わち、各素子に到達した光信号を一定時間保持し、基準
となるクロック信号に合わせて規則的に送信できるよう
な特殊な光メモリ機能が求められる。
光路切り替えだけでなく、複数個の光スイッチを組み合
わせて種々の論理和等の光信号処理を行う場合も、各光
スイッチ間の動作を同期させる手段を必要とする。すな
わち、各素子に到達した光信号を一定時間保持し、基準
となるクロック信号に合わせて規則的に送信できるよう
な特殊な光メモリ機能が求められる。
【００１９】上述の光双安定スイッチは信号光の入力で
しきい値光量を越え、スイッチをオン状態にすることは
できても、任意の時間に高速でオフ状態にする手段がな
かった。すなわち、バイアス光を用いることなく作動さ
せる光双安定スイッチの場合、信号光が透過しきるとオ
フ状態に戻るためメモリ性はなく、バイアス光を用いる
時はバイアス光そのものを高速で一度停止する必要があ
った。このため光源の半導体レーザそのものを高速でオ
ンオフさせる必要があり、ピコ秒以下の高速動作させる
ことはできなかった。
しきい値光量を越え、スイッチをオン状態にすることは
できても、任意の時間に高速でオフ状態にする手段がな
かった。すなわち、バイアス光を用いることなく作動さ
せる光双安定スイッチの場合、信号光が透過しきるとオ
フ状態に戻るためメモリ性はなく、バイアス光を用いる
時はバイアス光そのものを高速で一度停止する必要があ
った。このため光源の半導体レーザそのものを高速でオ
ンオフさせる必要があり、ピコ秒以下の高速動作させる
ことはできなかった。
【００２０】また、従来複数の電気／光素子間の同期に
は電気信号による制御が行われていたが、数ピコ秒以下
の光パルスによる超高速光信号制御には対応できなかっ
た。したがって、超短光パルスを高密度に伝達する光通
信を行うことができなかった。
は電気信号による制御が行われていたが、数ピコ秒以下
の光パルスによる超高速光信号制御には対応できなかっ
た。したがって、超短光パルスを高密度に伝達する光通
信を行うことができなかった。
【００２１】さらに、このような超高速光信号制御に必
要なピコ秒以下の光パルスを発生させるには巨大なレー
ザシステムを必要とし、簡便に発生させる手段がなかっ
た。本発明の目的は、以上のような課題を解決する高速
光パルス信号処理に必要な光メモリを提供することにあ
る。さらには、本発明の光メモリを用いた光回路，大容
量光送受信機，光一時メモリ，光演算器等の光信号処理
システムを提供することにある。
要なピコ秒以下の光パルスを発生させるには巨大なレー
ザシステムを必要とし、簡便に発生させる手段がなかっ
た。本発明の目的は、以上のような課題を解決する高速
光パルス信号処理に必要な光メモリを提供することにあ
る。さらには、本発明の光メモリを用いた光回路，大容
量光送受信機，光一時メモリ，光演算器等の光信号処理
システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次の通りである。
明の要旨は次の通りである。
【００２３】本発明者らは、第１の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれていることを特徴
とする光メモリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれていることを特徴
とする光メモリ素子を発明した。
【００２４】本発明者らは、第２の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａ、該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂ、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃ、取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄを有し、該光経路Ａ，該
光経路Ｂ，該光経路Ｃ及び該光経路Ｄ全てが、１つの該
非線形光学媒体に結ばれていないことを特徴とする光メ
モリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａ、該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂ、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃ、取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄを有し、該光経路Ａ，該
光経路Ｂ，該光経路Ｃ及び該光経路Ｄ全てが、１つの該
非線形光学媒体に結ばれていないことを特徴とする光メ
モリ素子を発明した。
【００２５】本発明者らは、第３の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａ、該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂ、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃ、取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄを有し、該光経路Ａ，該
光経路Ｂ，該光経路Ｃ及び該光経路Ｄのうち、少なくと
も１つに光量可変の光を入射することを特徴とする光メ
モリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａ、該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂ、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃ、取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄを有し、該光経路Ａ，該
光経路Ｂ，該光経路Ｃ及び該光経路Ｄのうち、少なくと
も１つに光量可変の光を入射することを特徴とする光メ
モリ素子を発明した。
【００２６】本発明者らは、第４の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａと該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂが、少なくとも１つの非線形光学媒
体Ｅに結ばれており、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃと取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄが該非線形光学媒体Ｅと
は異なる非線形光学媒体Ｆに結ばれていることを特徴と
する光メモリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該光メモリ素子を駆動させる光を入射する
ための光経路Ａと該光メモリ素子に情報となる光を入射
するための光経路Ｂが、少なくとも１つの非線形光学媒
体Ｅに結ばれており、書き込まれた情報を取り出すため
の光を入射するための光経路Ｃと取り出された情報とな
る光を出射するための光経路Ｄが該非線形光学媒体Ｅと
は異なる非線形光学媒体Ｆに結ばれていることを特徴と
する光メモリ素子を発明した。
【００２７】本発明者らは、第５の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、少なくとも１つの非線形光学媒体Ｅに該光
メモリ素子を駆動させるために入射した光が、該非線形
光学媒体Ｅを経由して再び出射した光を、該非線形光学
媒体Ｅとは異なる別の非線形光学媒体Ｆに入射するため
の光経路と、該異なる別の非線形光学媒体Ｆに入射した
光が該異なる別の非線形光学媒体Ｆを経由して再び出射
した光を該非線形光学媒体Ｅに入射するための光経路を
有することを特徴とする光メモリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、少なくとも１つの非線形光学媒体Ｅに該光
メモリ素子を駆動させるために入射した光が、該非線形
光学媒体Ｅを経由して再び出射した光を、該非線形光学
媒体Ｅとは異なる別の非線形光学媒体Ｆに入射するため
の光経路と、該異なる別の非線形光学媒体Ｆに入射した
光が該異なる別の非線形光学媒体Ｆを経由して再び出射
した光を該非線形光学媒体Ｅに入射するための光経路を
有することを特徴とする光メモリ素子を発明した。
【００２８】本発明者らは、第６の手段として、少なく
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該非線形光学媒体が光双安定性を示し、１
つの非線形光学媒体Ｅのしきい値光量をＩc1、別の非線
形光学媒体Ｆのしきい値光量をＩc2、該１つの非線形光
学媒体Ｅに入射された光メモリに情報となる光の光量を
Ｉset、該１つの非線形光学媒体Ｅに該光メモリ素子を
駆動させるために入射した光の光量をＩsource、該１つ
の非線形光学媒体Ｅを経由して再び出射した後、該別の
非線形光学媒体Ｆに入射する光の光量をＩsource１、該
別の非線形光学媒体Ｆに入射した光が該別の非線形光学
媒体Ｆを経由して再び出射した後、該１つの非線形光学
媒体Ｅに入射する光の光量をＩsource２、該光メモリ素
子に書き込まれた情報を取り出すために、該別の非線形
光学媒体Ｆに入射された光の光量をＩreset、とした
時、以下の（１）から（７）の関係を有することを特徴
とする光メモリ素子を発明した。
とも２つの非線形光学媒体からなり、該非線形光学媒体
間が少なくとも２つの光経路で結ばれている光メモリ素
子であって、該非線形光学媒体が光双安定性を示し、１
つの非線形光学媒体Ｅのしきい値光量をＩc1、別の非線
形光学媒体Ｆのしきい値光量をＩc2、該１つの非線形光
学媒体Ｅに入射された光メモリに情報となる光の光量を
Ｉset、該１つの非線形光学媒体Ｅに該光メモリ素子を
駆動させるために入射した光の光量をＩsource、該１つ
の非線形光学媒体Ｅを経由して再び出射した後、該別の
非線形光学媒体Ｆに入射する光の光量をＩsource１、該
別の非線形光学媒体Ｆに入射した光が該別の非線形光学
媒体Ｆを経由して再び出射した後、該１つの非線形光学
媒体Ｅに入射する光の光量をＩsource２、該光メモリ素
子に書き込まれた情報を取り出すために、該別の非線形
光学媒体Ｆに入射された光の光量をＩreset、とした
時、以下の（１）から（７）の関係を有することを特徴
とする光メモリ素子を発明した。
【００２９】 Ｉc1＞Ｉsource …（１） Ｉc1＞Ｉset，Ｉc1＞Ｉsource２ …（２） Ｉsource＋Ｉset≧Ｉc1 …（３） Ｉsource＋Ｉsource２≧Ｉc1 …（４） Ｉc2＞Ｉsource１ …（５） Ｉc2＞Ｉreset …（６） Ｉsource１＋Ｉreset≧Ｉc2 …（７） 本発明者らは、第７の手段として、非線形光学媒体を結
ぶ光経路の長さが１ｍ以下であることを特徴とする第１
の手段から第６の手段のいずれかに記載の光メモリ素子
を発明した。
ぶ光経路の長さが１ｍ以下であることを特徴とする第１
の手段から第６の手段のいずれかに記載の光メモリ素子
を発明した。
【００３０】本発明者らは、第８の手段として、非線形
光学媒体を結ぶ光経路の長さが可変であることを特徴と
する第１の手段から第７の手段のいずれかに記載の光メ
モリ素子を発明した。
光学媒体を結ぶ光経路の長さが可変であることを特徴と
する第１の手段から第７の手段のいずれかに記載の光メ
モリ素子を発明した。
【００３１】本発明者らは、第９の手段として、少なく
とも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモリ
素子からなる光回路を発明した。
とも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモリ
素子からなる光回路を発明した。
【００３２】本発明者らは、第１０の手段として、少な
くとも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモ
リ素子からなり、該光メモリ素子間を光経路により結ば
れていることを特徴とする光回路を発明した。
くとも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモ
リ素子からなり、該光メモリ素子間を光経路により結ば
れていることを特徴とする光回路を発明した。
【００３３】本発明者らは、第１１の手段として、少な
くとも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモ
リ素子からなり、移動可能な光源により、該光メモリ素
子への動作開始，情報の書き込み，情報の読みだし，情
報の消去を行うことを特徴とする光回路を発明した。
くとも２つの第１の手段から第８の手段に記載の光メモ
リ素子からなり、移動可能な光源により、該光メモリ素
子への動作開始，情報の書き込み，情報の読みだし，情
報の消去を行うことを特徴とする光回路を発明した。
【００３４】本発明者らは、第１２の手段として、１枚
の基板上に複数の第１の手段から第８の手段に記載の光
メモリ素子を形成させたことを特徴とする光回路を発明
した。
の基板上に複数の第１の手段から第８の手段に記載の光
メモリ素子を形成させたことを特徴とする光回路を発明
した。
【００３５】本発明者らは、第１３の手段として、少な
くとも２つの外部からの電気信号を光信号に変換する素
子と、該光信号を一時的に記憶する第１の手段から第８
の手段に記載の光メモリ素子と、該光メモリ素子からの
同期させて読み出された光信号を混合して外部に送り出
す素子からなる光送信器を発明した。
くとも２つの外部からの電気信号を光信号に変換する素
子と、該光信号を一時的に記憶する第１の手段から第８
の手段に記載の光メモリ素子と、該光メモリ素子からの
同期させて読み出された光信号を混合して外部に送り出
す素子からなる光送信器を発明した。
【００３６】本発明者らは、第１４の手段として、外部
からの光信号列を少なくとも２つの光信号に分波する素
子と、該光信号を一時的に記憶する第１の手段から第８
の手段に記載の光メモリ素子と、該光メモリ素子からの
同期させて読み出された光信号を電気信号に変換して外
部に送り出す素子からなる光受信器を発明した。
からの光信号列を少なくとも２つの光信号に分波する素
子と、該光信号を一時的に記憶する第１の手段から第８
の手段に記載の光メモリ素子と、該光メモリ素子からの
同期させて読み出された光信号を電気信号に変換して外
部に送り出す素子からなる光受信器を発明した。
【００３７】本発明者らは、第１５の手段として、第１
の手段から第８の手段に記載の光メモリ素子と光論理演
算素子を内蔵することを特徴とする光コンピュータを発
明した。
の手段から第８の手段に記載の光メモリ素子と光論理演
算素子を内蔵することを特徴とする光コンピュータを発
明した。
【００３８】本発明者らは、第１６の手段として、第１
の手段から第８の手段に記載の光メモリ素子と発光素子
を内蔵することを特徴とする表示素子を発明した。
の手段から第８の手段に記載の光メモリ素子と発光素子
を内蔵することを特徴とする表示素子を発明した。
【００３９】本発明において光経路とは、相異なる２つ
の非線形光学媒体間を直接もしくは鏡や光導波路等を経
由して光を伝搬させる光路のことである。
の非線形光学媒体間を直接もしくは鏡や光導波路等を経
由して光を伝搬させる光路のことである。
【００４０】本発明において光双安定性を示す非線形光
学媒体のしきい値光量とは、光メモリ素子中に含まれる
光双安定媒体への入射光量がその光量以下とその光量以
上の時にそれぞれ急速に透過光量または反射光量を変化
する光量のことである。また、光メモリ素子を作動させ
るために必要な数の補助的なバイアス光を用いても良
い。
学媒体のしきい値光量とは、光メモリ素子中に含まれる
光双安定媒体への入射光量がその光量以下とその光量以
上の時にそれぞれ急速に透過光量または反射光量を変化
する光量のことである。また、光メモリ素子を作動させ
るために必要な数の補助的なバイアス光を用いても良
い。
【００４１】本発明において光メモリ素子に用いる非線
形光学媒体を作製する場合用いることのできる材料とし
ては、無機物質ではガラス，水晶，ダイアモンド，二酸
化珪素，雲母，大理石，方解石，単結晶シリコン，非晶
質シリコン,ＧａＡｓ,ＣｄＳ，ＫＤＰ，ＫＴＰ，ニオブ
酸リチウム，臭化カリスム，ロッシェル塩，硫酸銅，フ
ッ化カルシウム，グラファイト，二酸化錫，チタン酸バ
リウム，赤血塩，陶磁器，セラッミクス，ベンナイト，
セメント等や金属または合金を用いることができる。
形光学媒体を作製する場合用いることのできる材料とし
ては、無機物質ではガラス，水晶，ダイアモンド，二酸
化珪素，雲母，大理石，方解石，単結晶シリコン，非晶
質シリコン,ＧａＡｓ,ＣｄＳ，ＫＤＰ，ＫＴＰ，ニオブ
酸リチウム，臭化カリスム，ロッシェル塩，硫酸銅，フ
ッ化カルシウム，グラファイト，二酸化錫，チタン酸バ
リウム，赤血塩，陶磁器，セラッミクス，ベンナイト，
セメント等や金属または合金を用いることができる。
【００４２】有機物質では、ポリカーボネート，ポリス
ルフォン，ポリアリレート，ポリエステル，ポリアミ
ド，ポリイミド，ポリシロキサン，ポリエチレンテレフ
タレート，ポリ酢酸ビニル，ポリエチレン，ポリプロピ
レン，アクリル樹脂，ポリブタジエン，ポリ塩化ビニ
ル，ポリ塩化ビニリデン，石油樹脂，メラミン樹脂，エ
ポキシ樹脂，フェノール樹脂，イソプレンゴム，エチレ
ン−プロピレンゴム，ノルボネン樹脂，シアノアクリレ
ート樹脂，スチレン樹脂及びこれらの樹脂の共重合体、
もしくは、セルロース，澱粉，キチン，寒天，絹糸，綿
糸，ナイロン糸，アルブミン，グロブリンその他の蛋白
質，木質，骨粉等が、低分子の有機物質としてはナフタ
レン，アントラセン等の縮合芳香族化合物，染料，顔
料，尿素，酒石酸，光学活性アミノ酸等が挙げられる。
ベンゼン，ナフタレン，アントラセン，テトラセン，ペ
ンタセン，フェナントレン，ピレン，ペリレン等の芳香
族化合物を中心とした２次元共役系分子や、また例えば
エチレン，プロピレン，ブタジエン，アセチレン，ジア
セチレン等の１次元共役系分子またはそのポリマや、ま
た例えばＣ60，Ｃ70等のフラーレン誘導体やカーボンナ
ノチューブ等の３次元共役系分子や、また例えばテトラ
チアフルバレン，テトラシアノキノジメタン，キノリ
ン，アクリジン，ベンゾキノン，ナフトキノン等の複素
環式共役系分子や、また例えばポルフィリン，フタロシ
アニン，フェロセン、等の有機金属化合物などを基本骨
格とする有機化合物や、係る有機化合物にニトロ基，シ
アノ基，カルボン酸基，アルデヒド基，アセチル基，ク
ロロ基，ブロモ基，フルオロ基，メチルアミノ基，メチ
ル基，メトキシ基，ヒドロキシ基，アミノ基等の各種置
換基を導入した誘導体等、を、一例として挙げることが
できる。
ルフォン，ポリアリレート，ポリエステル，ポリアミ
ド，ポリイミド，ポリシロキサン，ポリエチレンテレフ
タレート，ポリ酢酸ビニル，ポリエチレン，ポリプロピ
レン，アクリル樹脂，ポリブタジエン，ポリ塩化ビニ
ル，ポリ塩化ビニリデン，石油樹脂，メラミン樹脂，エ
ポキシ樹脂，フェノール樹脂，イソプレンゴム，エチレ
ン−プロピレンゴム，ノルボネン樹脂，シアノアクリレ
ート樹脂，スチレン樹脂及びこれらの樹脂の共重合体、
もしくは、セルロース，澱粉，キチン，寒天，絹糸，綿
糸，ナイロン糸，アルブミン，グロブリンその他の蛋白
質，木質，骨粉等が、低分子の有機物質としてはナフタ
レン，アントラセン等の縮合芳香族化合物，染料，顔
料，尿素，酒石酸，光学活性アミノ酸等が挙げられる。
ベンゼン，ナフタレン，アントラセン，テトラセン，ペ
ンタセン，フェナントレン，ピレン，ペリレン等の芳香
族化合物を中心とした２次元共役系分子や、また例えば
エチレン，プロピレン，ブタジエン，アセチレン，ジア
セチレン等の１次元共役系分子またはそのポリマや、ま
た例えばＣ60，Ｃ70等のフラーレン誘導体やカーボンナ
ノチューブ等の３次元共役系分子や、また例えばテトラ
チアフルバレン，テトラシアノキノジメタン，キノリ
ン，アクリジン，ベンゾキノン，ナフトキノン等の複素
環式共役系分子や、また例えばポルフィリン，フタロシ
アニン，フェロセン、等の有機金属化合物などを基本骨
格とする有機化合物や、係る有機化合物にニトロ基，シ
アノ基，カルボン酸基，アルデヒド基，アセチル基，ク
ロロ基，ブロモ基，フルオロ基，メチルアミノ基，メチ
ル基，メトキシ基，ヒドロキシ基，アミノ基等の各種置
換基を導入した誘導体等、を、一例として挙げることが
できる。
【００４３】本発明の光メモリ素子の非線形光学媒体を
作製する場合には、ドライプロセスによる薄膜形成技
術、例えば、真空蒸着法，MOCVD(Metalorganic Chemica
l Vapor Deposition）法等やウエットプロセスによる薄
膜形成技術、例えばスピンコート法，液相エピタキシャ
ル法，電界重合法，ＬＢ（Langmuir−Blodgett）法等、
あるいは各種単結晶や樹脂形成物，粉末成形物等やその
加工物等を用いることができる。
作製する場合には、ドライプロセスによる薄膜形成技
術、例えば、真空蒸着法，MOCVD(Metalorganic Chemica
l Vapor Deposition）法等やウエットプロセスによる薄
膜形成技術、例えばスピンコート法，液相エピタキシャ
ル法，電界重合法，ＬＢ（Langmuir−Blodgett）法等、
あるいは各種単結晶や樹脂形成物，粉末成形物等やその
加工物等を用いることができる。
【００４４】本発明の光メモリ素子の非線形光学媒体
は、作製後にそのままもしくは適当なドーパント添加し
た塊状，平板状，繊維状，粉末状，薄膜状に形成して用
いることができる。また、上記の形状において、異種材
料あるいは本発明の構造の異なる他の材料と共存，混在
させて用いることができる。
は、作製後にそのままもしくは適当なドーパント添加し
た塊状，平板状，繊維状，粉末状，薄膜状に形成して用
いることができる。また、上記の形状において、異種材
料あるいは本発明の構造の異なる他の材料と共存，混在
させて用いることができる。
【００４５】本発明の光メモリ素子の非線形光学媒体形
成後に、外観，特性の向上や長寿命化のための処理を行
ってもよい。こうした後処理としては熱アニーリング，
放射線照射，電子線照射，光照射，電波照射，磁力線照
射，超音波照射等や誘電体多層膜ミラーや部分反射ミラ
ー等のコーティング、が挙げられるが、特に限定されな
い。
成後に、外観，特性の向上や長寿命化のための処理を行
ってもよい。こうした後処理としては熱アニーリング，
放射線照射，電子線照射，光照射，電波照射，磁力線照
射，超音波照射等や誘電体多層膜ミラーや部分反射ミラ
ー等のコーティング、が挙げられるが、特に限定されな
い。
【００４６】本発明の光メモリ素子作製のために非線形
光学媒体を組み合わせる手段としては、媒体の光学配
置，ミラー取付け，光導波路結合等や該媒体を基板上に
形成してリソグラフィ技術により集積化させる方法等が
挙げられ、かつそれら非線形光学媒体等の位置や伝搬す
る光の偏光，偏向，波長等を調節する機構と組み合わせ
ても良く、かつそれらを樹脂封止してもよい。また、本
発明の光メモリ素子を組み合わせて、光等による同期を
とらせて機能するシステムを形成しても良く、それらを
一体化しても個別の素子を光ファイバ等で結合しても良
い。
光学媒体を組み合わせる手段としては、媒体の光学配
置，ミラー取付け，光導波路結合等や該媒体を基板上に
形成してリソグラフィ技術により集積化させる方法等が
挙げられ、かつそれら非線形光学媒体等の位置や伝搬す
る光の偏光，偏向，波長等を調節する機構と組み合わせ
ても良く、かつそれらを樹脂封止してもよい。また、本
発明の光メモリ素子を組み合わせて、光等による同期を
とらせて機能するシステムを形成しても良く、それらを
一体化しても個別の素子を光ファイバ等で結合しても良
い。
【００４７】特に、これら光メモリ素子の具体的応用例
としては、光混合器、光位相分別器，光ケーブル、光変
調器、光偏向器，光選択波長板，位相共役鏡，光スィッ
チ，光発光素子，レーザ，光−電子変換素子，光−音波
変換素子，圧電素子，光論理素子，光集積回路，表示素
子等が挙げられる。
としては、光混合器、光位相分別器，光ケーブル、光変
調器、光偏向器，光選択波長板，位相共役鏡，光スィッ
チ，光発光素子，レーザ，光−電子変換素子，光−音波
変換素子，圧電素子，光論理素子，光集積回路，表示素
子等が挙げられる。
【００４８】
【作用】本発明によれば、従来の光双安定素子では不可
能であった光のみによる超高速の光メモリを得ることが
できる。また、本発明の光メモリを組み合わせることで
従来の電気信号処理では不可能であった高速駆動大容量
の光情報処理及び伝送手段を得ることができる。さら
に、本発明の光メモリを集積化することで光コンピュー
タ等の論理演算に必要な光一時記憶保持回路を得ること
ができる。
能であった光のみによる超高速の光メモリを得ることが
できる。また、本発明の光メモリを組み合わせることで
従来の電気信号処理では不可能であった高速駆動大容量
の光情報処理及び伝送手段を得ることができる。さら
に、本発明の光メモリを集積化することで光コンピュー
タ等の論理演算に必要な光一時記憶保持回路を得ること
ができる。
【００４９】
【実施例】次に本発明に係る実施例について説明する。
【００５０】（実施例１）まず最初に、複数の非線形光
学媒体を用いた光メモリ動作を確認する実験方法につい
ての実施例を示す。
学媒体を用いた光メモリ動作を確認する実験方法につい
ての実施例を示す。
【００５１】図１には、この動作確認実験の光学系構成
を示す。用いる２つの非線形光学媒体１及び１′は平面
形であり、平行に配置されている。その間には第１の非
線形光学媒体１を通過した光を、第２の非線形光学媒体
１′に入射させるために光を反射する反射鏡２及び第２
の非線形光学媒体１′で反射された光を再び第１の非線
形光学媒体１に入射させるために光を反射させる反射鏡
２′が、設けられており、さらに第１または第２の非線
形光学媒体に垂直入射されて各媒体を透過した光を吸収
する反射防止媒体３が設けられている。
を示す。用いる２つの非線形光学媒体１及び１′は平面
形であり、平行に配置されている。その間には第１の非
線形光学媒体１を通過した光を、第２の非線形光学媒体
１′に入射させるために光を反射する反射鏡２及び第２
の非線形光学媒体１′で反射された光を再び第１の非線
形光学媒体１に入射させるために光を反射させる反射鏡
２′が、設けられており、さらに第１または第２の非線
形光学媒体に垂直入射されて各媒体を透過した光を吸収
する反射防止媒体３が設けられている。
【００５２】この２つの非線形光学媒体の外側には、こ
の光メモリ素子を作動可能状態にするためのソース光源
４と光情報を書き込むためのセット光源５が第１の非線
形光学媒体１にそれぞれ斜め、垂直方向から光入射可能
となるように配置されている。
の光メモリ素子を作動可能状態にするためのソース光源
４と光情報を書き込むためのセット光源５が第１の非線
形光学媒体１にそれぞれ斜め、垂直方向から光入射可能
となるように配置されている。
【００５３】さらに、光メモリ素子に書き込まれた情報
を読み出して光メモリを再び書き込み可能な状態に戻す
ためのリセット光源６が垂直方向から第２の非線形光学
媒体１′に光入射可能となるように配置されている。さ
らに、第１の非線形光学媒体１でのソース光の反射光の
光量を計測するための光量計７及びこの光メモリから取
り出された光情報の光量を計測するための光量計７′が
設けられている。
を読み出して光メモリを再び書き込み可能な状態に戻す
ためのリセット光源６が垂直方向から第２の非線形光学
媒体１′に光入射可能となるように配置されている。さ
らに、第１の非線形光学媒体１でのソース光の反射光の
光量を計測するための光量計７及びこの光メモリから取
り出された光情報の光量を計測するための光量計７′が
設けられている。
【００５４】また、図１には明記していないが、ソース
光源４，セット光源５，リセット光源６自身の光量を計
測する手段は別に設けてある。
光源４，セット光源５，リセット光源６自身の光量を計
測する手段は別に設けてある。
【００５５】これら光学系部品の配置の大きさは以下の
説明で述べる。
説明で述べる。
【００５６】用いることのできる非線形光学媒体として
は後に述べるような応答速度やしきい値光量に関する条
件を満たすものであれば基本的に良く、例えば、応答速
度が１秒，１０マイクロ秒，１ナノ秒の非線形エタロン
としてそれぞれＳｂＳＩ，ＺｎＳｅ，ＧａＡｓ等を挙げ
ることができるが、特にこれらに限定されるものではな
い。
は後に述べるような応答速度やしきい値光量に関する条
件を満たすものであれば基本的に良く、例えば、応答速
度が１秒，１０マイクロ秒，１ナノ秒の非線形エタロン
としてそれぞれＳｂＳＩ，ＺｎＳｅ，ＧａＡｓ等を挙げ
ることができるが、特にこれらに限定されるものではな
い。
【００５７】ここで用いる非線形光学媒体１及び１′の
入射光量と透過光量の関係は、例えば、図２の（ａ）ま
たは（ｂ）に示すような正の光双安定性を示すものとす
る。すなわち、図２の（ａ）の場合、入射光量の増加に
伴いしきい値光量Ｉｃまで透過光量はほとんど増加せ
ず、入射した光はその分反射される。しきい値光量Ｉｃ
に達すると透過光量はＩ1からＩ2まで急速に増加し、そ
れ以上の入射光量では徐々に増加する。ここから逆に入
射光量を減少させると、しきい値光量Ｉｃに達するまで
透過光量は少しずつ減少し、しきい値光量Ｉｃに達する
と透過光量はＩ2からＩ1まで急速に減少し、以後大部分
の入射光は反射される。
入射光量と透過光量の関係は、例えば、図２の（ａ）ま
たは（ｂ）に示すような正の光双安定性を示すものとす
る。すなわち、図２の（ａ）の場合、入射光量の増加に
伴いしきい値光量Ｉｃまで透過光量はほとんど増加せ
ず、入射した光はその分反射される。しきい値光量Ｉｃ
に達すると透過光量はＩ1からＩ2まで急速に増加し、そ
れ以上の入射光量では徐々に増加する。ここから逆に入
射光量を減少させると、しきい値光量Ｉｃに達するまで
透過光量は少しずつ減少し、しきい値光量Ｉｃに達する
と透過光量はＩ2からＩ1まで急速に減少し、以後大部分
の入射光は反射される。
【００５８】また、図２の(ｂ)の場合、入射光量の増加
に伴いしきい値光量Ｉｃ′まで透過光量はほとんど増加
せず、入射した光はその分反射される。しきい値光量Ｉ
ｃ′に達すると透過光量はＩ1′からＩ2″まで急速に増
加し、それ以上の入射光量では徐々に増加する。
に伴いしきい値光量Ｉｃ′まで透過光量はほとんど増加
せず、入射した光はその分反射される。しきい値光量Ｉ
ｃ′に達すると透過光量はＩ1′からＩ2″まで急速に増
加し、それ以上の入射光量では徐々に増加する。
【００５９】ここから逆に入射光量を減少させると、し
きい値光量Ｉｃ″に達するまで透過光量は少しずつ減少
し、しきい値光量Ｉｃ″に達すると透過光量はＩ2′か
ら Ｉ1″まで急速に減少し、以後大部分の入射光は反
射される。
きい値光量Ｉｃ″に達するまで透過光量は少しずつ減少
し、しきい値光量Ｉｃ″に達すると透過光量はＩ2′か
ら Ｉ1″まで急速に減少し、以後大部分の入射光は反
射される。
【００６０】この場合、しきい値光量としてはＩｃ′か
らＩｃ″までを指すものとし、以下の説明ではいずれの
場合も非線形光学媒体のしきい値Ｉｃと記載し、増加し
た領域での透過光量Ｉ2′とＩ2″は共にＩ2と記載する
ことにする。
らＩｃ″までを指すものとし、以下の説明ではいずれの
場合も非線形光学媒体のしきい値Ｉｃと記載し、増加し
た領域での透過光量Ｉ2′とＩ2″は共にＩ2と記載する
ことにする。
【００６１】また、ここでは説明しないが、入射光量の
増加によりしきい値光量前後で最初の透過状態から非透
過状態に急変する負の非線形光学媒体については、以下
の光学系構成の配置を変化させることで同様の光メモリ
機能が実現できる。
増加によりしきい値光量前後で最初の透過状態から非透
過状態に急変する負の非線形光学媒体については、以下
の光学系構成の配置を変化させることで同様の光メモリ
機能が実現できる。
【００６２】また、一般に多くの光双安定性を示す非線
形光学媒体の場合しきい値光量前後で透過光量が急変す
る際に、Ｉ1からＩ2へ増加する時間とＩ2からＩ1へ減少
する時間では媒体の非線形分極の緩和時間に関係の深い
減少の時間の方が増加の時間より長い。そこで、以下の
説明では増加の時間は無視し、減少の時間をその非線形
光学媒体の応答時間τbとする。
形光学媒体の場合しきい値光量前後で透過光量が急変す
る際に、Ｉ1からＩ2へ増加する時間とＩ2からＩ1へ減少
する時間では媒体の非線形分極の緩和時間に関係の深い
減少の時間の方が増加の時間より長い。そこで、以下の
説明では増加の時間は無視し、減少の時間をその非線形
光学媒体の応答時間τbとする。
【００６３】次に、この光メモリの動作方法について説
明する。
明する。
【００６４】まず、この光メモリを動作可能な状態にす
るためにソース光を入力開始する。このソース光源には
必要とする波長のレーザ光源、例えば連続発振の半導体
レーザ等やいくつかのレーザを組み合わせた光を光源と
して用いることができる。但し、ソース光の光量Ｉsour
ceは第１の非線形光学媒体のしきい値光量Ｉｃ以下とす
る。したがって、この時ソース光は大部分第１の非線形
光学媒体１で反射され、その媒体を透過し光メモリ内部
に侵入する光はほとんどない。
るためにソース光を入力開始する。このソース光源には
必要とする波長のレーザ光源、例えば連続発振の半導体
レーザ等やいくつかのレーザを組み合わせた光を光源と
して用いることができる。但し、ソース光の光量Ｉsour
ceは第１の非線形光学媒体のしきい値光量Ｉｃ以下とす
る。したがって、この時ソース光は大部分第１の非線形
光学媒体１で反射され、その媒体を透過し光メモリ内部
に侵入する光はほとんどない。
【００６５】次に、この光メモリにセット光を入射し光
メモリ内部に光を蓄え、セット光が書き込まれた状態に
する方法を示す。すなわち、セット光の光量Ｉset とソ
ース光の光量Ｉsourceの和が第１の非線形光学媒体のし
きい値光量Ｉｃを越えるような強度のセット光を入射す
ると、その瞬間に第１の非線形光学媒体１透過光量はＩ
1からＩ2へ急速に増加し、大部分反射していたソース光
は逆に大部分が透過する。入射した光の内、セット光は
垂直に入射しているため非線形光学媒体１を透過後反射
防止媒体３に到達し、そこで吸収される。また、ソース
光は斜めに入射しているため非線形光学媒体１を透過
後、反射鏡２で反射された後、第２の非線形光学媒体
１′に到達する。途中の光学損失を無視し、入射直前の
ソース光の強度もＩsourceのままとすると、第２の非線
形光学媒体１′への入射光量はそのしきい値光量Ｉｃ以
下であるため、入射したソース光は大部分反射される。
反射されたソース光は反射鏡２′で反射された後、再び
第１の光双安定媒体１に入射される。
メモリ内部に光を蓄え、セット光が書き込まれた状態に
する方法を示す。すなわち、セット光の光量Ｉset とソ
ース光の光量Ｉsourceの和が第１の非線形光学媒体のし
きい値光量Ｉｃを越えるような強度のセット光を入射す
ると、その瞬間に第１の非線形光学媒体１透過光量はＩ
1からＩ2へ急速に増加し、大部分反射していたソース光
は逆に大部分が透過する。入射した光の内、セット光は
垂直に入射しているため非線形光学媒体１を透過後反射
防止媒体３に到達し、そこで吸収される。また、ソース
光は斜めに入射しているため非線形光学媒体１を透過
後、反射鏡２で反射された後、第２の非線形光学媒体
１′に到達する。途中の光学損失を無視し、入射直前の
ソース光の強度もＩsourceのままとすると、第２の非線
形光学媒体１′への入射光量はそのしきい値光量Ｉｃ以
下であるため、入射したソース光は大部分反射される。
反射されたソース光は反射鏡２′で反射された後、再び
第１の光双安定媒体１に入射される。
【００６６】この時も途中の光学損失を無視すると、第
１の非線形光学媒体１の全入射光は外部からのソース光
とセット光と第１の非線形光学媒体１を透過後、第２の
非線形光学媒体１′で反射され、再び第１の非線形光学
媒体１へ帰還した光の和であり、その光量は２Ｉsource
＋Ｉset となり、しきい値光量Ｉｃ以上である。ここ
で、２ＩsourceがＩｃより大きいとすると、この後セッ
ト光の入射を停止しても第１の非線形光学媒体１への入
射光量はしきい値光量以上であるため、ソース光は光メ
モリ内部を透過し続ける。このような状態をセット光に
よる光が到達したことを記憶した状態とする。この記憶
状態となるためには、ソース光が第１の非線形光学媒体
１を透過後、第２の非線形光学媒体１′で反射され、再
び第１の非線形光学媒体１へ帰還するまでの周回時間τ
ｌ以上引き続いてセット光が入射し続ければよく、した
がってセット光に保持時間τset の光パルスを用いると
周回時間τｌは保持時間τset以下であればよい。
１の非線形光学媒体１の全入射光は外部からのソース光
とセット光と第１の非線形光学媒体１を透過後、第２の
非線形光学媒体１′で反射され、再び第１の非線形光学
媒体１へ帰還した光の和であり、その光量は２Ｉsource
＋Ｉset となり、しきい値光量Ｉｃ以上である。ここ
で、２ＩsourceがＩｃより大きいとすると、この後セッ
ト光の入射を停止しても第１の非線形光学媒体１への入
射光量はしきい値光量以上であるため、ソース光は光メ
モリ内部を透過し続ける。このような状態をセット光に
よる光が到達したことを記憶した状態とする。この記憶
状態となるためには、ソース光が第１の非線形光学媒体
１を透過後、第２の非線形光学媒体１′で反射され、再
び第１の非線形光学媒体１へ帰還するまでの周回時間τ
ｌ以上引き続いてセット光が入射し続ければよく、した
がってセット光に保持時間τset の光パルスを用いると
周回時間τｌは保持時間τset以下であればよい。
【００６７】次に、この光メモリ内に記憶された状態を
読みだし、再び書き込み可能な状態に光メモリをリセッ
トする方法を示す。すなわち、第２の非線形光学媒体
１′に光量Ｉreset のリセット光を入射した時の第２の
非線形光学媒体１′の全光量はＩreset＋Ｉsource であ
り、この値が第２の非線形光学媒体１′のしきい値光量
Ｉｃ以上であるとする。するとセット光入射前後で第２
の非線形光学媒体１′の透過光量は急変し、第２の非線
形光学媒体１′を反射していたセット光は透過して光量
計７′に到達する。また、透過したリセット光は反射防
止媒体３に到達し吸収される。
読みだし、再び書き込み可能な状態に光メモリをリセッ
トする方法を示す。すなわち、第２の非線形光学媒体
１′に光量Ｉreset のリセット光を入射した時の第２の
非線形光学媒体１′の全光量はＩreset＋Ｉsource であ
り、この値が第２の非線形光学媒体１′のしきい値光量
Ｉｃ以上であるとする。するとセット光入射前後で第２
の非線形光学媒体１′の透過光量は急変し、第２の非線
形光学媒体１′を反射していたセット光は透過して光量
計７′に到達する。また、透過したリセット光は反射防
止媒体３に到達し吸収される。
【００６８】また、この瞬間、第２の非線形光学媒体
１′から第１の非線形光学媒体１へ帰還するソース光は
停止する。このため、この時より時間τｌ／２後に第１
の非線形光学媒体１へ帰還するソース光は急減し、それ
以降第１の非線形光学媒体１に入射している光は外部か
らのソース光のみとなり、非線形光学媒体の応答時間τ
ｂの間に光メモリ内部へ侵入するソース光は減少し、そ
の分第１の非線形光学媒体１で反射するソース光が増加
する。この内部に侵入するソース光の減少はさらに時間
τｌ／２後に伝えられ、第２の非線形光学媒体１′に入
射するソース光は非線形光学媒体の応答時間τｂの間に
減少し、そこでの透過光量は急変する。したがって、光
量計７′にはリセット光が入射し透過光量が急増し始め
てから再び透過光量が急減し始めるまでの時間τｌ＋２
τｂの間だけソース光が到達する。この後は光メモリ内
部にソース光は存在せず、再びセット光による書き込み
可能な状態になる。この読み出し状態となるためには、
ソース光が第２の非線形光学媒体１′を透過可能な時間
τｌ＋２τｂ以上引き続いてリセット光が入射し続けれ
ばよく、したがってリセット光に保持時間τreset の光
パルスを用いると、τｌ＋２τｂはτreset以下であれ
ばよい。
１′から第１の非線形光学媒体１へ帰還するソース光は
停止する。このため、この時より時間τｌ／２後に第１
の非線形光学媒体１へ帰還するソース光は急減し、それ
以降第１の非線形光学媒体１に入射している光は外部か
らのソース光のみとなり、非線形光学媒体の応答時間τ
ｂの間に光メモリ内部へ侵入するソース光は減少し、そ
の分第１の非線形光学媒体１で反射するソース光が増加
する。この内部に侵入するソース光の減少はさらに時間
τｌ／２後に伝えられ、第２の非線形光学媒体１′に入
射するソース光は非線形光学媒体の応答時間τｂの間に
減少し、そこでの透過光量は急変する。したがって、光
量計７′にはリセット光が入射し透過光量が急増し始め
てから再び透過光量が急減し始めるまでの時間τｌ＋２
τｂの間だけソース光が到達する。この後は光メモリ内
部にソース光は存在せず、再びセット光による書き込み
可能な状態になる。この読み出し状態となるためには、
ソース光が第２の非線形光学媒体１′を透過可能な時間
τｌ＋２τｂ以上引き続いてリセット光が入射し続けれ
ばよく、したがってリセット光に保持時間τreset の光
パルスを用いると、τｌ＋２τｂはτreset以下であれ
ばよい。
【００６９】光メモリの動作を停止させる場合は、ソー
ス光を停止することによりセット光あるいはリセット光
単独では透過光量が急増しないため、書き込み読み出し
は不可能となる。
ス光を停止することによりセット光あるいはリセット光
単独では透過光量が急増しないため、書き込み読み出し
は不可能となる。
【００７０】図３には、この光メモリを作動し、書き込
み，読みだしを行う時の、ソース光量Ｉsource，光量計
７で検知されるソース光の第１の非線形光学媒体１での
反射光量Ｉｒ1(すなわち帰還したソース光の透過光
量），ソース光の第１の非線形光学媒体１での透過光量
Ｉｐ1(すなわち第２の非線形光学媒体１′への到達光
量），セット光量Ｉset，ソース光の第２の非線形光学
媒体での反射光量Ｉｒ1（すなわち第１の光双安定媒体
１への帰還光量），リセット光量Ｉreset ，光量計７′
で検知されるソース光の第２の非線形光学媒体での透過
光量Ｉｐ2 の、時系列的変化を示した。
み，読みだしを行う時の、ソース光量Ｉsource，光量計
７で検知されるソース光の第１の非線形光学媒体１での
反射光量Ｉｒ1(すなわち帰還したソース光の透過光
量），ソース光の第１の非線形光学媒体１での透過光量
Ｉｐ1(すなわち第２の非線形光学媒体１′への到達光
量），セット光量Ｉset，ソース光の第２の非線形光学
媒体での反射光量Ｉｒ1（すなわち第１の光双安定媒体
１への帰還光量），リセット光量Ｉreset ，光量計７′
で検知されるソース光の第２の非線形光学媒体での透過
光量Ｉｐ2 の、時系列的変化を示した。
【００７１】すなわち、まず時刻ｔ0 からソース光を入
力し始め動作可能な状態にすると、それ以後第１の非線
形光学媒体１での反射光は増加するが、まだ透過光は零
である。次に、時刻ｔ1 にセット光を入射し始めると、
それ以後第１の非線形媒体１での透過光は増加するが、
逆に反射光は零となる。時刻ｔ1＋τｌ／２ に透過した
セット光が第２の非線形光学媒体１′に到達し、そこで
のセット光の反射が始まる。時刻ｔ1＋τｌ にその反射
したセット光が第１の非線形光学媒体１に帰還し、そこ
を透過してセット光入射前までソース光が反射していた
光路へ進行するため光量計７に達する光は再び増加す
る。時刻ｔ1＋τsetにセット光が零となるが、ソース光
の光路は変化しない。
力し始め動作可能な状態にすると、それ以後第１の非線
形光学媒体１での反射光は増加するが、まだ透過光は零
である。次に、時刻ｔ1 にセット光を入射し始めると、
それ以後第１の非線形媒体１での透過光は増加するが、
逆に反射光は零となる。時刻ｔ1＋τｌ／２ に透過した
セット光が第２の非線形光学媒体１′に到達し、そこで
のセット光の反射が始まる。時刻ｔ1＋τｌ にその反射
したセット光が第１の非線形光学媒体１に帰還し、そこ
を透過してセット光入射前までソース光が反射していた
光路へ進行するため光量計７に達する光は再び増加す
る。時刻ｔ1＋τsetにセット光が零となるが、ソース光
の光路は変化しない。
【００７２】それ以後、時刻ｔ2 からリセット光を第２
の光双安定媒体１′へ入射し始めると、そこでのソース
光の透過が始まり、同時に反射がなくなる。時刻ｔ2＋
τｌ／２に第１の非線形光学媒体１へ帰還するソース光
がなくなるため、その瞬間光量計７へ達する光は零とな
るが、それ以降応答時間τｂの間に徐々にセット光の内
部への透過が減少し、反射が増加する。時刻ｔ2＋τｌ
から第２の非線形光学媒体１′への入射光も減少し始
め、概ね時刻ｔ2＋τｌ＋２τｂ までにそこでの透過光
も消滅する。さらに、時刻ｔ2＋τresetにリセット光が
零となる。再度書き込み読み出しするときは同様の操作
を繰り返すが、動作を停止するときは例えば時刻ｔ3で
ソース光を停止する。
の光双安定媒体１′へ入射し始めると、そこでのソース
光の透過が始まり、同時に反射がなくなる。時刻ｔ2＋
τｌ／２に第１の非線形光学媒体１へ帰還するソース光
がなくなるため、その瞬間光量計７へ達する光は零とな
るが、それ以降応答時間τｂの間に徐々にセット光の内
部への透過が減少し、反射が増加する。時刻ｔ2＋τｌ
から第２の非線形光学媒体１′への入射光も減少し始
め、概ね時刻ｔ2＋τｌ＋２τｂ までにそこでの透過光
も消滅する。さらに、時刻ｔ2＋τresetにリセット光が
零となる。再度書き込み読み出しするときは同様の操作
を繰り返すが、動作を停止するときは例えば時刻ｔ3で
ソース光を停止する。
【００７３】したがって、これら一連の光メモリ機能を
果たすための条件は以下のように整理される。
果たすための条件は以下のように整理される。
【００７４】 Ｉsource＜Ｉｃ，Ｉset＜Ｉｃ，Ｉreset＜Ｉｃ ２Ｉsource＞Ｉｃ，Ｉsource＋Ｉset＞Ｉｃ，Ｉsource＋Ｉreset＞Ｉｃ τｂ＜τｌ，τset＞τｌ，τreset＞τｌ＋２τｂ この時、光量計７′に達するソース光の時間幅はτｌ＋
２τｂである。τset,τreset は用いるセット光，リセ
ット光の光パルス幅で決まり、τｂは非線形光学媒体の
種類によって決まる。τｌは光メモリ内をソースが第１
の非線形光学媒体１から侵入してから第２の非線形光学
媒体１′で反射され、第１の非線形光学媒体１まで帰還
するまでの周回距離を光が走る時間に相当する。
２τｂである。τset,τreset は用いるセット光，リセ
ット光の光パルス幅で決まり、τｂは非線形光学媒体の
種類によって決まる。τｌは光メモリ内をソースが第１
の非線形光学媒体１から侵入してから第２の非線形光学
媒体１′で反射され、第１の非線形光学媒体１まで帰還
するまでの周回距離を光が走る時間に相当する。
【００７５】したがって、 （周回時間τｌ）＝（周回距離）×（周回区間の屈折率）÷（光速度） 例えば、光速度を３×１０8ｍ／ｓ とし、大気中で１
ｍ，１mm，１μｍの大きさで光学系を組み立てたとする
とτｌはそれぞれ約３ｎｓ，３ｐｓ，３ｆｓとなる。大
気中で組み立てられる光学系の寸法は高々数cm程度であ
るから、応答速度がナノ秒程度のＧａＡｓ非線形エタロ
ンを非線形光学媒体として用い、セットやリセットにナ
ノ秒程度の光パルスを用いると、ほぼτｂに相当する光
パルスを読み出し光として取り出すことができる。
ｍ，１mm，１μｍの大きさで光学系を組み立てたとする
とτｌはそれぞれ約３ｎｓ，３ｐｓ，３ｆｓとなる。大
気中で組み立てられる光学系の寸法は高々数cm程度であ
るから、応答速度がナノ秒程度のＧａＡｓ非線形エタロ
ンを非線形光学媒体として用い、セットやリセットにナ
ノ秒程度の光パルスを用いると、ほぼτｂに相当する光
パルスを読み出し光として取り出すことができる。
【００７６】さらに、非線形光学媒体として有機超格子
等のより高速応答性の媒体を用い、光リソグラフィ等の
手段で数μｍの大きさの光学系を組み立てると、ナノ秒
程度の光パルスでのセットやリセットからさらに短い時
間幅の光パルスを取り出すことができる。
等のより高速応答性の媒体を用い、光リソグラフィ等の
手段で数μｍの大きさの光学系を組み立てると、ナノ秒
程度の光パルスでのセットやリセットからさらに短い時
間幅の光パルスを取り出すことができる。
【００７７】（実施例２）次に、この光メモリ素子を複
数個用い、同期させて利用する方法について述べる。
数個用い、同期させて利用する方法について述べる。
【００７８】以下の説明では光メモリ素子を図４のよう
に略記する。すなわち、図の円内部が光メモリ素子を表
し、中央部の２本の平行線が２つの非線形光学媒体の存
在を表している。そこへ５本の光路が結合しており、そ
の端点は８，９，１０，１１，１２で示されており、そ
れぞれソース光入力端点，セット光入力端点，反射ソー
ス光出力端点，リセット光入力端点，透過ソース光出力
端点である。
に略記する。すなわち、図の円内部が光メモリ素子を表
し、中央部の２本の平行線が２つの非線形光学媒体の存
在を表している。そこへ５本の光路が結合しており、そ
の端点は８，９，１０，１１，１２で示されており、そ
れぞれソース光入力端点，セット光入力端点，反射ソー
ス光出力端点，リセット光入力端点，透過ソース光出力
端点である。
【００７９】まず、２つの光メモリを同期させて信号を
取り出す方法をについて説明する。図５にその構成を示
す。ここでは２つの光メモリ１３及び１３′について、
１つのソース光源１４，２つのセット光源１５及び１
５′，１つのリセット光源１６からなり、２つの光メモ
リからの反射ソース光は１つの光量計１７へ集められ、
２つの光メモリからの透過光は１つの光量計１７′へ集
められる。ここではセット光とリセット光はともに保持
時間τｈとする。光メモリ素子中の非線形光学媒体の応
答時間τｂ、周回時間τｌ共十分にτｈより短いとす
る。
取り出す方法をについて説明する。図５にその構成を示
す。ここでは２つの光メモリ１３及び１３′について、
１つのソース光源１４，２つのセット光源１５及び１
５′，１つのリセット光源１６からなり、２つの光メモ
リからの反射ソース光は１つの光量計１７へ集められ、
２つの光メモリからの透過光は１つの光量計１７′へ集
められる。ここではセット光とリセット光はともに保持
時間τｈとする。光メモリ素子中の非線形光学媒体の応
答時間τｂ、周回時間τｌ共十分にτｈより短いとす
る。
【００８０】したがって、光メモリから取り出される透
過したソース光の時間幅τp＝τｌ＋２τｂもまたτｈ
より短い。これは電気的信号により同期されているナノ
秒の光パルスをセット光，リセット光に用い、光メモリ
をピコ秒で駆動可能に設計した状況に対応する。各光学
部品は光導波路により結線されている。２つの光メモリ
へは同時にリセット光が入射するように結線されてお
り、光量計１７′へは２つの光メモリから同時に出た透
過ソース光が２τｐだけ時間差をもって混合するように
結線されている。
過したソース光の時間幅τp＝τｌ＋２τｂもまたτｈ
より短い。これは電気的信号により同期されているナノ
秒の光パルスをセット光，リセット光に用い、光メモリ
をピコ秒で駆動可能に設計した状況に対応する。各光学
部品は光導波路により結線されている。２つの光メモリ
へは同時にリセット光が入射するように結線されてお
り、光量計１７′へは２つの光メモリから同時に出た透
過ソース光が２τｐだけ時間差をもって混合するように
結線されている。
【００８１】図６にはこの光メモリを同期させて使用す
る時の２つのセット光源１５及び１５′，１つのリセッ
ト光源１６，１つの光量計１７′の光量の時系列変化を
示す。特に書かないが、これらの光メモリ素子へは既に
ソース光の供給が開始しているものとする。時刻ｔ4 に
それぞれ別の光源からセット光パルスが入射しメモリを
書き込む。時刻ｔ4′ にリセット光パルスが入射する
と、２つの光メモリから読み出された透過ソース光パル
ス(パルス幅τｐ)が時刻ｔ4′，ｔ4′＋２τｐに現われ
る。このように２つの光源の光パルスがより短い２つの
光パルス列として１つの光量計１７′に到達する。次
に、時刻ｔ5 に光メモリ素子１５のみをセットし、
ｔ5′にリセットすると透過ソース光パルスが時刻ｔ5′
に１本放出される。さらに、時刻ｔ6に光メモリ素子１
５′のみをセットし、ｔ6′にリセットすると透過ソー
ス光パルスが時刻ｔ6′＋２τｐ に１本放出される。さ
らに、時刻ｔ7に２つの光メモリ素子１５及び１５′共
にセットしないと、ｔ7′にリセットしても透過ソース
光パルスは現われない。
る時の２つのセット光源１５及び１５′，１つのリセッ
ト光源１６，１つの光量計１７′の光量の時系列変化を
示す。特に書かないが、これらの光メモリ素子へは既に
ソース光の供給が開始しているものとする。時刻ｔ4 に
それぞれ別の光源からセット光パルスが入射しメモリを
書き込む。時刻ｔ4′ にリセット光パルスが入射する
と、２つの光メモリから読み出された透過ソース光パル
ス(パルス幅τｐ)が時刻ｔ4′，ｔ4′＋２τｐに現われ
る。このように２つの光源の光パルスがより短い２つの
光パルス列として１つの光量計１７′に到達する。次
に、時刻ｔ5 に光メモリ素子１５のみをセットし、
ｔ5′にリセットすると透過ソース光パルスが時刻ｔ5′
に１本放出される。さらに、時刻ｔ6に光メモリ素子１
５′のみをセットし、ｔ6′にリセットすると透過ソー
ス光パルスが時刻ｔ6′＋２τｐ に１本放出される。さ
らに、時刻ｔ7に２つの光メモリ素子１５及び１５′共
にセットしないと、ｔ7′にリセットしても透過ソース
光パルスは現われない。
【００８２】図７には、一例として８ビットの電気信号
を一連の光パルス列として送信する時のシステム図を示
す。電気信号系の中で８ビットの電気信号が０から７ま
での８つのポートから各ビットごとに電気ケーブルを介
して、電気信号として光送信機に送られる。８つの電気
ケーブルはそれぞれ電気／光変換器に接続されており、
ここを通ると電気信号の有無に応じた光パルスが発生す
る。この電気／光変換器としては半導体レーザや電気光
学素子等を用いることができるが、そのパルス幅は高々
数ナノ秒オーダである。この光パルスを１度、本発明の
光メモリに記憶し、１つのクロック光パルスを各光メモ
リのリセット光として用いると、常に一定間隔のより短
いパルス列として１本の光ファイバで外部に送信され
る。
を一連の光パルス列として送信する時のシステム図を示
す。電気信号系の中で８ビットの電気信号が０から７ま
での８つのポートから各ビットごとに電気ケーブルを介
して、電気信号として光送信機に送られる。８つの電気
ケーブルはそれぞれ電気／光変換器に接続されており、
ここを通ると電気信号の有無に応じた光パルスが発生す
る。この電気／光変換器としては半導体レーザや電気光
学素子等を用いることができるが、そのパルス幅は高々
数ナノ秒オーダである。この光パルスを１度、本発明の
光メモリに記憶し、１つのクロック光パルスを各光メモ
リのリセット光として用いると、常に一定間隔のより短
いパルス列として１本の光ファイバで外部に送信され
る。
【００８３】すなわち、８ビットの電気信号を一組の光
パルス列として１本の光ファイバで送信できる。複数の
電気信号系からの電気信号も同様により多くの光メモリ
を並列して結線することで複数のセット光の光パルスを
より短い光パルス列に変換することができる。
パルス列として１本の光ファイバで送信できる。複数の
電気信号系からの電気信号も同様により多くの光メモリ
を並列して結線することで複数のセット光の光パルスを
より短い光パルス列に変換することができる。
【００８４】一例としてこれまで１０本のナノ秒の電気
信号列を１０本の光ファイバで個別に送信していた信号
が１本の光ファイバで済むため、１０本の光ファイバに
対しては１００本の電気信号列を送信することができ
る。
信号列を１０本の光ファイバで個別に送信していた信号
が１本の光ファイバで済むため、１０本の光ファイバに
対しては１００本の電気信号列を送信することができ
る。
【００８５】（実施例３）次に、本発明の光メモリ素子
を用いて、各種光論理演算を行う場合の一例を示す。光
論理演算を行う場合も、非線形光学媒体の組合せにより
論理演算素子を形成することが可能である。
を用いて、各種光論理演算を行う場合の一例を示す。光
論理演算を行う場合も、非線形光学媒体の組合せにより
論理演算素子を形成することが可能である。
【００８６】図８に、その論理演算素子の基本構成の一
例を示す。ここでは、入力信号用の光メモリ素子Ａ及び
Ｂと出力信号用の光メモリ素子Ｘの３つの光メモリとそ
れらの光メモリからの光パルスを受けて論理演算を行う
演算回路、及び演算結果の出力部Ｙからなる。
例を示す。ここでは、入力信号用の光メモリ素子Ａ及び
Ｂと出力信号用の光メモリ素子Ｘの３つの光メモリとそ
れらの光メモリからの光パルスを受けて論理演算を行う
演算回路、及び演算結果の出力部Ｙからなる。
【００８７】光パルスを用いた論理演算においてはその
光パルスが存在する状態を真の状態１，存在しない状態
を偽の状態０と定める。演算回路においては入力信号用
光メモリ素子に信号が入力されているかどうかで演算を
行うが、ピコ秒以下の超短光パルスの場合複数の入力信
号がタイミング良く論理回路に入力されねばならない。
光パルスが存在する状態を真の状態１，存在しない状態
を偽の状態０と定める。演算回路においては入力信号用
光メモリ素子に信号が入力されているかどうかで演算を
行うが、ピコ秒以下の超短光パルスの場合複数の入力信
号がタイミング良く論理回路に入力されねばならない。
【００８８】そこで、１度入力用の光メモリに入力信号
を記憶し、２つの入力信号を同期させて論理回路に入力
することで誤りなく、論理演算が可能となる。
を記憶し、２つの入力信号を同期させて論理回路に入力
することで誤りなく、論理演算が可能となる。
【００８９】図９には論理回路及び論理演算表の一例を
示す。論理演算の基本は、「Ａである（肯定）」，「Ａ
でない(否定)」，「ＡまたはＢ(和)」，「ＡかつＢ
(積)」，「ＡならばＢ（送り）」等の演算がある。これ
らの演算はその演算の種類により異なる光学配置を持つ
非線形光学媒体を組み合わせることにより実現される。
示す。論理演算の基本は、「Ａである（肯定）」，「Ａ
でない(否定)」，「ＡまたはＢ(和)」，「ＡかつＢ
(積)」，「ＡならばＢ（送り）」等の演算がある。これ
らの演算はその演算の種類により異なる光学配置を持つ
非線形光学媒体を組み合わせることにより実現される。
【００９０】例えば、「Ａである（肯定）」はＡの真偽
をそのままＹへ出力するものであり、「Ａでない（否
定）」はＡが真ならば偽を、Ａが偽ならば真をＹへ出力
するものである。これらは非線形光学媒体への入力がＡ
及びＸ全光量がそのしきい値を越えた時に透過率が急上
昇する双安定現象を利用すれば実現される。
をそのままＹへ出力するものであり、「Ａでない（否
定）」はＡが真ならば偽を、Ａが偽ならば真をＹへ出力
するものである。これらは非線形光学媒体への入力がＡ
及びＸ全光量がそのしきい値を越えた時に透過率が急上
昇する双安定現象を利用すれば実現される。
【００９１】Ａ及びＢの２つの入力信号の論理演算を行
う時は２つの光双安定媒体を組み合わせることで「Ａま
たはＢ（和）」，「ＡかつＢ(積)」，「ＡならばＢ(送
り)」等の論理演算が実現される。これ以外のより多様
な演算も複数の非線形光学媒体の組合せで実現可能であ
るが、いずれの場合もタイミング良く入力信号を導入す
る必要があり、そのための光メモリ素子が必要となる。
う時は２つの光双安定媒体を組み合わせることで「Ａま
たはＢ（和）」，「ＡかつＢ(積)」，「ＡならばＢ(送
り)」等の論理演算が実現される。これ以外のより多様
な演算も複数の非線形光学媒体の組合せで実現可能であ
るが、いずれの場合もタイミング良く入力信号を導入す
る必要があり、そのための光メモリ素子が必要となる。
【００９２】
【発明の効果】本発明によれば、従来の電気系スイッチ
では実現不可能な、高速光パルス信号処理に必要な光メ
モリ素子を得ることができる。
では実現不可能な、高速光パルス信号処理に必要な光メ
モリ素子を得ることができる。
【００９３】また、本発明の光メモリ素子を用いた光回
路，大容量光送受信機，光演算器等の光信号処理システ
ムを提供することができ、大容量高速光通信が可能とな
る。
路，大容量光送受信機，光演算器等の光信号処理システ
ムを提供することができ、大容量高速光通信が可能とな
る。
【図１】本発明の光メモリ素子の動作実験のための光学
系構成図。
系構成図。
【図２】本発明の光メモリ素子に用いることのできる光
双安定媒体の入射光量−透過光量特性図。
双安定媒体の入射光量−透過光量特性図。
【図３】本発明の光メモリ素子の動作実験の動作状況を
見るための計測光量の経時変化図。
見るための計測光量の経時変化図。
【図４】本発明の光メモリ素子の略記図。
【図５】本発明の２つの光メモリ素子の同期実験のため
の光学系構成図。
の光学系構成図。
【図６】本発明の２つの光メモリ素子の同期実験の動作
状況を見るための計測光量の経時変化図。
状況を見るための計測光量の経時変化図。
【図７】本発明の光メモリを用いた８ビット信号列の送
信装置の構成図。
信装置の構成図。
【図８】本発明の光メモリを用いた光論理演算素子の基
本構成図。
本構成図。
【図９】本発明の光メモリを用いた光論理演算素子の論
理演算回路及びその論理演算表。
理演算回路及びその論理演算表。
１…第１の非線形光学媒体、１′…第２の非線形光学媒
体、２，２′…反射鏡、３…反射防止媒体、４，１４…
ソース光源、５，１５…セット光源、６，１６…リセッ
ト光源、７，７′…光量計、８…ソース光入力端点、９
…セット光入力端点、１０…反射ソース光出力端点、１
１…リセット光入力端点、１２…透過ソース光出力端
点、１３，１３′…光メモリ、１７，１７′…光量計。
体、２，２′…反射鏡、３…反射防止媒体、４，１４…
ソース光源、５，１５…セット光源、６，１６…リセッ
ト光源、７，７′…光量計、８…ソース光入力端点、９
…セット光入力端点、１０…反射ソース光出力端点、１
１…リセット光入力端点、１２…透過ソース光出力端
点、１３，１３′…光メモリ、１７，１７′…光量計。
Claims (10)
- 【請求項１】透過率及び反射率が閾値特性を有する２つ
の非線形光学媒体からなり、前記非線形光学媒体間が２
つの光経路で結ばれている光メモリ素子であって、 １つの非線形光学媒体Ａに連続的に第１入力光を作用さ
せると共に第２入力光を選択的に作用させ、前記第２入
力光が作用している状態で前記第１入力光が前記非線形
光学媒体Ａを透過して前記非線形光学媒体Ａとは異なる
別の非線形光学媒体Ｂに入射するための第１の光経路を
形成し、 前記非線形光学媒体Ｂに第３入力光を選択的に作用さ
せ、前記第３入力光が作用していない状態で前記非線形
光学媒体Ｂに入射された前記第１入力光が前記非線形光
学媒体Ｂで反射して前記非線形光学媒体Ａに入射し、前
記第２入力光が作用していない状態であっても前記第１
入力光が前記非線形光学媒体Ａを透過して前記非線形光
学媒体Ｂに入射するための第２の光経路を形成し、 前記第３入力光が作用している状態で前記非線形光学媒
体Ｂに入射された前記第１入力光が前記非線形光学媒体
Ｂを透過して光出力となる第３の光経路を形成し、 しかも前記第２入力光は前記非線形光学媒体Ｂには到達
せず、また前記第３入力光は前記非線形光学媒体Ａには
到達しないように構成されていることを特徴とする光メ
モリ素子。 - 【請求項２】請求項１において、 前記非線形光学媒体Ａの閾値光量をＩc1、 前記非線形光学媒体Ｂの閾値光量をＩc2、 前記非線形光学媒体Ａに入射された光メモリに情報とな
る第２入力光の光量をＩset、 前記非線形光学媒体Ａに前記光メモリ素子を駆動させる
ために入射する第１入力光の光量をＩsource、 前記非線形光学媒体Ａを透過して前記非線形光学媒体Ｂ
に入射する光の光量をＩsource１、 前記非線形光学媒体Ｂに入射した光が前記非線形光学媒
体Ｂで反射して前記非線形光学媒体Ａに入射する光の光
量をＩsource２、 前記光メモリ素子に書き込まれた情報を取り出すため
に、前記非線形光学媒体Ｂに入射する第３入力光の光量
をＩreset、 とした時に、以下の関係を有することを特徴とする光メ
モリ素子。 Ｉc1＞Ｉsource，Ｉc1＞Ｉset，Ｉc1＞Ｉsource２ Ｉsource＋Ｉset≧Ｉc1，Ｉsource＋Ｉsource２≧Ｉc1 Ｉc2＞Ｉsource１，Ｉc2＞Ｉreset Ｉsource１＋Ｉreset≧Ｉc2 - 【請求項３】前記非線形光学媒体を結ぶ光経路の長さが
１ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光メ
モリ素子。 - 【請求項４】前記非線形光学媒体を結ぶ光経路の長さが
可変であることを特徴とする請求項１に記載の光メモリ
素子。 - 【請求項５】少なくとも２つの請求項１に記載の光メモ
リ素子からなる光回路。 - 【請求項６】少なくとも２つの請求項１に記載の光メモ
リ素子からなり、前記光メモリ素子間を光経路により結
ばれていることを特徴とする光回路。 - 【請求項７】少なくとも２つの請求項１に記載の光メモ
リ素子からなり、移動可能な光源により、前記光メモリ
素子への動作開始，情報の書き込み，情報の読みだし，
情報の消去を行うことを特徴とする光回路。 - 【請求項８】１枚の基板上に複数の請求項１に記載の光
メモリ素子を形成させたことを特徴とする光回路。 - 【請求項９】少なくとも２つの外部からの電気信号に光
信号に変換する素子と、 前記光信号を一時的に記憶する請求項１に記載の光メモ
リ素子と、 前記光メモリ素子からの同期させて読み出された光信号
を混合して外部に送り出す素子からなる光回路。 - 【請求項１０】外部からの光信号列を少なくとも２つの
光信号に分波する素子と、 前記光信号を一時的に記憶する請求項１に記載の光メモ
リ素子と、 前記光メモリ素子からの同期させて読み出された光信号
を電気信号に変換して外部に送り出す素子からなる光回
路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148974A JP2692591B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 光メモリ素子及びそれを用いた光回路 |
| US08/502,916 US5862286A (en) | 1994-06-30 | 1995-06-28 | Optical memory device and optical circuit using optical memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148974A JP2692591B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 光メモリ素子及びそれを用いた光回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0815738A JPH0815738A (ja) | 1996-01-19 |
| JP2692591B2 true JP2692591B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=15464849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6148974A Expired - Fee Related JP2692591B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 光メモリ素子及びそれを用いた光回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2692591B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6741494B2 (en) * | 1995-04-21 | 2004-05-25 | Mark B. Johnson | Magnetoelectronic memory element with inductively coupled write wires |
| US6700550B2 (en) | 1997-01-16 | 2004-03-02 | Ambit Corporation | Optical antenna array for harmonic generation, mixing and signal amplification |
| US6038060A (en) * | 1997-01-16 | 2000-03-14 | Crowley; Robert Joseph | Optical antenna array for harmonic generation, mixing and signal amplification |
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| JP2003015173A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-15 | Agilent Technol Inc | 光信号を記憶する装置 |
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| JP4306990B2 (ja) * | 2001-10-18 | 2009-08-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 非線形光学素子 |
| US7221515B2 (en) * | 2003-07-04 | 2007-05-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical diffraction element |
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| CN101627479B (zh) * | 2007-01-30 | 2011-06-15 | 索拉斯特公司 | 光电池及其制造方法 |
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| WO2009005805A2 (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-08 | Solasta, Inc. | Distributed coax photovoltaic device |
| EP3745605B1 (en) | 2016-03-22 | 2022-08-24 | Lyteloop Technologies, Llc | Data in motion storage system and method |
| US11126065B2 (en) | 2016-06-09 | 2021-09-21 | The Boeing Company | Photonic crystals logic devices |
| MX2020013441A (es) | 2018-08-02 | 2021-02-26 | Lyteloop Tech Llc | Aparato y metodo para almacenar se?ales de onda en una cavidad. |
| EP3818389B1 (en) | 2018-08-10 | 2022-12-21 | Lyteloop Technologies, Llc | System and method for extending path length of a wave signal using angle multiplexing |
| CN112913091A (zh) | 2018-11-05 | 2021-06-04 | 利特洛普技术有限公司 | 使用共享的公共组件构建、操作和控制多个放大器、再生器、以及收发器的系统和方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4738503A (en) * | 1985-02-08 | 1988-04-19 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junion University | In-line fiber optic memory |
| JPS62139529A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-23 | Nec Corp | 光ｓ−ｒフリツプフロツプ回路 |
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| GB9122182D0 (en) * | 1991-10-18 | 1991-11-27 | British Telecomm | Optical memory |
| US5472759A (en) * | 1993-12-16 | 1995-12-05 | Martin Marietta Corporation | Optical volume memory |
| US5400173A (en) * | 1994-01-14 | 1995-03-21 | Northrop Grumman Corporation | Tunable mid-infrared wavelength converter using cascaded parametric oscillators |
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-
1994
- 1994-06-30 JP JP6148974A patent/JP2692591B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-28 US US08/502,916 patent/US5862286A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5862286A (en) | 1999-01-19 |
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