JPH0829821A - Optical operation element using optical limiting material - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光コンピュータの光演
算素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical arithmetic element for an optical computer.
【0002】[0002]
【従来の技術】コンピュ−タの情報処理能力は年々向上
してきており、既に演算回数が一秒間当たり数百億回に
達している。これは電子式の演算素子を用いた場合であ
るが、光演算素子を用いた並列コンピュータでは、これ
を数桁上回る演算回数が期待でき、特に大量高速の画像
処理を可能とするであろうと言われている。2. Description of the Related Art The information processing capability of computers has been improving year by year, and the number of calculations has already reached several tens of billions per second. This is the case when an electronic arithmetic element is used, but it is expected that a parallel computer using an optical arithmetic element can expect a number of operations that exceeds this by several orders of magnitude, and in particular will enable large-scale high-speed image processing. It is being appreciated.
【0003】光コンピュータを構成する光演算素子とし
ては、一般に入力光に対して階段型の応答をする非線形
光学素子が要求されている。一例としては、ナフタロシ
アニン染料等の有機非線形光学材料をファブリペロー共
振器の中に配置した、光演算素子が提案されている(特
開平2−77028)。この素子は入射光の増大によ
り、内部の非線形光学材料の屈折率が変化して非線形の
光応答を示し、AND素子およびOR素子として利用す
ることができる。As an optical operation element that constitutes an optical computer, a non-linear optical element that responds stepwise to input light is generally required. As an example, an optical operation element has been proposed in which an organic nonlinear optical material such as a naphthalocyanine dye is arranged in a Fabry-Perot resonator (Japanese Patent Laid-Open No. 2-77028). This element can be used as an AND element and an OR element because the refractive index of the internal nonlinear optical material changes due to an increase in incident light and exhibits a nonlinear optical response.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の光演算素子は、
AND素子およびOR素子は提供するが、XOR素子を
提供できないという問題があった。すなわちこの素子
は、入射光が増大すると内部の非線形光学材料の屈折率
が変化して非線形の光応答を示すもので、AND素子と
OR素子は実現できるが、屈折率の変化が一方向に限ら
れるためXOR素子としての機能は実現できないのであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The above optical arithmetic element is
Although the AND element and the OR element are provided, there is a problem that the XOR element cannot be provided. That is, this element shows a nonlinear optical response due to a change in the refractive index of the nonlinear optical material inside when the incident light increases, and although an AND element and an OR element can be realized, the change in the refractive index is limited to one direction. Therefore, the function as the XOR element cannot be realized.
【0005】本発明はかかる問題を基本的に解決するも
ので、AND素子、OR素子と共にXOR素子をも実現
できる光演算素子を提供することを目的とする。The present invention basically solves such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical operation element which can realize an XOR element as well as an AND element and an OR element.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明による光リミッテ
ィング材料を用いた光演算素子は、入射したコヒーレン
ト光を2本の光線に分配する光分配器と、上記2本の光
線の行路内にそれぞれ配置された、入射光強度対透過光
強度の関係特性が異なる2種類の光リミッティング材料
と、同材料を透過する2本の透過光を位相差180°を
もって1本に合成する光合成器とから構成されている。An optical arithmetic element using an optical limiting material according to the present invention includes an optical distributor for distributing incident coherent light into two light beams and a path for the two light beams. Two types of optical limiting materials, each having different relation characteristics of incident light intensity and transmitted light intensity, and an optical combiner for combining two transmitted lights passing through the same material with a phase difference of 180 ° into one It consists of
【0007】これらの2種類の光リミッティング材料
に、入射光が弱い範囲ではそれらの透過率が同一であ
り、入射光強度を上げていくと飽和透過光強度の異なる
2種類の光リミッティング材料を使用すると、AND素
子およびOR素子を得ることができる。同様に、これら
2種類の光リミッティング材料に、入射光が弱い範囲で
は透過率に差があり、入射光強度が高くなると飽和透過
光強度の一致する2種類の光リミッティング材料を用い
ると、XOR素子を実現することができる。These two types of optical limiting materials have the same transmittance in a range where the incident light is weak, and the two types of optical limiting materials having different saturated transmitted light intensities as the incident light intensity is increased. Can be used to obtain AND and OR elements. Similarly, for these two types of optical limiting materials, when two types of optical limiting materials having different transmittances in the range where the incident light is weak and having the same saturated transmitted light intensity when the incident light intensity becomes high are used, An XOR element can be realized.
【0008】ところで、前記の光分配器と光合成器の構
成には、色々な形式のものが考えられるが、代表的なも
のはハーフミラーを用いたものと、光ファイバを用いた
ものの2種類であろう。まずハーフミラーを用いた構成
から説明すると、前記光分配器は、入射光行路に対して
斜めに配置されたハーフミラーを有し、また、光合成器
が一方の光リミッティング材料を透過する透過光の行路
内に斜めに置かれたハーフミラーを有し、かつ、前記光
分配器または光合成器のいずれかが2本の光線に位相差
を持たせるためのプリズムを有するものである。この構
成では、プリズムと光路差とによって、光合成時に18
0°の位相差が実現されるのである。There are various possible configurations of the above-mentioned optical distributor and optical combiner, but there are two typical ones, one using a half mirror and the other using an optical fiber. Ah First, the structure using the half mirror will be described. The light distributor has a half mirror arranged obliquely with respect to the incident light path, and the light combiner transmits the light transmitted through one of the optical limiting materials. , A half mirror obliquely placed in the path, and either the light distributor or the light combiner has a prism for giving a phase difference to two light rays. In this configuration, due to the prism and the optical path difference, 18
A phase difference of 0 ° is realized.
【0009】次に光ファイバを用いた構成を説明する
と、前記光分配器が2本の光ファイバを接合したビ−ム
スプリッタからなり、また、光合成器もそれぞれの光リ
ミッティング材料からの透過光を誘導する2本の光ファ
イバを接合して構成されている。この構成では、光ファ
イバの長さの違いによる光路差で、180°の位相差を
もって異なる光リミッティング材料を透過してきた光が
合成されるのである。Explaining the structure using an optical fiber, the optical distributor comprises a beam splitter in which two optical fibers are joined, and the optical combiner also transmits the light transmitted from each optical limiting material. Is formed by joining two optical fibers that guide each other. In this configuration, the light that has passed through the different optical limiting materials with a phase difference of 180 ° is combined due to the optical path difference due to the difference in the length of the optical fiber.
【0010】[0010]
【作用及び発明の効果】本発明の光演算素子は、前述の
ように光分配器と、2種類の異なった特性を持つ光リミ
ッティング材料と、光合成器とから構成されている。そ
して、上記2種類の光リミッティング材料を透過してき
た光線は、位相差180°をもって合成されるのであ
る。As described above, the optical operation element of the present invention comprises the optical distributor, the optical limiting material having two different characteristics, and the optical combiner. Then, the light rays that have passed through the above two types of optical limiting materials are combined with a phase difference of 180 °.
【0011】したがって、上記2種類の光リミッティン
グ材料の組み合わせによって、様々な特性の素子を作る
ことができる。たとえば、入射光が弱い範囲ではそれら
の透過率が同一であり、入射光強度を上げていくと飽和
透過光強度の異なる2種類の光リミッティング材料を組
み合わせると、飽和透過光に達する入力光強度の差によ
って、AND素子やOR素子が実現できる。まず、入射
光強度があるスレッショルドより低い状態で透過光が飽
和すれば、OR素子が実現できる。同様に、入力光強度
がそのスレッショルドより高いところで透過光が飽和す
るような組み合わせにすれば、AND素子が実現できる
のである。Therefore, by combining the above two kinds of optical limiting materials, elements having various characteristics can be manufactured. For example, in the range where the incident light is weak, their transmittances are the same, and when the incident light intensity is increased and two kinds of optical limiting materials with different saturated transmitted light intensities are combined, the input light intensity reaching the saturated transmitted light is increased. An AND element or an OR element can be realized by the difference of First, if the transmitted light saturates when the incident light intensity is lower than a certain threshold, an OR element can be realized. Similarly, if the combination is such that the transmitted light is saturated where the input light intensity is higher than the threshold, an AND element can be realized.
【0012】そして、前記2種類の光リミッティング材
料に、入射光が弱い範囲では透過率に差があり、入射光
強度が高くなると飽和透過光強度が同一になる組み合わ
せを用いれば、入射光がごく弱い範囲では出力光も弱
く、一方の光リミッティング材料だけが飽和に達する程
度の入射光に対してはある程度の強さを持った出力光が
得られ、さらに入力光の強度を増して二つの光リミッテ
ィング材料が両方飽和してしまうようになると、出力光
は相殺して殆ど出なくなる。したがって光リミッティン
グ材料のこの様な組み合わせによれば、XOR素子が得
られる。If a combination of the above two kinds of optical limiting materials has a difference in transmittance in the range where the incident light is weak and the saturated transmitted light intensity becomes the same when the incident light intensity becomes high, the incident light is In the extremely weak range, the output light is also weak, and output light with a certain intensity is obtained with respect to the incident light to the extent that only one of the optical limiting materials reaches saturation, and the intensity of the input light is further increased. When both of the two optical limiting materials become saturated, the output lights cancel each other out. Therefore, with such a combination of optical limiting materials, an XOR element is obtained.
【0013】この様にして、本発明による光リミッティ
ング材料を用いた光演算素子は、その光リミッティング
材料の組み合わせを変えることにより、AND素子とO
R素子だけではなく、XOR素子をも実現することがで
きるのである。In this way, the optical operation element using the optical limiting material according to the present invention changes the combination of the optical limiting materials to change the AND element and the O element.
Not only the R element but also the XOR element can be realized.
【0014】[0014]
(第1実施例)本発明による光リミッティング材料を用
いた光演算素子は、例えば図1のように構成される。こ
の例では、光分配器も光合成器も共にハーフミラーによ
って構成されている。(First Embodiment) An optical operation element using the optical limiting material according to the present invention is constructed as shown in FIG. 1, for example. In this example, both the light distributor and the light combiner are composed of half mirrors.
【0015】図1の左側には、ハーフミラーHが斜めに
置かれて、コヒーレントな入力光L1およびL2を同位
相で合成して、入力光Lを生成し、これを光演算子Eに
入射させる。入射光Lの合成手段は、このようなハーフ
ミラーによるものに限られることはないが、いずれにせ
よ光演算素子EがAND素子、OR素子、またはXOR
素子として機能するには、二つの入力光線L1,L2を
合成して単一の入力光Lを生成することが必要である。On the left side of FIG. 1, a half mirror H is obliquely placed, and coherent input lights L1 and L2 are combined in phase to generate an input light L, which is incident on an optical operator E. Let The synthesizing means of the incident light L is not limited to such a half mirror, but in any case, the optical operation element E is an AND element, an OR element, or an XOR.
In order to function as an element, it is necessary to combine two input rays L1 and L2 to generate a single input ray L.
【0016】本発明による光リミッティング材料を用い
た光演算素子Eでは、図1中の左側から、前述のように
合成されたコヒーレントな入力光Lが、光リミッティン
グ材料Aに向かって入射してくる。同材料Aの直前には
45°傾けてハーフミラー1が固定されており、入力光
Lを1対1の強度比率で透過および反射して、光を分配
する。In the optical operation element E using the optical limiting material according to the present invention, the coherent input light L synthesized as described above is incident on the optical limiting material A from the left side in FIG. Come on. Immediately before the material A, the half mirror 1 is fixed at an angle of 45 ° and transmits and reflects the input light L at an intensity ratio of 1: 1 to distribute the light.
【0017】前記ハーフミラー1を透過して入力光Lの
半分の強度になったハーフミラーの透過光は、光リミッ
ティング材料Aに直接入射し、これを透過してその右端
から射出する。そして斜め45°に設置した鏡4で反射
され、透過光LAとして、ハーフミラー5に入射する。
一方、前記ハーフミラー1で反射され、90°経路を転
換した反射光は、この経路に対向して設置されたプリズ
ム2内で2度内反射して反転する。そして更に、第2の
光リミッティング材料Bの直前に斜め45°の角度で設
けられた鏡3で反射されて、上記光リミッティング材料
Aに平行に設置された同材料Bに真っ直ぐに入射する。
この時の入射光の強度は、上述の光リミッティング材料
Aに入射する光と等しい。The transmitted light of the half mirror, which has passed through the half mirror 1 and has half the intensity of the input light L, is directly incident on the optical limiting material A, transmitted therethrough and emitted from the right end thereof. Then, it is reflected by the mirror 4 installed at an angle of 45 ° and enters the half mirror 5 as transmitted light LA.
On the other hand, the reflected light which is reflected by the half mirror 1 and which has changed the 90 ° path is internally reflected twice inside the prism 2 installed facing the path and is inverted. Further, the light is reflected by a mirror 3 which is provided immediately before the second optical limiting material B at an angle of 45 °, and is directly incident on the same material B installed in parallel to the optical limiting material A. .
The intensity of the incident light at this time is equal to that of the light incident on the light limiting material A described above.
【0018】こうして光リミッティング材料Bに入射し
た光線は、同材料を透過して透過光LBとなって、光リ
ミッティング材料Bの直後に45°の角度を持って斜め
に設置されたハーフミラー5に入射する。ところでこの
時、同時に上記のように光リミッティング材料Aを透過
してきた透過光LAも、側方からハーフミラー5に入射
してくるため、両透過光LA,LBはハーフミラー5で
一本の出力光LCに合成されて、出力されるのである。The light beam thus entering the optical limiting material B becomes a transmitted light LB by passing through the same material, and is a half mirror immediately after the optical limiting material B and obliquely installed at an angle of 45 °. It is incident on 5. By the way, at this time, since the transmitted light LA that has simultaneously transmitted through the optical limiting material A as described above also enters the half mirror 5 from the side, both of the transmitted light LA and LB are collected by the half mirror 5. The output light LC is combined and output.
【0019】なお、プリズム2は、必要に応じて鏡3と
共に光リミッティング材料Bとハーフミラー5との間に
設置しても同じ結果を得る。このような構成は、請求項
4に対応するものである。ところで図1において、ハー
フミラー5に2方向から入射する透過光LA,LBのハ
ーフミラー5での合成時における位相関係は、図2に示
すように位相が180°反転した逆位相の関係にある。
これは、透過光LBになる入射光が通過する経路に、プ
リズム2によって形成される迂回路があり、その厳密に
調整された光路差によって位相がちょうど180°反転
するようになっているのである。If the prism 2 is installed between the optical limiting material B and the half mirror 5 together with the mirror 3 as required, the same result can be obtained. Such a configuration corresponds to claim 4. By the way, in FIG. 1, the phase relationship at the time of combining the transmitted lights LA and LB incident on the half mirror 5 from two directions in the half mirror 5 is a reverse phase relationship in which the phases are inverted by 180 ° as shown in FIG. .
This is because there is a detour formed by the prism 2 in the path through which the incident light that becomes the transmitted light LB passes, and the phase is inverted by exactly 180 ° due to the strictly adjusted optical path difference. .
【0020】したがって、透過光LA,LBが同じ強度
であれば、互いに打ち消しあって出力光LCはゼロにな
り、両者に差があれば、その強度差が出力光LCの強度
になるのである。このようにしてこの光演算素子では、
2種類の光リミッティング材料A,Bの透過率の差が出
力光LCの強度に表れるため、入射光強度対透過光強度
の関係特性が異なる光リミッティング材料を組み合わせ
れば、様々な光演算素子を実現することができるのであ
る。Therefore, if the transmitted lights LA and LB have the same intensity, they cancel each other and the output light LC becomes zero, and if there is a difference between the two, the intensity difference becomes the intensity of the output light LC. In this way, in this optical operation element,
Since the difference between the transmittances of the two types of optical limiting materials A and B appears in the intensity of the output light LC, various optical operations can be performed by combining optical limiting materials having different relations between the incident light intensity and the transmitted light intensity. The device can be realized.
【0021】例えば、光リミッティング材料A,Bに、
図3の(A),(B)に示すような、入射光が弱い範囲
では両者の透過率は同一であり、入射光強度を上げてい
くと飽和透過強度が異なる特性のものを採用すると、出
力光LCの強度は図4に示すようなものになる。すなわ
ち、入射光Lの強度がある一定の値(1.5a程度)よ
り低い範囲では、透過光LA,LBに差がなく、したが
って両者が互いに相殺して出力光LCの強度はゼロであ
る。ところが入射光Lがある強度(1.5a程度)に達
すると、光リミッティング材料Aが飽和し、それ以上透
過しなくなる。一方、光リミッティング材料Bは入射光
強度が2aに達するまで飽和せず、同じ透過率で透過光
強度は上昇を続ける。すると、飽和透過光強度が高い光
リミッティング材料Bとの間に、図3の斜線部分のよう
な透過光強度の差が生じるのである。For example, in the optical limiting materials A and B,
As shown in FIGS. 3A and 3B, the transmittances of the two are the same in the range where the incident light is weak, and if the characteristics of the saturated transmission intensity differ as the incident light intensity is increased, The intensity of the output light LC is as shown in FIG. That is, in the range where the intensity of the incident light L is lower than a certain value (about 1.5a), there is no difference between the transmitted lights LA and LB, and therefore the two cancel each other out, and the intensity of the output light LC is zero. However, when the incident light L reaches a certain intensity (about 1.5a), the optical limiting material A is saturated and does not transmit any more. On the other hand, the optical limiting material B does not saturate until the incident light intensity reaches 2a, and the transmitted light intensity continues to increase at the same transmittance. Then, a difference in transmitted light intensity is generated between the light limiting material B having a high saturated transmitted light intensity and a shaded portion in FIG.
【0022】そして前述の光合成器で、180°の位相
差をもって合成されると、上記の透過光強度の差が出力
光LCとして得られる。したがって、図4に示すような
入力光Lの入射光強度と出力光LCの強度の関係が成立
するのである。このような光リミッティング材料の組み
合わせによる光演算素子の構成は、請求項2に対応する
ものである。Then, when they are combined by the above-mentioned optical combiner with a phase difference of 180 °, the above difference in transmitted light intensity is obtained as the output light LC. Therefore, the relationship between the incident light intensity of the input light L and the intensity of the output light LC as shown in FIG. 4 is established. The configuration of the optical arithmetic element using such a combination of optical limiting materials corresponds to claim 2.
【0023】そして、この構成の光演算素子からは、A
ND素子とOR素子とを作ることができる。すなわち、
入力光強度が位相の合った二つの入力光L1,L2の合
成であると考えると、各々の入射光強度の組み合わせに
よって出力光LCの強度が変化して、AND素子または
OR素子としての働きをするのである。たとえば上記の
二つの入力光L1,L2の強度が、それぞれゼロまたは
aだとすると、位相を合わせて合成された入力光Lの入
射光強度は、ゼロ、a,2aの3通りとなる。そのう
ち、二つの入力光L1,L2が両方ともaの強度をもっ
た場合にのみ、合成された入力光Lの強度は2aとなっ
て、図4から分かるように強度bの出力光LCを生じ
る。Then, from the optical arithmetic element of this construction,
An ND element and an OR element can be made. That is,
Considering that the input light intensities are a combination of two input lights L1 and L2 in phase with each other, the intensity of the output light LC changes depending on the combination of the respective incident light intensities, and the function as an AND element or an OR element is obtained. To do. For example, if the intensities of the above-mentioned two input lights L1 and L2 are zero or a, respectively, the incident light intensities of the input light L synthesized by matching the phases will be zero, a, and 2a. Only when both of the two input lights L1 and L2 have the intensity of a, the intensity of the combined input light L becomes 2a, and as shown in FIG. 4, the output light LC of intensity b is generated. .
【0024】したがって、この素子はAND素子として
機能しているわけである。参考として、表1に二つの入
力光L1,L2による入射光強度と、出力光LCの透過
光強度の関係を示す。Therefore, this element functions as an AND element. For reference, Table 1 shows the relationship between the incident light intensity of the two input lights L1 and L2 and the transmitted light intensity of the output light LC.
【0025】[0025]
【表1】AND素子の入射光強度と透過光強度の関係 同様に、前述の2つの入力光L1,L2の強度が、それ
ぞれゼロまたは2aだとすると、位相を合わせて合成さ
れた入力光Lの入射光強度は、ゼロ、2a,4aの3通
りとなる。そのうち、二つの入力光L1,L2のうちど
ちらか一方でも2aの強度をもてば、合成された入力光
Lは2a以上となって、図4から分かるように強度bの
出力光LCを生じる。[Table 1] Relationship between incident light intensity and transmitted light intensity of AND element Similarly, assuming that the intensities of the above-mentioned two input lights L1 and L2 are zero and 2a, respectively, the incident light intensities of the input light L synthesized by matching the phases are zero, 2a, and 4a. If one of the two input lights L1 and L2 has an intensity of 2a, the combined input light L becomes 2a or more, and as shown in FIG. 4, an output light LC of intensity b is generated. .
【0026】したがって、この素子はOR素子として機
能しているわけである。参考として、表2に二つの入力
光L1,L2による入射光強度と、出力光LCの透過光
強度の関係を示す。Therefore, this element functions as an OR element. For reference, Table 2 shows the relationship between the incident light intensity of the two input lights L1 and L2 and the transmitted light intensity of the output light LC.
【0027】[0027]
【表2】OR素子の入射光強度と透過光強度の関係 なお、このような特性のOR素子を得るためには、二つ
の入力光L1,L2が合成された入力光Lの入射光強度
がaでも、既に飽和透過現象を一方の光リミッティング
材料が起こして透過光量差がbに達するような、2種類
の光リミッティング材料の組み合わせを採用することに
よっても可能である。[Table 2] Relation between incident light intensity and transmitted light intensity of OR element In order to obtain an OR element having such a characteristic, even if the incident light intensity of the input light L that is a combination of the two input lights L1 and L2 is a, one of the optical limiting materials has already caused a saturated transmission phenomenon. It is also possible to adopt a combination of two kinds of optical limiting materials so that the difference in transmitted light amount reaches b.
【0028】さて次に、光リミッティング材料A,B
に、図5の(C),(D)に示すような、入射光が弱い
範囲では両者の透過率は異なり、入射光強度を上げてい
くと飽和透過強度が同一になる特性のものを採用する
と、出力光LCの強度は図6に示すようなものになる。
すなわち、入射光Lの強度がある一定の値cで一方の光
リミッティング材料が飽和して、それ以上透過しなくな
り、他方の光リミッティング材料との透過光の強度差が
ピークを形成する。そして、入射光Lの強度がある一定
の値(2c以下)より高い範囲では、同一の強度ですで
に飽和している透過光LA,LBに差がなく、したがっ
て両者が互いに相殺して出力光LCの強度はゼロであ
る。Next, the optical limiting materials A and B
In addition, as shown in FIGS. 5C and 5D, the transmittances of the two are different in the range where the incident light is weak, and the saturated transmission intensity becomes the same as the incident light intensity is increased. Then, the intensity of the output light LC becomes as shown in FIG.
That is, one of the optical limiting materials is saturated at a certain value c of the intensity of the incident light L and is not transmitted any more, and the intensity difference of the transmitted light with the other optical limiting material forms a peak. Then, in the range where the intensity of the incident light L is higher than a certain value (2c or less), there is no difference between the transmitted lights LA and LB that have already been saturated at the same intensity, so that they cancel each other out and the output light The LC intensity is zero.
【0029】このような光リミッティング材料の組み合
わせによる光演算素子の構成は、請求項3に対応するも
のである。そして、この構成の光演算素子からは、XO
R素子を作ることができる。すなわち、入力光Lが位相
の合った二つの入力光L1,L2の合成であると考える
と、各々の入力光L1,L2の強度の組み合わせによっ
て出力光Lの強度が変化して、XOR素子としての働き
をするのである。The structure of the optical arithmetic element by the combination of such optical limiting materials corresponds to the third aspect. Then, from the optical operation element of this configuration, XO
R element can be made. That is, assuming that the input light L is a combination of two input lights L1 and L2 in phase with each other, the intensity of the output light L changes depending on the combination of the intensities of the respective input lights L1 and L2, so that the It works.
【0030】たとえば上記の二つの入力光L1,L2の
強度が、それぞれゼロまたはcだとすると、位相を合わ
せて合成された入力光Lの入射光強度は、ゼロ、c,2
cの3通りとなる。そのうち、二つの入力光L1,L2
の内一方だけがcの強度をもった場合にのみ、合成され
た入力光Lはcとなって、図6から分かるように強度d
の出力光を生じる。For example, if the intensities of the above-mentioned two input lights L1 and L2 are zero or c, respectively, the incident light intensities of the input lights L combined in phase are zero, c and 2 respectively.
There are 3 ways of c. Two of them, input light L1 and L2
Only when one of them has the intensity of c, the combined input light L becomes c, and as shown in FIG.
Produces output light.
【0031】したがって、この素子はXOR素子として
機能しているわけである。参考として、表3に二つの入
力光L1,L2の入射光強度と、出力光LCの透過光強
度の関係を示す。Therefore, this element functions as an XOR element. For reference, Table 3 shows the relationship between the incident light intensity of the two input lights L1 and L2 and the transmitted light intensity of the output light LC.
【0032】[0032]
【表3】XOR素子の入射光強度と透過光強度の関係 (光リミッティング材料について)こうしてみると、本
発明の核心を成す部分は光リミッティング材料にあるこ
とが分かる。そこで次に、光リミッティング材料につい
て説明する。[Table 3] Relationship between incident light intensity and transmitted light intensity of XOR element (Regarding the optical limiting material) From this, it is understood that the core of the present invention lies in the optical limiting material. Therefore, next, the optical limiting material will be described.
【0033】光リミッティング材料としては、一般に入
射光の波長付近に強い吸収のない化合物が用いられる。
たとえば波長が532nmでは、高圧重合により合成した
アセチレンオリゴマー、ジアセチレンオリゴマー(特願
平6−21916)、フラーレン(C60,C70,C76,
C84,C90,C94)、フラーレンの誘導体、フタロシニ
アン、インダンスロンなどのπ電子共役化合物、Kin
g錯体〔C5 H5 Fe(CO)〕4 、金属クラスター化
合物が用いられる。As the optical limiting material, a compound that does not have strong absorption in the vicinity of the wavelength of incident light is generally used.
For example, when the wavelength is 532 nm, acetylene oligomer, diacetylene oligomer (Japanese Patent Application No. 6-21916) synthesized by high-pressure polymerization, fullerene (C 60 , C 70 , C 76 ,
C 84 , C 90 , C 94 ), fullerene derivatives, π-electron conjugated compounds such as phthalocyanine and indanthrone, Kin
A g complex [C 5 H 5 Fe (CO)] 4 and a metal cluster compound are used.
【0034】これらの化合物は、トルエン、クロロホル
ム、THF、メチルアルコール、ベンゼン、二硫化炭
素、アセトン、塩化メチレン等の溶媒や、PMMA、ポ
リスチレン、ポリカーボネートなどの透明な高分子に対
して、0.001から60重量%で分散させることが望
ましい。これは、0.001重量%未満であると光リミ
ッティング効果が発現せず、逆に60重量%を越えると
溶解性に悪影響があるからである。These compounds are added in an amount of 0.001 with respect to solvents such as toluene, chloroform, THF, methyl alcohol, benzene, carbon disulfide, acetone and methylene chloride, and transparent polymers such as PMMA, polystyrene and polycarbonate. It is desirable to disperse it in an amount of 60 to 60% by weight. This is because if it is less than 0.001% by weight, the light limiting effect is not exhibited, and if it exceeds 60% by weight, the solubility is adversely affected.
【0035】また、これらの化合物の中でオリゴマーは
成形性があるので、フィルム状に成形しても使用でき
る。なお、光リミッティング材料を溶媒に分散させて使
用する時には、透明なセルに入れる。セルの材質として
は、入射光の波長に吸収のない材料が好適であり、例え
ば石英やガラス等の溶媒に溶けない材料が用いられる。Further, among these compounds, the oligomer has moldability, so that it can be used even if formed into a film. When the optical limiting material is used by dispersing it in a solvent, it is placed in a transparent cell. As the material of the cell, a material that does not absorb the wavelength of incident light is suitable, and for example, a material that does not dissolve in a solvent such as quartz or glass is used.
【0036】本発明の光リミッティング材料に用いる可
飽和吸収体としては、入射光の波長付近に強い吸収を有
する色素が用いられる。たとえば入射光の波長が532
nmではローダミン590が用いられ、波長が694nmで
はフタロシアニンが用いられるといった具合である。そ
こで次に、光リミッティング材料の使用例を具体的に説
明しよう。As the saturable absorber used in the optical limiting material of the present invention, a dye having a strong absorption near the wavelength of incident light is used. For example, the wavelength of incident light is 532
For example, rhodamine 590 is used for nm, and phthalocyanine is used for wavelength of 694 nm. Therefore, next, an example of using the optical limiting material will be specifically described.
【0037】まず、フェニルアセチレンを可撓性のテフ
ロン製袋容器に封入し、150°の温度に保ちつつ、シ
リコンオイルを圧力媒体として0.52GPaの圧力で
五時間加圧して、高圧重合によりフェニルアセチレンオ
リゴマーを合成した。そして同オリゴマーをトルエンに
溶かし、10wt%の濃度に調整した溶液を、光路長1mm
のガラス製セルに封入した。これを、一方の光リミッテ
ィング材料Aとして図1の構成の光演算素子内にセット
した。First, phenylacetylene was enclosed in a flexible Teflon bag container, and while maintaining the temperature at 150 ° C., silicon oil was used as a pressure medium at a pressure of 0.52 GPa for 5 hours, and phenyl was obtained by high-pressure polymerization. An acetylene oligomer was synthesized. Then, a solution prepared by dissolving the same oligomer in toluene and adjusting the concentration to 10 wt% is used, and the optical path length is 1 mm.
The glass cell was sealed. This was set as one optical limiting material A in the optical arithmetic element having the configuration of FIG.
【0038】同様に、高圧重合により合成したジフェニ
ルジアセチレンオリゴマーをトルエンに溶かし、0.1
2wt%の濃度に調整する。この溶液を光路長1mmのガラ
ス製セルに封入して、もう一方の光リミッティング材料
Bとして図1の構成の光演算素子内にセットした。そし
て、パルスNd:YAGレーザ光をSHG結晶に照射し
て発生した第二高調波(波長532nm、ビーム直径8m
m) を入力光としてこの光演算素子に入射させ、1 パル
ス当たりの透過光強度をパワーメータを用いて測定し
た。その際の入射光強度と各光リミッティング材料から
の透過光強度を、図7にグラフにして示す。同様に、両
光リミッティング材料からの透過光強度の差として合成
された、光演算素子の透過光強度すなわち出力光強度
を、図8にグラフにして示す。ここで、図7は図3に、
図8は図4に対応する特性を示していることにお気づき
であろう。Similarly, a diphenyldiacetylene oligomer synthesized by high-pressure polymerization was dissolved in toluene to give 0.1
Adjust to a concentration of 2 wt%. This solution was sealed in a glass cell having an optical path length of 1 mm, and the other optical limiting material B was set in the optical arithmetic element having the configuration of FIG. The second harmonic (wavelength 532 nm, beam diameter 8 m) generated by irradiating the SHG crystal with pulsed Nd: YAG laser light
m) was input to this optical operation element as input light, and the transmitted light intensity per pulse was measured using a power meter. The incident light intensity and the transmitted light intensity from each optical limiting material at that time are shown in the graph of FIG. Similarly, FIG. 8 is a graph showing the transmitted light intensity of the optical operation element, that is, the output light intensity, which is synthesized as the difference in the transmitted light intensity from both optical limiting materials. Here, FIG. 7 corresponds to FIG.
It will be noted that FIG. 8 shows the characteristics corresponding to FIG.
【0039】図8を見て分かるように、この光演算素子
では入射光強度が小さいうちは透過光強度はほとんど無
く、入射光強度がある値以上になると透過が発現してい
る。したがって、この光演算素子はAND素子としての
機能を有するものである。さらに、両セルに対する入射
光強度を上げることにより、OR素子としても使用でき
る。As can be seen from FIG. 8, in this optical operation element, there is almost no transmitted light intensity while the incident light intensity is small, and transmission is exhibited when the incident light intensity exceeds a certain value. Therefore, this optical operation element has a function as an AND element. Furthermore, by increasing the incident light intensity on both cells, it can be used as an OR element.
【0040】さて次に、XOR素子を作る光リミッティ
ング材料について具体例で説明しよう。フラーレンC60
をトルエンに溶かし、0.052wt%の濃度に調整し
た。そしてこの溶液を、光路長1mmのガラス製セルの中
に封入し、図1の構成の光演算素子中の一方の光リミッ
ティング材料Aとしてセットした。Next, the optical limiting material for forming the XOR element will be explained with a concrete example. Fullerene C 60
Was dissolved in toluene and adjusted to a concentration of 0.052 wt%. Then, this solution was enclosed in a glass cell having an optical path length of 1 mm, and set as one optical limiting material A in the optical arithmetic element having the configuration of FIG.
【0041】同様に、高圧重合により合成したジフェニ
ルジアセチレンオリゴマーをトルエンに溶かし、0.2
wt%の濃度に調整する。この溶液を光路長1mmのガラス
製セルに封入して、もう一方の光リミッティング材料B
として図1の構成の光演算素子内にセットした。そして
先程と同様に、パルスNd:YAGレーザ光をSHG結
晶に照射して発生した第二高調波(波長532nm、ビー
ム直径8mm) を入力光としてこの光演算素子に入射さ
せ、1 パルス当たりの透過光強度をパワーメータを用い
て測定した。その際の入射光強度と各光リミッティング
材料からの透過光強度を、図9にグラフにして示す。同
様に、両光リミッティング材料からの透過光強度の差と
して合成された、光演算素子の透過光強度すなわち出力
光強度を、図10にグラフにして示す。ここで、図9は
図5に、図10は図6に対応する特性を示していること
にお気づきであろう。Similarly, the diphenyldiacetylene oligomer synthesized by high-pressure polymerization was dissolved in toluene to give 0.2
Adjust to wt% concentration. This solution was sealed in a glass cell with an optical path length of 1 mm, and the other optical limiting material B was used.
Was set in the optical arithmetic element having the configuration of FIG. Then, as in the previous case, the second harmonic wave (wavelength 532 nm, beam diameter 8 mm) generated by irradiating the SHG crystal with pulsed Nd: YAG laser light is made incident on this optical operation element as input light, and transmission per pulse is performed. The light intensity was measured using a power meter. The incident light intensity and the transmitted light intensity from each light limiting material at that time are shown in the graph of FIG. Similarly, FIG. 10 is a graph showing the transmitted light intensity of the optical arithmetic element, that is, the output light intensity, which is synthesized as the difference between the transmitted light intensities from the two optical limiting materials. It should be noted that FIG. 9 shows characteristics corresponding to FIG. 5 and FIG. 10 corresponds to FIG.
【0042】図10に示すように、この光演算素子では
入射光強度がある値で透過光強度は最大となり、それ以
上入射光強度を上げると逆に透過光強度は減少し、つい
には消失する。したがって、この光演算素子はXOR素
子としての機能を有するものである。このようにして、
実験によりAND素子、OR素子ならびにXOR素子が
実現できることが確認されたのである。As shown in FIG. 10, in this optical operation element, the transmitted light intensity becomes maximum at a certain value of the incident light intensity, and when the incident light intensity is further increased, the transmitted light intensity decreases conversely and finally disappears. . Therefore, this optical operation element has a function as an XOR element. In this way,
It was confirmed by experiments that an AND element, an OR element, and an XOR element could be realized.
【0043】以上で、本発明による光リミッティング材
料を用いた光演算子の、第1実施例についての詳細な説
明を終わる。 (第2実施例)ところでこれまでは、光分配器と光合成
器とを図1に示す構成のものとして、光リミッティング
材料を用いた光演算素子の作用効果を説明してきたが、
図1以外の構成でも請求項1の内容を満足する光分配器
と光合成器を作成することは可能である。This is the end of the detailed description of the first embodiment of the optical operator using the optical limiting material according to the present invention. (Second Embodiment) By the way, the operation and effect of the optical arithmetic element using the optical limiting material has been described so far by assuming that the optical distributor and the optical combiner have the configuration shown in FIG.
It is possible to produce an optical distributor and an optical combiner which satisfy the contents of claim 1 with a configuration other than that shown in FIG.
【0044】たとえば図11に示すように、図示しない
二つの入力光を合成した入力光Lを斜め45°に設置し
たハーフミラー1で、強度比1:1に分配して、透過光
は光リミッティング材料Aに入射し、反射光は他方の光
リミッティング材料Bの前方に斜め45°に設置した鏡
で反射して同光リミッティング材料Bに入射するように
する。このようにハーフミラー1と鏡3とで構成された
光分配器によっても、入力光Lを二つの同じ強度の平行
光線に分配して、二つの光リミッティング材料Aおよび
Bに入射させることが可能である。For example, as shown in FIG. 11, the input light L, which is a combination of two input lights (not shown), is distributed at an intensity ratio of 1: 1 by the half mirror 1 installed at an angle of 45 °, and the transmitted light is an optical limit. The reflected light is incident on the coating material A, and the reflected light is reflected by a mirror installed at an angle of 45 ° in front of the other optical limiting material B and is incident on the optical limiting material B. As described above, the light distributor composed of the half mirror 1 and the mirror 3 can also distribute the input light L into two parallel light beams having the same intensity and make them incident on the two light limiting materials A and B. It is possible.
【0045】同様に、二つの光リミッティング材料Aお
よびBからの透過光を鏡4とハーフミラー5によって合
成し、出力光LCを得ることができる。すなわち、光リ
ミッティング材料Bからの透過光をその直後に45°の
角度をもって設けられた鏡4で反射し、光リミッティン
グ材料Aの直後に同じく45°の角度をもって設けられ
たハーフミラー5に入射する。このとき同時に、同ハー
フミラー5には光リミッティング材料Aからの透過光L
Aが入射しており、上記の光リミッティング材料Bから
の透過光LBとの合成が行われる。Similarly, the transmitted light from the two optical limiting materials A and B can be combined by the mirror 4 and the half mirror 5 to obtain the output light LC. That is, the transmitted light from the optical limiting material B is reflected by the mirror 4 provided at an angle of 45 ° immediately thereafter, and is reflected by the half mirror 5 also provided at an angle of 45 ° immediately after the optical limiting material A. Incident. At this time, at the same time, the half mirror 5 transmits the transmitted light L from the optical limiting material A.
A is incident, and the transmitted light LB from the light limiting material B is combined.
【0046】その際、ハーフミラー1と鏡3の間隔なら
びに鏡4とハーフミラー5との間隔の分だけ、光リミッ
ティング材料Bを透過する光路は光リミッティング材料
Aの光路より長い。したがって、この光路差を精密に調
整することによって、ハーフミラー5での透過光合成時
に180°位相を反転させて合成することが可能であ
る。At this time, the optical path through the optical limiting material B is longer than the optical path of the optical limiting material A by the distance between the half mirror 1 and the mirror 3 and the distance between the mirror 4 and the half mirror 5. Therefore, by precisely adjusting this optical path difference, it is possible to reverse the 180 ° phase and combine the transmitted light in the half mirror 5.
【0047】そして、第1実施例と同様に光リミッティ
ング材料の組み合わせを変えることにより、AND素
子、OR素子およびXOR素子を得ることができるので
ある。 (第3実施例)図12に示すように、光分配器をさらに
違った構成で実現することも可能である。By changing the combination of the optical limiting materials as in the first embodiment, AND element, OR element and XOR element can be obtained. (Third Embodiment) As shown in FIG. 12, it is possible to realize the optical distributor with a further different structure.
【0048】すなわち、図示しない二つの入力光を合成
した入力光Lを凹型のプリズム6で二本の光線に分配
し、その背後に控えた凸型のプリズム7で二本の平行光
線に直して、二つの光リミッティング材料AおよびBに
入射させるのである。ここで上記のプリズム6は、台形
のプリズム二つを面対象に突き合わせたものであり、凹
部に鋭い谷を形成しているものとする。That is, the input light L, which is a combination of two input lights (not shown), is divided into two light rays by the concave prism 6, and is converted into two parallel light rays by the convex prism 7 which is kept behind it. , Two light limiting materials A and B are incident. Here, it is assumed that the prism 6 is formed by abutting two trapezoidal prisms on a surface, and forms a sharp valley in the recess.
【0049】このようにして分配された二本の平行光線
が、光リミッティング材料A,Bを透過した後は、第1
実施例または第2実施例と同じく、鏡4とハーフミラー
5とを組み合わせた光合成器によって一本の出力光LC
に合成される。その際、透過光LAとLBとの間には、
鏡4とハーフミラー5との間隔だけの光路差が生じる。
そこで、この間隔を精密に設定することにより、光リミ
ッティング材料A,Bからの透過光を、180°の位相
差を持たせて逆位相で合成することができるのである。After the two parallel rays thus distributed pass through the optical limiting materials A and B,
As in the case of the embodiment or the second embodiment, one output light LC is generated by the optical combiner in which the mirror 4 and the half mirror 5 are combined.
Is synthesized. At that time, between the transmitted light LA and LB,
An optical path difference corresponding to the distance between the mirror 4 and the half mirror 5 occurs.
Therefore, by precisely setting this interval, it is possible to combine the transmitted light from the optical limiting materials A and B in a reverse phase with a phase difference of 180 °.
【0050】ただし、入力光Lが円形の断面をもって入
射すると、左右別々の半円形の断面の光線に分配される
ため、合成時にきっちりと重ならない不具合が生じる心
配がある。そこで、入力光Lは、プリズム6の対称面を
中心とする長方形の断面を持っていることが望ましい。
そして、第1実施例と同様に光リミッティング材料の組
み合わせを変えることによってAND素子、OR素子お
よびXOR素子を得ることができるのである。 (第4実施例)以上の実施例は、空間上をコヒーレント
光が入射してくることを前提に光演算素子を考えたが、
今度は光ファイバ上を入射してくる光を処理して演算を
行う光演算素子を考えよう。However, when the input light L enters with a circular cross section, it is divided into light beams with a left and right semicircular cross section, so there is a risk that there will be a problem that they do not overlap exactly when combined. Therefore, it is desirable that the input light L has a rectangular cross section centered on the plane of symmetry of the prism 6.
Then, the AND element, the OR element, and the XOR element can be obtained by changing the combination of the optical limiting materials as in the first embodiment. (Fourth Embodiment) In the above embodiments, the optical arithmetic element was considered on the premise that coherent light enters the space.
Now, let's consider an optical computing element that processes light incident on an optical fiber to perform computation.
【0051】図13は、光ファイバを光分配器と光合成
器に使用した場合の、本発明による光リミッティング材
料を用いた光演算素子の一実施例である。図示しない二
つの入力光を合成した入射光Lは、光ファイバ8の上流
側から入射してくる。この光ファイバ8には途中にビー
ムスプリッタ9があり、入射光Lを光リミッティング材
料Aに導く光ファイバ8と、光リミッティング材料Bに
導く光ファイバ8とに、半分づつ分配する。ここで、ビ
ームスプリッタ9は、二本の光ファイバ8,8の側面の
一部を削って半円状にしたものを切削面を合わせて接合
したもので、光ファイバ内を伝達してくる光線を、その
接合部で分配する性質を持ったものである。そして、逆
流した光がノイズとならないよう、反対側の終端は無反
射終端10にしてある。FIG. 13 shows an embodiment of the optical arithmetic element using the optical limiting material according to the present invention when the optical fiber is used for the optical distributor and the optical combiner. Incident light L, which is a combination of two input lights (not shown), enters from the upstream side of the optical fiber 8. The optical fiber 8 has a beam splitter 9 in the middle thereof, and divides the incident light L into an optical fiber 8 that guides the optical limiting material A and an optical fiber 8 that guides the optical limiting material B half by half. Here, the beam splitter 9 is formed by cutting a part of the side surfaces of the two optical fibers 8 and 8 into a semicircular shape and joining the cut surfaces together. Is to be distributed at the joint. The opposite end is a non-reflective end 10 so that the backflowing light does not become noise.
【0052】このようにして半分づつに分配された入射
光は、光ファイバ8,8の終端から放射され、さらに上
記終端に焦点が合うように設置された凸レンズ11、1
1によって平行光線に直されて、光リミッティング材料
A,Bにそれぞれ入射するのである。そして、上記光リ
ミッティング材料A,Bを透過してきた平行光線は、そ
れぞれ凸レンズ11、11によって集光され、再び光フ
ァイバ8、8に入射する。そして透過光LA,LBとな
ってビームスプリッタ9に集合し、合成されて出力光L
Cとなって出力される。なお、ビームスプリッタ9で合
成された光の半分は、無反射終端10に導かれ、そこで
吸収されて終わってしまう。The incident light thus divided into halves is radiated from the ends of the optical fibers 8 and 8, and the convex lenses 11 and 1 placed so that the ends are in focus.
The light is converted into parallel rays by 1 and is incident on the light limiting materials A and B, respectively. Then, the parallel rays transmitted through the optical limiting materials A and B are condensed by the convex lenses 11 and 11, respectively, and enter the optical fibers 8 and 8 again. Then, the transmitted lights LA and LB are gathered in the beam splitter 9 and are combined into an output light L.
It is output as C. It should be noted that half of the light combined by the beam splitter 9 is guided to the non-reflective terminal 10 and is absorbed there to end.
【0053】ここで、出力光が合成されるに際し、光リ
ミッティング材料Aに付随する光ファイバ8の長さと、
光リミッティング材料Bに付随する光ファイバ8の長さ
とに差があることに注意を要する。この差を精密に設定
してやることにより、180°の位相差をもって透過光
LA,LBを合成することが可能になるのである。光フ
ァイバ8の長さを調整する他に、あるいは、凸レンズ1
1と光リミッティング材料A,Bとの距離を微調整する
ことによって光路差を調整し、位相を調節することも可
能である。Here, when the output lights are combined, the length of the optical fiber 8 attached to the optical limiting material A and
Note that there is a difference in the length of the optical fiber 8 associated with the optical limiting material B. By accurately setting this difference, it becomes possible to combine the transmitted lights LA and LB with a phase difference of 180 °. In addition to adjusting the length of the optical fiber 8, or the convex lens 1
It is also possible to adjust the optical path difference and the phase by finely adjusting the distance between 1 and the optical limiting materials A and B.
【0054】こうして第1実施例と同様に光リミッティ
ング材料の組み合わせ次第でAND素子、OR素子およ
びXOR素子を得ることができるのである。ただし凸レ
ンズを用いるこの構成では、光リミッティング材料A,
B内を透過する光線の強度の空間分布が必ずしも一様に
ならない可能性があるため、演算素子として余り好まし
い特性が得られない恐れがある。In this way, the AND element, the OR element and the XOR element can be obtained depending on the combination of the optical limiting materials as in the first embodiment. However, in this configuration using a convex lens, the optical limiting material A,
Since there is a possibility that the spatial distribution of the intensities of the light rays that pass through B may not be uniform, there is a possibility that the characteristics that are not very preferable as an arithmetic element may be obtained.
【0055】本例は、請求項5に対応するものである。 (第5実施例)ここまでの説明では、光リミッティング
材料を両端が透明なガラス等のセルに入れて使うことを
想定していたため、凸レンズが必要になったのである
が、今度は光ファイバを直接光リミッティング材料に接
続することを考えてみる。This example corresponds to claim 5. (Fifth Embodiment) In the description so far, it was assumed that the optical limiting material was put in a cell such as glass whose both ends were transparent, so that a convex lens was required. Consider connecting directly to the optical limiting material.
【0056】図14に示すように、本実施例では光リミ
ッティング材料A,Bを、それぞれごく細い筒体12、
12に封入する。同筒体の内面は鏡面処理されており、
その両端からは光ファイバ8、8、8、8が水密に挿入
されて、更にシール材で両端部が封印されているもので
ある。左側から入射した入力光Lは、図示しない二つの
入力光を合成したものであって、先の実施例と同じく光
ファイバ8、8を接合したビームスプリッタ9で分割さ
れ、光ファイバ8、8を通って筒体12、12の左端に
導かれ、直接筒体12、12内の光リミッティング材料
A,Bにそれぞれ入射する。そして透過光LA,LB
は、筒体右端に接続された光ファイバ8、8を通ってビ
ームスプリッタ9の働きを持つ接合部で合成され、出力
光LCとなって、光ファイバ8の右端から出力されるの
である。この合成に際しては、図からも明らかなよう
に、光ファイバ8、8、8、8の長さに差があり、光路
長が異なるので、これを精密に設定することにより位相
差180°で透過光LA,LBを合成することが可能で
ある。なお、前記接合部で分岐した出力光の一部は、無
反射終端10で吸収されるので、干渉して悪影響を及ぼ
すことはない。As shown in FIG. 14, in the present embodiment, the optical limiting materials A and B are respectively used as a very thin cylindrical body 12,
Enclose in 12. The inner surface of the cylinder is mirror-finished,
Optical fibers 8, 8, 8 and 8 are watertightly inserted from both ends, and both ends are sealed with a sealing material. The input light L incident from the left side is a combination of two input lights (not shown), and is split by the beam splitter 9 in which the optical fibers 8 and 8 are joined as in the previous embodiment. The light is guided to the left end of the cylindrical bodies 12, 12 and directly enters the light limiting materials A, B in the cylindrical bodies 12, 12, respectively. And the transmitted light LA, LB
Are combined at the joint having the function of the beam splitter 9 through the optical fibers 8, 8 connected to the right end of the tubular body, and output light LC is output from the right end of the optical fiber 8. In this combination, as is apparent from the figure, there is a difference in the lengths of the optical fibers 8, 8, 8 and 8, and the optical path lengths are different. Therefore, by setting this precisely, it is possible to transmit with a phase difference of 180 °. It is possible to combine the lights LA and LB. It should be noted that a part of the output light branched at the junction is absorbed by the non-reflective terminal 10 and therefore does not interfere and adversely affect.
【0057】こうして第1実施例と同様に光リミッティ
ング材料の組み合わせを変えることによりAND素子、
OR素子およびXOR素子を得ることができるのであ
る。本実施例では先の実施例と異なり、光ファイバ8、
8、8、8の先端部を直接光リミッティング材料A,B
に接続するため、凸レンズを必要としない。また、ガラ
ス等のセルに代わってごく細く小さい筒体12、12を
使用するため、全体を極めて小型軽量に制作することが
できるという利点がある。Thus, by changing the combination of the optical limiting materials as in the first embodiment, the AND element,
An OR element and an XOR element can be obtained. In this embodiment, unlike the previous embodiment, the optical fiber 8,
Direct optical limiting material A, B on the tip of 8, 8, 8
No need for a convex lens to connect to. Further, since the cells 12 and 12 which are extremely thin and small are used in place of the cells such as glass, there is an advantage that the whole can be made extremely small and lightweight.
【0058】本実施例も先の第3実施例と同じく、請求
項5に対応するものである。 (結論)以上詳述したように、本発明による光リミッテ
ィング材料を用いた光演算素子によれば、シンプルな構
成でAND素子、OR素子に加えて、XOR素子の機能
を持った光演算素子を提供することが可能になるのであ
る。This embodiment, like the third embodiment, corresponds to claim 5. (Conclusion) As described in detail above, according to the optical arithmetic element using the optical limiting material according to the present invention, the optical arithmetic element having the function of the XOR element in addition to the AND element and the OR element has a simple structure. Can be provided.
【図1】ハーフミラーとプリズムによる光リミッティン
グ材料を用いた光演算素子の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical operation element using an optical limiting material including a half mirror and a prism.
【図2】2種類の光リミッティング材料をそれぞれ透過
した光線LAおよびLBの位相関係を表す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a phase relationship between light rays LA and LB that have respectively passed through two types of optical limiting materials.
【図3】光リミッティング材料AおよびBの光学特性を
表すグラフ。FIG. 3 is a graph showing optical characteristics of optical limiting materials A and B.
【図4】光リミッティング材料AとBとを用いた光演算
素子の光学特性を表すグラフ。FIG. 4 is a graph showing optical characteristics of an optical operation element using the optical limiting materials A and B.
【図5】光リミッティング材料CおよびDの光学特性を
表すグラフ。5 is a graph showing optical characteristics of optical limiting materials C and D. FIG.
【図6】光リミッティング材料CとDとを用いた光演算
素子の光学特性を表すグラフ。FIG. 6 is a graph showing optical characteristics of an optical arithmetic element using optical limiting materials C and D.
【図7】ジフェニルジアセチレンオリゴマーおよびフェ
ニルアセチレンオリゴマーの光学特性を表すグラフ。FIG. 7 is a graph showing optical properties of diphenyldiacetylene oligomer and phenylacetylene oligomer.
【図8】ジフェニルジアセチレンオリゴマーとフェニル
アセチレンオリゴマーとを用いた光演算素子の光学特性
を表すグラフ。FIG. 8 is a graph showing optical characteristics of an optical operation element using a diphenyldiacetylene oligomer and a phenylacetylene oligomer.
【図9】ジフェニルジアセチレンオリゴマーおよびフラ
ーレンC60の光学特性を表すグラフ。FIG. 9 is a graph showing the optical characteristics of diphenyldiacetylene oligomer and fullerene C60.
【図10】ジフェニルジアセチレンオリゴマーとフラー
レンC60とを用いた光演算素子の光学特性を表すグラ
フ。FIG. 10 is a graph showing the optical characteristics of an optical calculation element using a diphenyldiacetylene oligomer and fullerene C60.
【図11】ハーフミラーと鏡とによる光リミッティング
材料を用いた光演算素子の構成図。FIG. 11 is a configuration diagram of an optical arithmetic element using an optical limiting material including a half mirror and a mirror.
【図12】凹型と凸型のプリズムで光分配器を構成した
光演算素子の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram of an optical arithmetic element in which a light distributor is configured by concave and convex prisms.
【図13】光ファイバと凸レンズを用いた光演算素子の
構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of an optical arithmetic element using an optical fiber and a convex lens.
【図14】光ファイバと筒体を用いた光演算素子の構成
図。FIG. 14 is a configuration diagram of an optical arithmetic element using an optical fiber and a cylindrical body.
A 光リミッティング材料 B 光リミッティング材料 E 光リミッティング材料を用いた光演算素子 H ハーフミラー L 入力光 L1 入力光その1 L2 入力光その2 LA 光リミッティング材料Aの透過光 LB 光リミッティング材料Bの透過光 LC LA,LBを逆位相で合成した出力光 1 ハーフミラー 2 プリズム 3、4 鏡 5 ハーフミラー 6 凹型プリズム 7 凸型プリズム 8、8、8、8 光ファイバ 9、9 光ファイバを接合したビームスプリッタ 10、10 無反射終端 11、11、11、11 凸レンズ 12、12 内面が鏡面の筒体 A Optical Limiting Material B Optical Limiting Material E Optical Operation Element Using Optical Limiting Material H Half Mirror L Input Light L1 Input Light Part 1 L2 Input Light Part 2 LA Optical Limiting Material A Transmitted Light LB Optical Limiting Material Transmitted light of material B Output light obtained by combining LC LA and LB in opposite phases 1 Half mirror 2 Prism 3, 4 Mirror 5 Half mirror 6 Concave prism 7 Convex prism 8, 8, 8, 8 Optical fiber 9, 9 Optical fiber Beam splitters 10 and 10 with non-reflective end 11, 11, 11, 11 Convex lens 12, 12 Inner surface is a cylindrical body
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 紀夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 高橋 秀郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Norio Sato, Nagachite-cho, Aichi-gun, Aichi-gun, 1-chome Yokocho, 1-chome, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor, Hidero Takahashi, Aichi-gun, Nagakute-cho, Aichi, 41 Address 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd.
Claims (5)
配する光分配器と、上記2本の光線の行路内にそれぞれ
配置された、入射光強度対透過光強度の関係特性が異な
る2種類の光リミッティング材料と、同材料を透過する
2本の透過光を位相差180°をもって1本に合成する
光合成器とからなることを特徴とする光演算素子。1. An optical distributor for distributing incident coherent light into two light rays, and two types of light rays having different relations between incident light intensity and transmitted light intensity, which are respectively disposed in the paths of the two light rays. And an optical combiner that combines two transmitted lights that pass through the same material into one with a phase difference of 180 °.
入射光が弱い範囲ではそれらの透過率が同一であり、入
射光強度を上げていくと飽和透過光強度の異なる2種類
の光リミッティング材料で構成されている請求項1記載
の光演算素子。2. The above-mentioned two kinds of optical limiting materials are
The optical operation element according to claim 1, wherein the transmittances are the same in a range where the incident light is weak, and the optical arithmetic element is composed of two kinds of optical limiting materials having different saturated transmitted light intensities as the incident light intensity is increased.
射光が弱い範囲では透過率に差があり、入射光強度が高
くなると飽和透過光強度の一致する2種類の光リミッテ
ィング材料で構成されている請求項1記載の光演算素
子。3. The two kinds of optical limiting materials are composed of two kinds of optical limiting materials, which have a difference in transmittance in a range where incident light is weak and have saturated saturated light intensity matching when the incident light intensity becomes high. The optical arithmetic element according to claim 1, which is provided.
に配置されたハーフミラーを有し、また、光合成器が一
方の光リミッティング材料を透過する透過光の行路内に
斜めに置かれたハーフミラーを有し、かつ、前記光分配
器または光合成器のいずれかが2本の光線に位相差を持
たせるためのプリズムを有することを特徴とする、請求
項1の光演算素子。4. The light distributor has a half mirror obliquely arranged with respect to the incident light path, and the light combiner is obliquely included in the path of the transmitted light passing through one of the optical limiting materials. 2. The optical operation element according to claim 1, further comprising a half mirror placed thereon, and either the light distributor or the light combiner has a prism for providing a phase difference between two light beams. .
たビ−ムスプリッタからなり、また、光合成器もそれぞ
れの光リミッティング材料からの透過光を誘導する2本
の光ファイバを接合してなることを特徴とする、請求項
1の光演算素子。5. The light distributor comprises a beam splitter in which two optical fibers are joined together, and the photosynthesizer also joins two optical fibers for guiding transmitted light from respective optical limiting materials. The optical arithmetic element according to claim 1, wherein
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16230394A JPH0829821A (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Optical operation element using optical limiting material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16230394A JPH0829821A (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Optical operation element using optical limiting material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0829821A true JPH0829821A (en) | 1996-02-02 |
Family
ID=15751944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16230394A Pending JPH0829821A (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Optical operation element using optical limiting material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0829821A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002027397A3 (en) * | 2000-09-29 | 2003-08-14 | Charles Romaniuk | Optical coupler-based programmable phase logic device |
JP2006156511A (en) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Sony Corp | Photoelectric conversion element and device |
-
1994
- 1994-07-14 JP JP16230394A patent/JPH0829821A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002027397A3 (en) * | 2000-09-29 | 2003-08-14 | Charles Romaniuk | Optical coupler-based programmable phase logic device |
JP2006156511A (en) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Sony Corp | Photoelectric conversion element and device |
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