JPH0829821A

JPH0829821A - 光リミッティング材料を用いた光演算素子

Info

Publication number: JPH0829821A
Application number: JP16230394A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Kojima; 由継小島; Takaaki Matsuoka; 孝明松岡; Norio Sato; 紀夫佐藤; Hideo Takahashi; 秀郎高橋
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】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
成器とからなることを特徴とする光演算素子である。前
記の２種類の光リミッティング材料は、透過率や飽和透
過光強度の異なるものの組み合わせを変えることによ
り、ＡＮＤ素子、ＯＲ素子またはＸＯＲ素子を実現する
ことができる。前記の光分配器と光合成器とは、ハーフ
ミラーと鏡およびプリズム等から構成する手段と、２本
の光ファイバを接合したビ−ムスプリッタを用いる手段
とがある。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１４】

【実施例】

（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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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〔Ｃ₅Ｈ₅Ｆｅ（ＣＯ）〕₄、金属クラスター化
合物が用いられる。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１４】光ファイバと筒体を用いた光演算素子の構成
図。

【符号の説明】

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１Ｌ２入力光その２ＬＡ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ＬＣＬＡ，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

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
光合成器とからなることを特徴とする光演算素子。
【請求項２】前記の２種類の光リミッティング材料は、
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。
【請求項３】前記２種類の光リミッティング材料は、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
ィング材料で構成されている請求項１記載の光演算素
子。
【請求項４】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ことを特徴とする、請求
項１の光演算素子。
【請求項５】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なることを特徴とする、請求項
１の光演算素子。