JP2019040030A - Optical logic circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】論理演算の高速化を実現することができる多ビットの光論理回路を提供する。【解決手段】8ビット入力AND回路は、3入力1出力の光論理素子1−1〜1−7を縦続接続したものである。初段の光論理素子1−1〜1−4は、異なる振幅に0,1の値を割り当てた振幅ビットの信号光2つとバイアス光とを入力とする。初段以外の光論理素子1−5〜1−7は、直前の2つの光論理素子の出力光とバイアス光とを入力とする。終段の1つの光論理素子1−7に合流して得られた出力光を演算結果とする。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-bit optical logic circuit capable of realizing high-speed logic operation. An 8-bit input AND circuit is a three-input, one-output optical logic element 1-1 to 1-7 connected in cascade. The optical logic elements 1-1 to 1-4 of the first stage input two signal lights of amplitude bits and bias light in which values of 0 and 1 are assigned to different amplitudes. The optical logic elements 1-5 to 1-7 other than the first stage input the output light and the bias light of the two immediately preceding optical logic elements. The output light obtained by merging with one optical logic element 1-7 in the final stage is used as the calculation result. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、論理演算を光回路で行う光論理回路に関するものである。 The present invention relates to an optical logic circuit that performs logical operations in an optical circuit.
光論理素子は、RC遅延のない、高速な光演算を実現する上で重要なデバイスの一つであり、多数の機関で古くから研究されている。その多くは、非線形光学効果を利用するものである(非特許文献1参照)。非線形光学効果は、出力ビット信号のバイナリコントラスト(“0”出力時の絶対強度と“1”出力時の絶対強度との比)を確保するために必須である。ただし、非線形光学効果の利用には次のような問題点がある。 An optical logic element is one of important devices for realizing high-speed optical computation without RC delay, and has been studied for many years by many institutions. Many of them use the nonlinear optical effect (see Non-Patent Document 1). The non-linear optical effect is indispensable for securing the binary contrast of the output bit signal (ratio of the absolute intensity at the time of “0” output and the absolute intensity at the time of “1” output). However, the use of the nonlinear optical effect has the following problems.
(I)信号の大きな入力強度(または強度密度)が必要とされること。
(II)挿入損失が大きいこと。
(III)性能が入力強度に依存して変化すること。
(IV)構造が複雑で作製が容易でないこと。
(I) A large input intensity (or intensity density) of the signal is required.
(II) Large insertion loss.
(III) The performance changes depending on the input intensity.
(IV) The structure is complex and not easy to manufacture.
上記(I)の問題はデバイス構造である程度の補償をすることが可能であるものの、いずれの問題も根本的な解決を図ることは困難である。したがって、現状においてもカスケード性(縦続に接続して使用できる光論理素子の数)や消費電力の観点で、非線形光論理素子の応用が著しく制限されている。仮にカスケード性や消費電力の制約が満たされたとしても、10dBを超えるバイナリコントラストと低挿入損失とを同時に得るのは困難である。 Although the problem (I) can be compensated to some extent by the device structure, it is difficult to fundamentally solve any problem. Therefore, even in the present situation, the application of nonlinear optical logic elements is remarkably limited from the viewpoint of cascadability (the number of optical logic elements that can be connected in cascade) and power consumption. Even if the restrictions on cascadeability and power consumption are satisfied, it is difficult to obtain a binary contrast exceeding 10 dB and a low insertion loss at the same time.
一方、上記の非線形光学効果を利用した光論理素子の問題を回避すべく、線形光学に基づく線形光論理素子も提案されている。線形光学の利点は、性能が入力強度に依存せず、低入力強度(極まれば光子数個レベル)でも動作可能なため、消費電力を圧倒的に小さくできることである。動作原理としては、主に伝搬光の位相を利用した線形干渉に基づくものが提案されている。 On the other hand, linear optical logic elements based on linear optics have also been proposed in order to avoid the problem of optical logic elements using the above-described nonlinear optical effect. The advantage of linear optics is that the power consumption can be greatly reduced because the performance does not depend on the input intensity and can be operated at a low input intensity (level of several photons if possible). As an operation principle, one based on linear interference using the phase of propagating light has been proposed.
上記の位相変化に敏感な光論理素子を自由空間光学系やファイバー光学系に組み込んで使用する場合、各光素子やファイバーの空間的な振動やねじれによって、各光信号間の相対位相が時間的に大きく揺らぐため、フィードバック制御機構なしでは基本的に動作できない。 When an optical logic element sensitive to the above phase change is incorporated in a free space optical system or fiber optical system, the relative phase between each optical signal is temporally affected by the spatial vibration or twist of each optical element or fiber. Therefore, it cannot basically operate without a feedback control mechanism.
しかし、近年はナノフォトニクス技術の進展により、電気制御が可能なレーザ光源、光検出器、移相器や1×1スイッチまたは2×2スイッチのオンチップ集積がある程度可能になった。このようなデバイスのオンチップ集積により、各デバイスの相対位置が固定されるため、上記の自由空間光学系にみられる位相揺らぎの問題がほぼ解消される。
しかし、オンチップ線形光論理素子そのものが開発途上であるため、光論理素子と他の光素子の組み合わせによる特定機能の実装や具体的な回路構成は十分に検討されていないのが現状である。
However, in recent years, the progress of nanophotonics technology has made it possible to some extent allow on-chip integration of laser light sources, photodetectors, phase shifters and 1 × 1 switches or 2 × 2 switches that can be electrically controlled. By such on-chip integration of devices, the relative position of each device is fixed, so that the problem of phase fluctuation seen in the free space optical system is almost solved.
However, since the on-chip linear optical logic device itself is under development, the implementation of a specific function and a specific circuit configuration using a combination of the optical logic device and another optical device have not been sufficiently studied.
光AND(論理和)素子の応用例として、入力されたビット列が特定の配列に一致するかを判定する一致検索(パタンマッチ)回路が挙げられる。本応用の場合、複数ビットのマッチング判定をなるべく高速(低遅延)に行う必要がある。パタンマッチ回路の応用先としては、例えばスイッチルーターなどがある。 As an application example of an optical AND (logical sum) element, there is a match search (pattern match) circuit that determines whether an input bit string matches a specific arrangement. In the case of this application, it is necessary to perform matching determination of a plurality of bits as fast as possible (low delay). As an application destination of the pattern match circuit, for example, there is a switch router.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、論理演算の高速化を実現することができる多ビットの光論理回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a multi-bit optical logic circuit capable of realizing a high-speed logic operation.
本発明の光論理回路は、2つの信号光とバイアス光とを入力とする3入力1出力の複数の光論理素子と、2つの信号光を入力とする2入力1出力の複数の光論理素子と、1つの信号光とバイアス光とを入力とする2入力1出力の複数の光論理素子のうち少なくとも1種類の光論理素子を縦続接続し、終段の1つの光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路は、3入力1出力の複数の光論理素子を縦続接続し、初段の前記光論理素子は、異なる振幅に0,1の値を割り当てた振幅ビットの信号光2つとバイアス光とを入力とし、初段以外の前記光論理素子は、直前の2つの光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、終段の1つの前記光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
The optical logic circuit of the present invention includes a plurality of three-input one-output optical logic elements that receive two signal lights and a bias light, and a two-input one-output plurality of optical logic elements that receive two signal lights as inputs. And at least one kind of optical logic elements of a plurality of two-input one-output optical logic elements that receive one signal light and a bias light as input, and are joined to one final optical logic element. The obtained output light is used as a calculation result.
In the optical logic circuit of the present invention, a plurality of optical logic elements with three inputs and one output are connected in cascade, and the first-stage optical logic element has a signal light 2 of amplitude bits in which values of 0 and 1 are assigned to different amplitudes. The optical logic elements other than the first stage are obtained by inputting the output light of the immediately preceding two optical logic elements and the bias light and merging with one of the last optical logic elements. The output light thus obtained is used as a calculation result.
また、本発明の光論理回路は、初段に配置された3入力1出力の複数の第1の光論理素子と、初段と終段とを除く箇所に配置された2入力1出力の第2の光論理素子と、終段に配置された3入力1出力の第3の光論理素子とを縦続接続し、前記第1の光論理素子は、異なる位相に0,1の値を割り当てた位相ビットの信号光2つとバイアス光とを入力とし、前記第2の光論理素子は、直前の2つの第1の光論理素子の出力光または直前の2つの第2の光論理素子の出力光を入力とし、前記第3の光論理素子は、直前の2つの第2の光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、前記第3の光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路は、初段に配置された2入力1出力の複数の第1の光論理素子と、2段目に配置された2入力1出力の第2の光論理素子と、初段と2段目と終段とを除く箇所に配置された2入力1出力の第3の光論理素子と、終段に配置された3入力1出力の第4の光論理素子とを縦続接続し、前記第1の光論理素子は、異なる位相に0,1の値を割り当てた位相ビットの信号光2つを入力とし、前記第2の光論理素子は、前記第1の光論理素子の出力光1つとバイアス光とを入力とし、前記第3の光論理素子は、直前の2つの第2の光論理素子の出力光または直前の2つの第3の光論理素子の出力光を入力とし、前記第4の光論理素子は、直前の2つの第3の光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、前記第4の光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とするものである。
Further, the optical logic circuit of the present invention includes a plurality of first input / output three-input optical logic elements arranged at the first stage, and a second input / output second arranged at positions excluding the first stage and the final stage. A phase bit in which an optical logic element and a third optical logic element with three inputs and one output arranged at the last stage are connected in cascade, and the values of 0 and 1 are assigned to different phases. The signal light and the bias light are input, and the second optical logic element inputs the output light of the immediately preceding two first optical logic elements or the output light of the immediately preceding two second optical logic elements. The third optical logic element receives the output light of the immediately preceding two second optical logic elements and the bias light, and combines the output light obtained by combining with the third optical logic element. The result is an operation result.
The optical logic circuit of the present invention includes a plurality of first optical logic elements having two inputs and one output arranged in the first stage, and a second optical logic element having two inputs and one output arranged in the second stage. Cascade connection of the third optical logic element with two inputs and one output arranged in the place excluding the first stage, the second stage and the final stage, and the fourth optical logic element with three inputs and one output arranged in the final stage The first optical logic element receives two phase-bit signal lights with values of 0 and 1 assigned to different phases, and the second optical logic element is the first optical logic element of the first optical logic element. One output light and bias light are input, and the third optical logic element receives the output light of the two preceding second optical logic elements or the output light of the two immediately preceding third optical logic elements. The fourth optical logic element receives the output light of the immediately preceding two third optical logic elements and the bias light as inputs, and the fourth optical theory. It is characterized in that the output light obtained by merging the device and the operation result.
また、本発明の光論理回路の1構成例は、各光論理素子に入力される2つの信号光のうち一方の位相を調整可能な第1の移相器と、各光論理素子に入力されるバイアス光の位相を調整可能な第2の移相器と、各光論理素子に入力されるバイアス光の強度を調整可能な強度変調器とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路の1構成例は、前記第1の光論理素子に入力される2つの信号光の強度を調整可能な第1の強度変調器と、前記第2、第3の光論理素子に入力される2つの信号光のうち一方の位相を調整可能な第1の移相器と、前記第1、第3の光論理素子に入力されるバイアス光の強度を調整可能な第2の強度変調器と、前記第3の光論理素子に入力されるバイアス光の位相を調整可能な第2の移相器とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路の1構成例は、終段に配置された前記光論理素子の出力光を光電変換する光検出器と、この光検出器から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理してデジタル電気信号に変換するしきい値処理器とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光論理回路の1構成例は、複数の前記バイアス光の強度を個別に設定可能な光源をさらに備えることを特徴とするものである。
In addition, one configuration example of the optical logic circuit of the present invention includes a first phase shifter capable of adjusting the phase of one of two signal lights input to each optical logic element, and input to each optical logic element. And a second phase shifter capable of adjusting the phase of the bias light, and an intensity modulator capable of adjusting the intensity of the bias light input to each optical logic element.
Also, one configuration example of the optical logic circuit of the present invention includes a first intensity modulator capable of adjusting the intensity of two signal lights input to the first optical logic element, and the second and third A first phase shifter capable of adjusting the phase of one of the two signal lights input to the optical logic element, and an intensity of the bias light input to the first and third optical logic elements can be adjusted. The apparatus further comprises a second intensity modulator and a second phase shifter capable of adjusting the phase of the bias light input to the third optical logic element.
Also, in one configuration example of the optical logic circuit of the present invention, a photodetector for photoelectrically converting the output light of the optical logic element arranged at the final stage, and an analog electric signal output from the photodetector are thresholded. It further comprises a threshold value processor for performing value processing and converting it into a digital electric signal.
In addition, one configuration example of the optical logic circuit of the present invention is characterized by further including a light source capable of individually setting a plurality of the intensity of the bias light.
本発明によれば、2つの信号光とバイアス光とを入力とする3入力1出力の複数の光論理素子と、2つの信号光を入力とする2入力1出力の複数の光論理素子と、1つの信号光とバイアス光とを入力とする2入力1出力の複数の光論理素子のうち少なくとも1種類の光論理素子を縦続接続し、終段の1つの光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることにより、論理演算の高速化を実現することができる。 According to the present invention, a plurality of three-input one-output optical logic elements that receive two signal lights and a bias light, a two-input one-output plurality of optical logic elements that receive two signal lights, It is obtained by cascading at least one type of optical logic elements among a plurality of two-input one-output optical logic elements that receive one signal light and a bias light, and join to one optical logic element at the final stage. By using the output light as an operation result, it is possible to realize a high speed logic operation.
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る8ビット入力AND回路(光論理回路)の構成例を示すブロック図である。8ビット入力AND回路は、2つの信号光と1つのバイアス光とを入力として2つの信号光のAND演算を行う3入力1出力の光論理素子1−1〜1−7と、信号光生成用の連続光とバイアス光とを出力する光源2と、信号光生成用の連続光を8ビット入力デジタル電気信号の各ビットに応じて強度変調して信号光を生成する強度変調器3−1〜3−8と、光論理素子1−7の出力光を光電変換する光検出器4と、光検出器4から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理してデジタル電気信号に変換するコンパレータ、センスアンプなどのしきい値処理器5と、光導波路7−1〜7−8,8−1〜8−7,9−1〜9−6とから構成される。この8ビット入力AND回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an 8-bit input AND circuit (optical logic circuit) according to the first embodiment of the present invention. The 8-bit input AND circuit is a three-input one-output optical logic element 1-1 to 1-7 that performs an AND operation on two signal lights with two signal lights and one bias light as inputs, and for generating signal lights. A light source 2 that outputs a continuous light and a bias light, and an intensity modulator 3-1 that generates signal light by intensity-modulating the continuous light for signal light generation according to each bit of the 8-bit input digital electrical signal. 3-8, a photodetector 4 that photoelectrically converts the output light of the optical logic element 1-7, a comparator that performs threshold processing on the analog electrical signal output from the photodetector 4 and converts it into a digital electrical signal, It comprises a threshold processing unit 5 such as a sense amplifier and optical waveguides 7-1 to 7-8, 8-1 to 8-7, 9-1 to 9-6. This 8-bit input AND circuit is integrated on a substrate made of a dielectric material.
図1において、6A,6Bは光論理素子1−1〜1−7の信号光入力ポート、6Cは光論理素子1−1〜1−7の光出力ポート、6Dは光論理素子1−1〜1−7のバイアス光入力ポートである。 In FIG. 1, 6A and 6B are signal light input ports of the optical logic elements 1-1 to 1-7, 6C is an optical output port of the optical logic elements 1-1 to 1-7, and 6D is an optical logic element 1-1 to 1-7. 1-7 is a bias light input port.
本実施例の8ビット入力AND回路は、異なる振幅に“0”,“1”の値を割り当てた信号光を入力とする光論理素子1−1〜1−7を、階層的に縦続接続したものである。具体的には、光論理素子1−1,1−2の光出力を光論理素子1−5の入力とし、光論理素子1−3,1−4の光出力を光論理素子1−6の入力とし、光論理素子1−5,1−6の光出力を光論理素子1−7の入力としている。段数はN=3である。 In the 8-bit input AND circuit of this embodiment, optical logic elements 1-1 to 1-7 that input signal lights having values of “0” and “1” assigned to different amplitudes are cascaded hierarchically. Is. Specifically, the optical outputs of the optical logic elements 1-1 and 1-2 are input to the optical logic element 1-5, and the optical outputs of the optical logic elements 1-3 and 1-4 are input to the optical logic element 1-6. The optical outputs of the optical logic elements 1-5 and 1-6 are input to the optical logic element 1-7. The number of stages is N = 3.
光導波路7−1,7−2は光論理素子1−1の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路7−3,7−4は光論理素子1−2の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。光導波路7−5,7−6は光論理素子1−3の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路7−7,7−8は光論理素子1−4の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。光導波路8−1,8−3,8−5,8−7は光論理素子1−1〜1−4のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 The optical waveguides 7-1 and 7-2 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-1, and the optical waveguides 7-3 and 7-4 are the signal light input ports 6A of the optical logic element 1-2. , 6B. The optical waveguides 7-5 and 7-6 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-3, and the optical waveguides 7-7 and 7-8 are the signal light input ports 6A of the optical logic element 1-4. , 6B. The optical waveguides 8-1, 8-3, 8-5, and 8-7 are connected to the bias light input ports 6D of the optical logic elements 1-1 to 1-4.
光論理素子1−1の光出力ポート6Cと光論理素子1−5の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路9−1によって接続され、光論理素子1−2の光出力ポート6Cと光論理素子1−5の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路9−2によって接続されている。また、光論理素子1−3の光出力ポート6Cと光論理素子1−6の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路9−3によって接続され、光論理素子1−4の光出力ポート6Cと光論理素子1−6の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路9−4によって接続されている。光導波路8−2,8−6は光論理素子1−5,1−6のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 The optical output port 6C of the optical logic element 1-1 and the signal light input port 6A of the optical logic element 1-5 are connected by an optical waveguide 9-1, and the optical output port 6C of the optical logic element 1-2 and the light are connected. The signal light input port 6B of the logic element 1-5 is connected by an optical waveguide 9-2. The optical output port 6C of the optical logic element 1-3 and the signal light input port 6A of the optical logic element 1-6 are connected by an optical waveguide 9-3, and the optical output port 6C of the optical logic element 1-4. And the signal light input port 6B of the optical logic element 1-6 are connected by an optical waveguide 9-4. The optical waveguides 8-2 and 8-6 are connected to the bias light input ports 6D of the optical logic elements 1-5 and 1-6.
さらに、光論理素子1−5の光出力ポート6Cと光論理素子1−7の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路9−5によって接続され、光論理素子1−6の光出力ポート6Cと光論理素子1−7の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路9−6によって接続されている。光導波路8−4は光論理素子1−7のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 Further, the optical output port 6C of the optical logic element 1-5 and the signal light input port 6A of the optical logic element 1-7 are connected by an optical waveguide 9-5, and the optical output port 6C of the optical logic element 1-6. And the signal light input port 6B of the optical logic element 1-7 are connected by an optical waveguide 9-6. The optical waveguide 8-4 is connected to the bias light input port 6D of the optical logic element 1-7.
光源2は、値“1”に対応する強度の連続光を光導波路7−1〜7−8に入力する。このとき、光源2は、全ての光導波路7−1〜7−8に同相の連続光を入力する。光導波路7−1〜7−8には、8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを入力とする強度変調器3−1〜3−8が設けられている。こうして、入力デジタル電気信号の対応するビットに応じた振幅を有する8つの信号光を生成することができる。以下、強度変調器3−1〜3−8によって生成された、強度が0または1で位相が固定の信号光を振幅ビットと呼ぶ。 The light source 2 inputs continuous light having an intensity corresponding to the value “1” to the optical waveguides 7-1 to 7-8. At this time, the light source 2 inputs in-phase continuous light to all the optical waveguides 7-1 to 7-8. The optical waveguides 7-1 to 7-8 are provided with intensity modulators 3-1 to 3-8 that receive respective bits of an 8-bit input digital electric signal. In this manner, eight signal lights having amplitudes corresponding to the corresponding bits of the input digital electrical signal can be generated. Hereinafter, the signal light generated by the intensity modulators 3-1 to 3-8 and having an intensity of 0 or 1 and having a fixed phase is referred to as an amplitude bit.
強度変調器3−1,3−2によって生成された振幅ビットは光論理素子1−1の信号光入力ポート6A,6Bに入力され、強度変調器3−3,3−4によって生成された振幅ビットは光論理素子1−2の信号光入力ポート6A,6Bに入力される。強度変調器3−5,3−6によって生成された振幅ビットは光論理素子1−3の信号光入力ポート6A,6Bに入力され、強度変調器3−7,3−8によって生成された振幅ビットは光論理素子1−4の信号光入力ポート6A,6Bに入力される。 The amplitude bits generated by the intensity modulators 3-1 and 3-2 are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-1, and the amplitude generated by the intensity modulators 3-3 and 3-4. The bits are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-2. The amplitude bits generated by the intensity modulators 3-5 and 3-6 are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-3, and the amplitude generated by the intensity modulators 3-7 and 3-8. The bits are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 1-4.
また、光源2は、光導波路7−1〜7−8に入力する信号光生成用の連続光と同一強度で同一波長の連続光をバイアス光として光導波路8−1,8−3,8−5,8−7に入力し、信号光生成用の連続光と同一波長で1/3の強度の連続光をバイアス光として光導波路8−2,8−6に入力し、信号光生成用の連続光と同一波長で1/9の強度の連続光をバイアス光として光導波路8−4に入力する。このとき、光源2は、これらバイアス光の位相を、信号光用の連続光に対して逆相とする。 The light source 2 uses the continuous light having the same intensity and the same wavelength as the continuous light for signal light generation input to the optical waveguides 7-1 to 7-8 as bias light, and the optical waveguides 8-1, 8-3, 8- 5 and 8-7, continuous light having the same wavelength and 1/3 intensity as the continuous light for signal light generation is input as bias light to the optical waveguides 8-2 and 8-6, and is used for signal light generation. Continuous light having the same wavelength as that of continuous light and having an intensity of 1/9 is input as bias light to the optical waveguide 8-4. At this time, the light source 2 sets the phase of these bias lights to the opposite phase to the continuous light for signal light.
光導波路8−1,8−3,8−5,8−7を伝搬したバイアス光は、光論理素子1−1〜1−4のバイアス光入力ポート6Dに入力される。光導波路8−2,8−6を伝搬したバイアス光は、光論理素子1−5,1−6のバイアス光入力ポート6Dに入力される。光導波路8−4を伝搬したバイアス光は、光論理素子1−7のバイアス光入力ポート6Dに入力される。 The bias light propagated through the optical waveguides 8-1, 8-3, 8-5, and 8-7 is input to the bias light input ports 6D of the optical logic elements 1-1 to 1-4. The bias light propagated through the optical waveguides 8-2 and 8-6 is input to the bias light input port 6D of the optical logic elements 1-5 and 1-6. The bias light propagated through the optical waveguide 8-4 is input to the bias light input port 6D of the optical logic element 1-7.
各光論理素子1−1〜1−7は振幅ビットのAND演算を行う。すなわち、各光論理素子1−1〜1−7は、信号光入力ポート6A,6Bの入力が共に振幅ビット“1”の場合、光出力ポート6Cに振幅ビット“1”を出力し、信号光入力ポート6A,6Bの入力のうち少なくとも一方が振幅ビット“0”の場合、光出力ポート6Cに振幅ビット“0”を出力する。 Each of the optical logic elements 1-1 to 1-7 performs an AND operation on the amplitude bits. That is, each of the optical logic elements 1-1 to 1-7 outputs the amplitude bit “1” to the optical output port 6 C when both the signal light input ports 6 A and 6 B have the amplitude bit “1”, and the signal light When at least one of the inputs of the input ports 6A and 6B is the amplitude bit “0”, the amplitude bit “0” is output to the optical output port 6C.
各光論理素子1−1〜1−7における信号光入力ポート6Aの位相ビットとバイアス光入力ポート6Dのバイアス光と信号光入力ポート6Bの位相ビットとの合流比を1:1:1とする場合、n段目(n=1〜N)の光論理素子のバイアス光入力ポート6Dに入力するバイアス光の相対光強度Pbias_nは3-(n-1)が最適である。したがって、上記の例では、1段目の光論理素子1−1〜1−4に入力されるバイアス光の相対光強度が1、2段目の光論理素子1−5,1−6に入力されるバイアス光の相対光強度が1/3、3段目の光論理素子1−7に入力されるバイアス光の相対光強度が1/9となる。言い換えると、バイアス光の相対光強度を調整することで、各光論理素子1−1〜1−7の合流比を設定することができる。 In each of the optical logic elements 1-1 to 1-7, the confluence ratio of the phase bit of the signal light input port 6A, the bias light of the bias light input port 6D, and the phase bit of the signal light input port 6B is 1: 1: 1. In this case, the relative light intensity P bias — n of the bias light input to the bias light input port 6D of the n-th stage (n = 1 to N) optical logic element is optimally 3 − (n−1) . Therefore, in the above example, the relative light intensity of the bias light input to the first stage optical logic elements 1-1 to 1-4 is input to the first and second stage optical logic elements 1-5 and 1-6. The relative light intensity of the bias light is 1/3, and the relative light intensity of the bias light input to the third-stage optical logic element 1-7 is 1/9. In other words, by adjusting the relative light intensity of the bias light, the merge ratio of each of the optical logic elements 1-1 to 1-7 can be set.
各光論理素子1−1〜1−7の合流比は1:α:1(α>0)であれば動作できる。全ての光論理素子で同じ合流比にすれば、バイアス光の相対光強度Pbias_nを簡単に定式化できる。なお、光論理素子1−1〜1−7の詳細な構成については後述する。 The optical logic elements 1-1 to 1-7 can operate if the merge ratio is 1: α: 1 (α> 0). If all the optical logic elements have the same merge ratio, the relative light intensity P bias — n of the bias light can be easily formulated. The detailed configuration of the optical logic elements 1-1 to 1-7 will be described later.
本実施例の8ビット入力AND回路の動作の流れは次のとおりである。
(1)光源2から各光導波路7−1〜7−8,8−1〜8−7に上記の強度で連続レーザ光を入力する(演算中は定常的に入力)。
(2)8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを強度変調器3−1〜3−8にパラレル入力する。
(3)各光論理素子1−1〜1−7で光アナログ演算(本実施例では振幅ビットのAND演算)を実施する。
(4)光論理素子1−7の出力信号光を光検出器4で光電変換する。
(5)光検出器4から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理器5でしきい値処理してデジタル電気信号に変換する。
The operation flow of the 8-bit input AND circuit of this embodiment is as follows.
(1) A continuous laser beam is input from the light source 2 to each of the optical waveguides 7-1 to 7-8 and 8-1 to 8-7 with the above-described intensity (constantly input during calculation).
(2) 8-bit input Each bit of the digital electrical signal is input in parallel to the intensity modulators 3-1 to 3-8.
(3) An optical analog operation (in this embodiment, an AND operation of amplitude bits) is performed in each of the optical logic elements 1-1 to 1-7.
(4) The output signal light of the optical logic element 1-7 is photoelectrically converted by the photodetector 4.
(5) The analog electrical signal output from the photodetector 4 is threshold-processed by the threshold processor 5 and converted into a digital electrical signal.
各強度変調器3−1〜3−8は、入力デジタル電気信号の対応するビットが“0”の場合は入力光を遮断し(強度0)、対応するビットが“1”の場合は入力光を透過させる(強度1)。したがって、入力デジタル電気信号の全てのビットが“1”である場合、光検出器4で得られる光電変換後のアナログ電気信号は最大値となる。 Each of the intensity modulators 3-1 to 3-8 blocks input light when the corresponding bit of the input digital electric signal is “0” (intensity 0), and input light when the corresponding bit is “1”. Is transmitted (strength 1). Therefore, when all the bits of the input digital electric signal are “1”, the analog electric signal after photoelectric conversion obtained by the photodetector 4 has a maximum value.
また、図1のように各光論理素子1−1〜1−7に適切な強度のバイアス光を入力する場合、入力デジタル電気信号の少なくとも1つのビットが“0”の場合、光電変換後のアナログ電気信号は上記の最大値よりも低い値となる。したがって、光電変換後のアナログ電気信号のこれらの値をあらかじめ計算・設計することで、入力デジタル電気信号の全てのビットが“1”である場合のみ、しきい値処理器5から“1”が出力されるように、しきい値処理器5のしきい値を設定することができる。つまり、光アナログ演算の結果を光電変換し、電気的な判別によって多ビットの論理演算を実現する光電融合演算回路を実現することができる。 In addition, when bias light having an appropriate intensity is input to each of the optical logic elements 1-1 to 1-7 as shown in FIG. 1, when at least one bit of the input digital electric signal is “0”, The analog electric signal has a value lower than the maximum value. Therefore, by calculating and designing these values of the analog electric signal after photoelectric conversion in advance, only when all the bits of the input digital electric signal are “1”, the threshold value processor 5 sets “1”. The threshold value of the threshold processor 5 can be set so as to be output. That is, it is possible to realize an optoelectronic operation circuit that photoelectrically converts the result of the optical analog operation and realizes a multi-bit logical operation by electrical discrimination.
本実施例で生じる演算遅延は、次の(A)〜(D)の遅延の合計値で決まる。
(A)強度変調器3−1〜3−8における電気・光信号変換(EO変換)遅延。
(B)強度変調器3−1〜3−8から光検出器4までの光路長と伝搬モードの等価屈折率とにより決定される光パス遅延。
(C)光検出器4における光・電気信号変換(OE変換)遅延。
(D)しきい値処理器5における遅延。
The calculation delay caused in the present embodiment is determined by the total delay of the following (A) to (D).
(A) Electric / optical signal conversion (EO conversion) delay in the intensity modulators 3-1 to 3-8.
(B) Optical path delay determined by the optical path length from the intensity modulators 3-1 to 3-8 to the photodetector 4 and the equivalent refractive index of the propagation mode.
(C) Optical / electrical signal conversion (OE conversion) delay in the photodetector 4.
(D) Delay in the threshold processor 5.
なお、回路構成により(C)と(D)の遅延を1つにまとめることができる可能性がある。本実施例では、電気信号のみで演算する場合と比較して、EO変換およびOE変換の付加的な遅延が加わるが、光論理素子を多用することで(B)の光パス遅延を十分高速化できるため、CMOS回路(文献「A.Agarwal et al.,“A 128x128b High-Speed Wide-AND Match-Line Content Addressable Memory in 32nm CMOS”,Proceedings of the ESSCIRC,pp.83-86,2011」)よりも低遅延な回路が期待できる。例えば128ビットのAND演算はCMOS回路の場合、構成を最適化しても145ピコ秒要すると見積もられている。これに対して、本実施例では、その10分の1程度で実現できる可能性がある。さらにスループットについても強度変調器3−1〜3−8(EO変調器)の動作周波数で決まるとすると、10GHz以上が期待できる。 Note that there is a possibility that the delays (C) and (D) can be combined into one depending on the circuit configuration. In this embodiment, an additional delay of EO conversion and OE conversion is added as compared with the case where calculation is performed only with an electric signal, but the optical path delay of (B) is sufficiently speeded up by using many optical logic elements. Because it can, from the CMOS circuit (literature “A. Agarwal et al.,“ A 128x128b High-Speed Wide-AND Match-Line Content Addressable Memory in 32 nm CMOS ”, Proceedings of the ESSCIRC, pp. 83-86, 2011”) A circuit with low delay can be expected. For example, in the case of a CMOS circuit, a 128-bit AND operation is estimated to require 145 picoseconds even if the configuration is optimized. On the other hand, in the present embodiment, there is a possibility that it can be realized with about one-tenth of that. Furthermore, if the throughput is determined by the operating frequency of the intensity modulators 3-1 to 3-8 (EO modulator), 10 GHz or more can be expected.
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図2は本発明の第2の実施例に係る8ビット入力AND回路(光論理回路)の構成例を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。なお、光源2については第1の実施例と同じなので、図2では光源2の記載を省略している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an 8-bit input AND circuit (optical logic circuit) according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Since the light source 2 is the same as that of the first embodiment, the description of the light source 2 is omitted in FIG.
本実施例の8ビット入力AND回路は、光論理素子1−1〜1−7と、光源2と、強度変調器3−1〜3−8と、光検出器4と、しきい値処理器5と、光導波路7−1〜7−8,8−1〜8−7,9−1〜9−6と、光導波路7−1,8−1,7−3,8−3,7−5,8−5,7−7,8−7,9−1,9−3,8−2,8−6,9−5,8−4に設けられた較正用移相器10−1〜10−14と、光導波路8−1,8−3,8−5,8−7,8−2,8−6,8−4に設けられた校正用強度変調器11−1〜11−7とから構成される。この8ビット入力AND回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。 The 8-bit input AND circuit of this embodiment includes optical logic elements 1-1 to 1-7, a light source 2, intensity modulators 3-1 to 3-8, a photodetector 4, and a threshold value processor. 5, optical waveguides 7-1 to 7-8, 8-1 to 8-7, 9-1 to 9-6, and optical waveguides 7-1, 8-1, 7-3, 8-3, 7- 5, 8-5, 7-7, 8-7, 9-1, 9-3, 8-2, 8-6, 9-5, 8-4. 10-14 and calibration intensity modulators 11-1 to 11-7 provided in the optical waveguides 8-1, 8-3, 8-5, 8-7, 8-2, 8-6, and 8-4. It consists of. This 8-bit input AND circuit is integrated on a substrate made of a dielectric material.
本実施例は、第1の実施例の8ビット入力AND回路に較正用移相器10−1〜10−14と校正用強度変調器11−1〜11−7とを追加したものである。
第1の実施例では、光導波路の作製誤差により光路長や各光論理素子1−1〜1−7の合流比が所望の値から外れたり、ばらついたりすることがある。
In this embodiment, calibration phase shifters 10-1 to 10-14 and calibration intensity modulators 11-1 to 11-7 are added to the 8-bit input AND circuit of the first embodiment.
In the first embodiment, the optical path length and the merging ratio of each of the optical logic elements 1-1 to 1-7 may deviate from the desired values or vary due to an optical waveguide manufacturing error.
そこで、光論理素子1−1の性能のばらつきを校正するため、光源2から光導波路7−1,7−2に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1,3−2から強度1の振幅ビットを出力させた状態で、光論理素子1−1の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路7−2を伝搬する光に対する、光導波路7−1を伝搬する光の相対位相を較正用移相器10−1により調整すればよい。さらに、光源2から光導波路7−1に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−1に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−1の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器10−2により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器11−1により調整すればよい。 Therefore, in order to calibrate the variation in the performance of the optical logic element 1-1, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-1 and 7-2, and from the intensity modulators 3-1 and 3-2. The optical waveguide 7-1 for the light propagating through the optical waveguide 7-2 is set so that the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 1-1 is maximized in the state where the amplitude bit of intensity 1 is output. The relative phase of the propagating light may be adjusted by the calibration phase shifter 10-1. Further, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2 to the optical waveguide 7-1, an amplitude bit of intensity 1 is output from the intensity modulator 3-1, and a bias of intensity 1 is applied from the light source 2 to the optical waveguide 8-1. The phase of the bias light is adjusted by the calibration phase shifter 10-2 so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-1 is minimized in a state where the light is input, and the intensity of the bias light is adjusted. Adjustment may be performed by the calibration intensity modulator 11-1.
また、光論理素子1−2の性能のばらつきを校正するため、光源2から光導波路7−3,7−4に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−3,3−4から強度1の振幅ビットを出力させた状態で、光論理素子1−2の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路7−4を伝搬する光に対する、光導波路7−3を伝搬する光の相対位相を較正用移相器10−3により調整すればよい。さらに、光源2から光導波路7−3に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−3から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−3に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−2の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器10−4により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器11−2により調整すればよい。 Further, in order to calibrate the variation in the performance of the optical logic element 1-2, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-3 and 7-4, and from the intensity modulators 3-3 and 3-4. In the state where the amplitude bit of intensity 1 is output, the optical waveguide 7-3 with respect to the light propagating through the optical waveguide 7-4 is set so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-2 is maximized. The relative phase of the propagating light may be adjusted by the calibration phase shifter 10-3. Further, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguide 7-3, and an amplitude bit of intensity 1 is output from the intensity modulator 3-3, and a bias of intensity 1 is applied from the light source 2 to the optical waveguide 8-3. The phase of the bias light is adjusted by the calibration phase shifter 10-4 so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-2 is minimized while the light is input, and the intensity of the bias light is adjusted. Adjustment may be performed by the calibration intensity modulator 11-2.
較正用移相器10−5,10−6および校正用強度変調器11−3を用いた光論理素子1−3の校正方法、較正用移相器10−7,10−8および校正用強度変調器11−4を用いた光論理素子1−4の校正方法も、光論理素子1−1,1−2の校正方法と同じである。 Calibration method of optical logic element 1-3 using calibration phase shifters 10-5 and 10-6 and calibration intensity modulator 11-3, calibration phase shifters 10-7 and 10-8, and calibration intensity The calibration method of the optical logic element 1-4 using the modulator 11-4 is the same as the calibration method of the optical logic elements 1-1 and 1-2.
次に、光論理素子1−1〜1−4の校正終了後、光論理素子1−5の性能のばらつきを校正するため、光源2から光導波路7−1〜7−4に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1〜3−4から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−1,8−3に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−5の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路9−2を伝搬する光に対する、光導波路9−1を伝搬する光の相対位相を較正用移相器10−9により調整すればよい。さらに、光源2から光導波路7−1,7−2に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1,3−2から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−2に信号光生成用の連続光の1/3の強度のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−5の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器10−10により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器11−5により調整すればよい。 Next, after calibration of the optical logic elements 1-1 to 1-4 is completed, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 1-5, the intensity of 1 is continuously applied from the light source 2 to the optical waveguides 7-1 to 7-4. In the state where the light is input, the amplitude bit of intensity 1 is output from the intensity modulators 3-1 to 3-4, and the bias light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 8-1, 8-3. The relative phase shift of the light propagating through the optical waveguide 9-1 with respect to the light propagating through the optical waveguide 9-2 so that the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 1-5 is maximized. It may be adjusted by 10-9. Further, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-1 and 7-2, amplitude bits of intensity 1 are output from the intensity modulators 3-1 and 3-2, and the optical waveguide from the light source 2 is output. In the state where the bias light having the intensity of 1/3 of the continuous light for signal light generation is input to 8-2, the output of the bias light is minimized so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-5 is minimized. The phase may be adjusted by the calibration phase shifter 10-10, and the intensity of the bias light may be adjusted by the calibration intensity modulator 11-5.
また、光論理素子1−6の性能のばらつきを校正するため、光源2から光導波路7−5〜7−8に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−5〜3−8から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−5,8−7に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−6の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路9−4を伝搬する光に対する、光導波路9−3を伝搬する光の相対位相を較正用移相器10−11により調整すればよい。さらに、光源2から光導波路7−5,7−6に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−5,3−6から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−6に信号光生成用の連続光の1/3の強度のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−6の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器10−12により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器11−6により調整すればよい。 Further, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 1-6, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-5 to 7-8, and from the intensity modulators 3-5 to 3-8. In the state where the amplitude bit of intensity 1 is output and the bias light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 8-5 and 8-7, the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-6 is maximum. The relative phase of the light propagating through the optical waveguide 9-3 with respect to the light propagating through the optical waveguide 9-4 may be adjusted by the calibration phase shifter 10-11. Further, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-5 and 7-6, amplitude bits of intensity 1 are output from the intensity modulators 3-5 and 3-6, and the optical waveguide from the light source 2 is output. In the state where the bias light having the intensity of 1/3 of the continuous light for signal light generation is input to 8-6, the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 1-6 is minimized. The phase may be adjusted by the calibration phase shifter 10-12, and the intensity of the bias light may be adjusted by the calibration intensity modulator 11-6.
次に、光論理素子1−5,1−6の校正終了後、光論理素子1−7の性能のばらつきを校正するため、光源2から光導波路7−1〜7−8に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1〜3−8から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−1,8−3,8−5,8−7に強度1のバイアス光を入力し、光導波路8−2,8−6に信号光生成用の連続光の1/3の強度のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−7の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路9−6を伝搬する光に対する、光導波路9−5を伝搬する光の相対位相を較正用移相器10−13により調整すればよい。さらに、光源2から光導波路7−1〜7−4に強度1の連続光を入力し、強度変調器3−1〜3−4から強度1の振幅ビットを出力させると共に、光源2から光導波路8−1,8−3,8−5,8−7に強度1のバイアス光を入力し、光導波路8−2,8−6に信号光生成用の連続光の1/3の強度のバイアス光を入力し、光導波路8−4に信号光生成用の連続光の1/9の強度のバイアス光を入力した状態で、光論理素子1−7の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器10−14により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器11−7により調整すればよい。 Next, after the calibration of the optical logic elements 1-5 and 1-6, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 1-7, the intensity 1 is continuously applied from the light source 2 to the optical waveguides 7-1 to 7-8. The light is input and the intensity modulator 3-1 to 3-8 outputs an amplitude bit of intensity 1, and the light source 2 has an intensity of 1 to the optical waveguides 8-1, 8-3, 8-5, and 8-7. The bias light is input, and the bias light having the intensity of 1/3 of the continuous light for signal light generation is input to the optical waveguides 8-2 and 8-6, and the optical output port 6C of the optical logic element 1-7 is connected. The relative phase of the light propagating through the optical waveguide 9-5 with respect to the light propagating through the optical waveguide 9-6 may be adjusted by the calibration phase shifter 10-13 so that the output light becomes maximum. Further, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2 to the optical waveguides 7-1 to 7-4, and amplitude bits of intensity 1 are output from the intensity modulators 3-1 to 3-4. 8-1, 8-3, 8-5, and 8-7 are input with a bias light having an intensity of 1, and the optical waveguides 8-2 and 8-6 have a bias that is 1/3 the intensity of continuous light for signal light generation. When light is input and bias light having 1/9 the intensity of continuous light for signal light generation is input to the optical waveguide 8-4, the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 1-7 is minimum. Thus, the phase of the bias light may be adjusted by the calibration phase shifter 10-14, and the intensity of the bias light may be adjusted by the calibration intensity modulator 11-7.
以上のように、本実施例によれば、較正用移相器10−1〜10−14と校正用強度変調器11−1〜11−7の導入によって、作製誤差による各光導波路の光路長のずれや、光論理素子1−1〜1−7の合流比のずれやばらつきを補償することができる。 As described above, according to the present embodiment, the optical path lengths of the respective optical waveguides due to manufacturing errors can be obtained by introducing the calibration phase shifters 10-1 to 10-14 and the calibration intensity modulators 11-1 to 11-7. And deviations and variations in the merge ratio of the optical logic elements 1-1 to 1-7 can be compensated.
較正用移相器10−1〜10−14および校正用強度変調器11−1〜11−7は、熱光学式の低速なものでよい。熱光学式の較正用移相器10−1〜10−14は、十分短尺(〜10μm)にできるため、光パス遅延はほとんど増大しない。ただし、8(=2N)ビットに対して14(=2N+1−2)個の較正用移相器と7(=2N−1)個の校正用強度変調器を追加する必要がある。 The calibration phase shifters 10-1 to 10-14 and the calibration intensity modulators 11-1 to 11-7 may be thermo-optical low-speed ones. Since the thermo-optic calibration phase shifters 10-1 to 10-14 can be made sufficiently short (-10 μm), the optical path delay hardly increases. However, it is necessary to add 14 (= 2 N + 1 −2) calibration phase shifters and 7 (= 2 N −1) calibration intensity modulators for 8 (= 2 N ) bits. is there.
なお、第1、第2の実施例では、8ビット入力AND回路を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、初段の光論理素子を入力ビット数に応じた個数(2N/2)だけ設け、段数Nを増やすようにすれば、より多ビットのAND回路を実現できることは言うまでもない。 In the first and second embodiments, an 8-bit input AND circuit is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the number of first-stage optical logic elements according to the number of input bits (2 Needless to say, if only N / 2) is provided and the number of stages N is increased, a multi-bit AND circuit can be realized.
[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図3は本発明の第3の実施例に係る8ビット入力AND回路(光論理回路)の構成例を示すブロック図であり、図1、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の8ビット入力AND回路は、光源2aと、光検出器4と、しきい値処理器5と、信号光生成用の連続光を8ビット入力デジタル電気信号の各ビットに応じて位相変調して信号光を生成する移相器12−1〜12−8と、2つの信号光と1つのバイアス光とを入力として2つの信号光のAND演算を行う3入力1出力の光論理素子13−1〜13−4と、直前の2つの光論理素子13−1〜13−4の出力光を合流して出力する2入力1出力の光論理素子14−1,14−2と、直前の2つの光論理素子14−1,14−2の出力光とバイアス光とを入力として2つの信号光のAND演算を行う3入力1出力の光論理素子15と、光導波路16−1〜16−8,17−1〜17−5,18−1〜18−6とから構成される。この8ビット入力AND回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of an 8-bit input AND circuit (optical logic circuit) according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. It is. The 8-bit input AND circuit of the present embodiment has a light source 2a, a photodetector 4, a threshold value processor 5, and a continuous light for signal light generation in phase according to each bit of the 8-bit input digital electrical signal. Phase shifters 12-1 to 12-8 that generate signal light by modulation, and a three-input one-output optical logic element that performs an AND operation on two signal lights with two signal lights and one bias light as inputs 13-1 to 13-4, two-input one-output optical logic elements 14-1 and 14-2 that combine and output the output lights of the two preceding optical logic elements 13-1 to 13-4, and the immediately preceding The three-input one-output optical logic element 15 that performs an AND operation on two signal lights with the output light and the bias light of the two optical logic elements 14-1 and 14-2 as inputs, and optical waveguides 16-1 to 16-16 -8, 17-1 to 17-5, 18-1 to 18-6. This 8-bit input AND circuit is integrated on a substrate made of a dielectric material.
本実施例の8ビット入力AND回路は、異なる位相に“0”,“1”の値を割り当てた信号光を入力とする光論理素子13−1〜13−4と、光論理素子13−1〜13−4の出力を入力とする光論理素子14−1,14−2と、光論理素子14−1,14−2の出力を入力とする光論理素子15とを、階層的に縦続接続したものである。段数はN=3である。 The 8-bit input AND circuit of this embodiment includes optical logic elements 13-1 to 13-4 that receive signal lights assigned values of "0" and "1" to different phases, and an optical logic element 13-1. ˜13-4 input optical logic elements 14-1, 14-2 and optical logic elements 15 input optical logic elements 14-1, 14-2 as inputs are cascaded hierarchically. It is a thing. The number of stages is N = 3.
光導波路16−1,16−2は光論理素子13−1の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路16−3,16−4は光論理素子13−2の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。光導波路16−5,16−6は光論理素子13−3の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路16−7,16−8は光論理素子13−4の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。光導波路17−1,17−2,17−4,17−5は光論理素子13−1〜13−4のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 The optical waveguides 16-1 and 16-2 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-1, and the optical waveguides 16-3 and 16-4 are the signal light input port 6A of the optical logic element 13-2. , 6B. The optical waveguides 16-5 and 16-6 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-3, and the optical waveguides 16-7 and 16-8 are the signal light input port 6A of the optical logic element 13-4. , 6B. The optical waveguides 17-1, 17-2, 17-4, and 17-5 are connected to the bias light input port 6D of the optical logic elements 13-1 to 13-4.
光論理素子13−1の光出力ポート6Cと光論理素子14−1の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路18−1によって接続され、光論理素子13−2の光出力ポート6Cと光論理素子14−1の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路18−2によって接続されている。また、光論理素子13−3の光出力ポート6Cと光論理素子14−2の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路18−3によって接続され、光論理素子13−4の光出力ポート6Cと光論理素子14−2の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路18−4によって接続されている。 The optical output port 6C of the optical logic element 13-1 and the signal light input port 6A of the optical logic element 14-1 are connected by an optical waveguide 18-1, and the optical output port 6C of the optical logic element 13-2 and the light are connected. The signal light input port 6B of the logic element 14-1 is connected by an optical waveguide 18-2. Further, the optical output port 6C of the optical logic element 13-3 and the signal light input port 6A of the optical logic element 14-2 are connected by an optical waveguide 18-3, and the optical output port 6C of the optical logic element 13-4. And the signal light input port 6B of the optical logic element 14-2 are connected by an optical waveguide 18-4.
さらに、光論理素子14−1の光出力ポート6Cと光論理素子15の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路18−5によって接続され、光論理素子14−2の光出力ポート6Cと光論理素子15の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路18−6によって接続されている。光導波路17−3は光論理素子15のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 Further, the optical output port 6C of the optical logic element 14-1 and the signal light input port 6A of the optical logic element 15 are connected by an optical waveguide 18-5, and the optical output port 6C of the optical logic element 14-2 is connected to the optical signal. The signal light input port 6B of the logic element 15 is connected by an optical waveguide 18-6. The optical waveguide 17-3 is connected to the bias light input port 6D of the optical logic element 15.
光源2aは、強度1の連続光を光導波路16−1〜16−8に入力する。このとき、光源2aは、全ての光導波路16−1〜16−8に同相の連続光を入力する。光導波路16−1〜16−8には、8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを入力とする移相器12−1〜12−8が設けられている。こうして、入力デジタル電気信号の対応するビットに応じた位相を有する8つの信号光を生成することができる。 The light source 2a inputs continuous light with intensity 1 to the optical waveguides 16-1 to 16-8. At this time, the light source 2a inputs in-phase continuous light to all the optical waveguides 16-1 to 16-8. The optical waveguides 16-1 to 16-8 are provided with phase shifters 12-1 to 12-8 that receive respective bits of an 8-bit input digital electric signal. In this manner, eight signal lights having phases corresponding to the corresponding bits of the input digital electrical signal can be generated.
移相器12−1〜12−8の動作点は、あらかじめバイアス光を位相基準として定める必要がある。各移相器12−1〜12−8は、入力デジタル電気信号の対応するビットが“0”の場合は入力光の位相をバイアス光と同相(0)とし、対応するビットが“1”の場合は入力光の位相をバイアス光と逆相(π)とする。以下、移相器12−1〜12−8によって生成された、強度が1で固定で、位相がバイアス光と同相(0)または逆相(π)の信号光を位相ビットと呼ぶ。 The operating points of the phase shifters 12-1 to 12-8 need to be determined in advance with bias light as a phase reference. Each of the phase shifters 12-1 to 12-8 sets the phase of the input light to the same phase (0) as that of the bias light when the corresponding bit of the input digital electric signal is “0”, and the corresponding bit of “1”. In this case, the phase of the input light is set to the opposite phase (π) from the bias light. Hereinafter, signal light generated by the phase shifters 12-1 to 12-8 and having a fixed intensity of 1 and having the same phase (0) or opposite phase (π) as the bias light is referred to as a phase bit.
移相器12−1,12−2によって生成された位相ビットは光論理素子13−1の信号光入力ポート6A,6Bに入力され、移相器12−3,12−4によって生成された位相ビットは光論理素子13−2の信号光入力ポート6A,6Bに入力される。移相器12−5,12−6によって生成された位相ビットは光論理素子13−3の信号光入力ポート6A,6Bに入力され、移相器12−7,12−8によって生成された位相ビットは光論理素子13−4の信号光入力ポート6A,6Bに入力される。 The phase bits generated by the phase shifters 12-1 and 12-2 are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-1, and the phases generated by the phase shifters 12-3 and 12-4. The bits are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-2. The phase bits generated by the phase shifters 12-5 and 12-6 are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-3, and the phases generated by the phase shifters 12-7 and 12-8. The bits are input to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 13-4.
また、光源2aは、光導波路16−1〜16−8に入力する信号光生成用の連続光と同一強度で同一波長の連続光をバイアス光として光導波路17−1,17−2,17−4,17−5に入力し、信号光生成用の連続光と同一波長で3倍の強度の連続光をバイアス光として光導波路17−3に入力する。 The light source 2a uses the continuous light having the same intensity and the same wavelength as the continuous light for signal light generation input to the optical waveguides 16-1 to 16-8 as bias light, and the optical waveguides 17-1, 17-2, 17-. 4 and 17-5, continuous light having the same wavelength as that of the continuous light for generating signal light and three times the intensity is input to the optical waveguide 17-3 as bias light.
光導波路17−1,17−2,17−4,17−5を伝搬したバイアス光は、光論理素子13−1〜13−4のバイアス光入力ポート6Dに入力される。光導波路17−3を伝搬したバイアス光は、光論理素子15のバイアス光入力ポート6Dに入力される。 The bias light propagated through the optical waveguides 17-1, 17-2, 17-4, and 17-5 is input to the bias light input port 6D of the optical logic elements 13-1 to 13-4. The bias light propagated through the optical waveguide 17-3 is input to the bias light input port 6D of the optical logic element 15.
本実施例の8ビット入力AND回路の動作の流れは次のとおりである。
(1)光源2aから各光導波路16−1〜16−8,17−1〜17−5に上記の強度で連続レーザ光を入力する(演算中は定常的に入力)。
(2)8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを移相器12−1〜12−8にパラレル入力する。
(3)各光論理素子13−1〜13−4,14−1,14−2,15で光アナログ演算を実施する。
(4)光論理素子15の出力信号光を光検出器4で光電変換する。
(5)光検出器4から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理器5でしきい値処理してデジタル電気信号に変換する。
The operation flow of the 8-bit input AND circuit of this embodiment is as follows.
(1) A continuous laser beam is input from the light source 2a to each of the optical waveguides 16-1 to 16-8, 17-1 to 17-5 with the above-described intensity (constantly input during calculation).
(2) 8-bit input Each bit of the digital electric signal is input in parallel to the phase shifters 12-1 to 12-8.
(3) An optical analog operation is performed by each of the optical logic elements 13-1 to 13-4, 14-1, 14-2, and 15.
(4) The output signal light of the optical logic element 15 is photoelectrically converted by the photodetector 4.
(5) The analog electrical signal output from the photodetector 4 is threshold-processed by the threshold processor 5 and converted into a digital electrical signal.
本実施例では、第1の実施例と異なり、各光論理素子13−1〜13−4が位相ビットのAND演算を行う。すなわち、各光論理素子13−1〜13−4は、信号光入力ポート6A,6Bの入力が共に位相ビット“π”の場合、光出力ポート6Cに位相ビット“π”を出力し、信号光入力ポート6A,6Bの入力のうち少なくとも一方が位相ビット“0”の場合、光出力ポート6Cに位相ビット“0”を出力する。 In this embodiment, unlike the first embodiment, each of the optical logic elements 13-1 to 13-4 performs an AND operation on the phase bits. That is, each of the optical logic elements 13-1 to 13-4 outputs the phase bit “π” to the optical output port 6C when both of the input of the signal light input ports 6A and 6B are the phase bit “π”, and the signal light When at least one of the inputs of the input ports 6A and 6B is the phase bit “0”, the phase bit “0” is output to the optical output port 6C.
光論理素子14−1,14−2は、それぞれ信号光入力ポート6A,6Bに入力された位相ビットを合流して光出力ポート6Cに出力する。
光論理素子15は、光論理素子14−1,14−2から出力され信号光入力ポート6A,6Bに入力された光を振幅ビットとしてAND演算を行う。
The optical logic elements 14-1 and 14-2 join the phase bits input to the signal light input ports 6A and 6B, respectively, and output them to the optical output port 6C.
The optical logic element 15 performs an AND operation using the light output from the optical logic elements 14-1 and 14-2 and input to the signal light input ports 6A and 6B as amplitude bits.
光論理素子13−1〜13−4,15の構成は第1の実施例の光論理素子1−1〜1−7と同じである。光論理素子14−1,14−2は、光論理素子13−1〜13−4,15からバイアス光入力ポート6Dを取り去ったものに相当する。 The configuration of the optical logic elements 13-1 to 13-4, 15 is the same as that of the optical logic elements 1-1 to 1-7 of the first embodiment. The optical logic elements 14-1 and 14-2 correspond to those obtained by removing the bias light input port 6D from the optical logic elements 13-1 to 13-4 and 15.
本実施例では、第1の実施例と比較して以下のような特徴を有する。
(a)第1の実施例の強度変調器3−1〜3−8の代わりに移相器12−1〜12−8を使用する。
(b)光アナログ演算の初段(N=1)に、信号光入力ポート6Aの位相ビットとバイアス光入力ポート6Dのバイアス光と信号光入力ポート6Bの位相ビットとの合流比が1:1:1の光論理素子13−1〜13−4を使用する。
(c)光アナログ演算の終段(N=3)に、信号光入力ポート6Aの振幅ビットとバイアス光入力ポート6Dのバイアス光と信号光入力ポート6Bの振幅ビットとの合流比が2:1:2の光論理素子15を使用する。
(d)光アナログ演算の初段と終段とを除く演算には、信号光入力ポート6Aの位相ビットと信号光入力ポート6Bの位相ビットとの合流比が1:1の光論理素子14−1,14−2を使用する。
This embodiment has the following features compared to the first embodiment.
(A) Phase shifters 12-1 to 12-8 are used instead of the intensity modulators 3-1 to 3-8 of the first embodiment.
(B) At the first stage of optical analog computation (N = 1), the confluence ratio of the phase bit of the signal light input port 6A, the bias light of the bias light input port 6D, and the phase bit of the signal light input port 6B is 1: 1: One optical logic element 13-1 to 13-4 is used.
(C) At the final stage of optical analog calculation (N = 3), the merge ratio of the amplitude bit of the signal light input port 6A, the bias light of the bias light input port 6D, and the amplitude bit of the signal light input port 6B is 2: 1. : The optical logic element 15 of 2 is used.
(D) For the operation excluding the first and last stages of the optical analog operation, the optical logic element 14-1 having a confluence ratio of the phase bit of the signal light input port 6A and the phase bit of the signal light input port 6B of 1: 1. 14-2.
上記の(a)と(b)と(d)によって回路を簡素化することができ、(b)と(d)によって光演算による損失を低減することができ、(c)によって第1の実施例の構成と同じ信号の判別性(信号コントラスト)を得ることができる。 The circuit can be simplified by the above (a), (b), and (d), the loss due to the optical calculation can be reduced by (b) and (d), and the first implementation is performed by (c). It is possible to obtain the same signal discrimination (signal contrast) as in the configuration of the example.
第1の実施例と同様に、バイアス光の相対光強度を調整することで、光論理素子13−1〜13−4,15の合流比を設定することができる。本実施例の場合、光論理素子13−1〜13−4の合流比を1:1:1とし、光論理素子15の合流比を2:1:2とするとき、光演算による損失を最小化できる。本実施例では、1段目の光論理素子13−1〜13−4の信号光強度とバイアス光強度の比は1:1である。8(=2N)ビットのAND回路を構成する場合、連続光の強度を1とするとき、終段の光論理素子のバイアス光入力ポート6Dに入力するバイアス光の相対光強度Pbias_Nは、(2N-1−1)2/(3×2N-3)となる。したがって、上記の例では、光論理素子15に入力するバイアス光の相対光強度を3としている。 Similar to the first embodiment, the merging ratio of the optical logic elements 13-1 to 13-4, 15 can be set by adjusting the relative light intensity of the bias light. In the case of the present embodiment, when the confluence ratio of the optical logic elements 13-1 to 13-4 is 1: 1: 1 and the confluence ratio of the optical logic element 15 is 2: 1: 2, the loss due to optical calculation is minimized. Can be In this embodiment, the ratio of the signal light intensity and the bias light intensity of the first-stage optical logic elements 13-1 to 13-4 is 1: 1. When an AND circuit of 8 (= 2 N ) bits is configured, when the intensity of continuous light is 1, the relative light intensity P bias — N of the bias light input to the bias light input port 6D of the optical logic element at the final stage. Is (2 N-1 -1) 2 / (3 × 2 N-3 ). Therefore, in the above example, the relative light intensity of the bias light input to the optical logic element 15 is set to 3.
本実施例における光パス遅延は第1の実施例の構成とほぼ同じである。こうして、本実施例では、第1の実施例のAND回路の構成を簡素化することができる。 The optical path delay in this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. Thus, in this embodiment, the configuration of the AND circuit of the first embodiment can be simplified.
[第4の実施例]
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図4は本発明の第4の実施例に係る8ビット入力AND回路(光論理回路)の構成例を示すブロック図であり、図1〜図3と同一の構成には同一の符号を付してある。なお、光源2aについては第3の実施例と同じなので、図4では光源2aの記載を省略している。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of an 8-bit input AND circuit (optical logic circuit) according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. It is. Since the light source 2a is the same as that in the third embodiment, the light source 2a is not shown in FIG.
本実施例の8ビット入力AND回路は、光源2aと、光検出器4と、しきい値処理器5と、移相器12−1〜12−8と、光論理素子13−1〜13−4,14−1,14−2,15と、光導波路16−1〜16−8,17−1〜17−5,18−1〜18−6と、光導波路16−1,17−1,16−2,16−3,17−2,16−4,16−5,17−4,16−6,16−7,17−5,16−8,17−3に設けられた校正用強度変調器19−1〜19−13と、光導波路18−1,18−3,18−5,17−3に設けられた較正用移相器20−1〜20−4とから構成される。この8ビット入力AND回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。 The 8-bit input AND circuit of this embodiment includes a light source 2a, a photodetector 4, a threshold value processor 5, phase shifters 12-1 to 12-8, and optical logic elements 13-1 to 13-. 4, 14-1, 14-2, 15, optical waveguides 16-1 to 16-8, 17-1 to 17-5, 18-1 to 18-6, optical waveguides 16-1, 17-1, Intensities for calibration provided in 16-2, 16-3, 17-2, 16-4, 16-5, 17-4, 16-6, 16-7, 17-5, 16-8, 17-3 It comprises modulators 19-1 to 19-13 and calibration phase shifters 20-1 to 20-4 provided in the optical waveguides 18-1, 18-3, 18-5, and 17-3. This 8-bit input AND circuit is integrated on a substrate made of a dielectric material.
本実施例は、第3の実施例の8ビット入力AND回路に校正用強度変調器19−1〜19−13と較正用移相器20−1〜20−4とを追加したものである。
第1の実施例と同様に、第3の実施例では、光導波路の作製誤差により光路長や各光論理素子13−1〜13−4,14−1,14−2,15の合流比が所望の値から外れたり、ばらついたりすることがある。
In this embodiment, calibration intensity modulators 19-1 to 19-13 and calibration phase shifters 20-1 to 20-4 are added to the 8-bit input AND circuit of the third embodiment.
Similar to the first embodiment, in the third embodiment, the optical path length and the merging ratio of each of the optical logic elements 13-1 to 13-4, 14-1, 14-2, and 15 are caused by an optical waveguide manufacturing error. It may deviate from the desired value or may vary.
そこで、光論理素子13−1の性能のばらつきを校正するため、光源2aから光導波路16−1,16−2に強度1の連続光を入力し、移相器12−1,12−2から位相ビット“π”を出力させた状態で、光論理素子13−1の光出力ポート6Cの出力光の位相がバイアス光と逆相(π)となるように、光導波路16−1,16−2を伝搬する光の強度を校正用強度変調器19−1,19−3により調整すればよい。さらに、光源2aから光導波路16−1に強度1の連続光を入力し、移相器12−1から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−1に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子13−1の光出力ポート6Cの出力光の位相がバイアス光と同相(0)となるように、バイアス光の強度を校正用強度変調器19−2により調整すればよい。 Therefore, in order to calibrate the variation in the performance of the optical logic element 13-1, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2a to the optical waveguides 16-1 and 16-2, and then from the phase shifters 12-1 and 12-2. In a state where the phase bit “π” is output, the optical waveguides 16-1 and 16− are arranged so that the phase of the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 13-1 is opposite to the bias light (π). The intensity of the light propagating through 2 may be adjusted by the calibration intensity modulators 19-1 and 19-3. Further, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2a to the optical waveguide 16-1, a phase bit "π" is output from the phase shifter 12-1, and a bias of intensity 1 is applied from the light source 2a to the optical waveguide 17-1. With the light input, the intensity of the bias light is adjusted by the calibration intensity modulator 19-2 so that the phase of the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 13-1 is in phase (0) with the bias light. Adjust it.
また、光論理素子13−2の性能のばらつきを校正するため、光源2aから光導波路16−3,16−4に強度1の連続光を入力し、移相器12−3,12−4から位相ビット“π”を出力させた状態で、光論理素子13−2の光出力ポート6Cの出力光の位相がバイアス光と逆相(π)となるように、光導波路16−3,16−4を伝搬する光の強度を校正用強度変調器19−4,19−6により調整すればよい。さらに、光源2aから光導波路16−3に強度1の連続光を入力し、移相器12−3から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−2に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子13−2の光出力ポート6Cの出力光の位相がバイアス光と同相(0)となるように、バイアス光の強度を校正用強度変調器19−5により調整すればよい。 Further, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 13-2, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2a to the optical waveguides 16-3 and 16-4, and from the phase shifters 12-3 and 12-4. In a state where the phase bit “π” is output, the optical waveguides 16-3 and 16− are set so that the phase of the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 13-2 is opposite to the bias light (π). 4 may be adjusted by calibration intensity modulators 19-4 and 19-6. Further, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2a to the optical waveguide 16-3, a phase bit “π” is output from the phase shifter 12-3, and a bias of intensity 1 is applied from the light source 2a to the optical waveguide 17-2. With the light input, the intensity of the bias light is adjusted by the calibration intensity modulator 19-5 so that the phase of the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 13-2 is in phase (0) with the bias light. Adjust it.
校正用強度変調器19−7〜19−9を用いた光論理素子13−3の校正方法、校正用強度変調器19−10〜19−12を用いた光論理素子13−4の校正方法も、光論理素子13−1,13−2の校正方法と同じである。 A calibration method for the optical logic element 13-3 using the calibration intensity modulators 19-7 to 19-9 and a calibration method for the optical logic element 13-4 using the calibration intensity modulators 19-10 to 19-12 are also available. This is the same as the calibration method for the optical logic elements 13-1 and 13-2.
次に、光論理素子13−1〜13−4の校正終了後、光論理素子14−1の性能のばらつきを校正するため、光源2aから光導波路16−1〜16−4に強度1の連続光を入力し、移相器12−1〜12−4から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−1,17−2に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子14−1の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路18−2を伝搬する光に対する、光導波路18−1を伝搬する光の相対位相を較正用移相器20−1により調整すればよい。 Next, after the calibration of the optical logic elements 13-1 to 13-4 is completed, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 14-1, a continuous intensity of 1 from the light source 2a to the optical waveguides 16-1 to 16-4. While inputting light and outputting phase bits “π” from the phase shifters 12-1 to 12-4, while bias light having intensity 1 is input from the light source 2 a to the optical waveguides 17-1 and 17-2, The relative phase shift of the light propagating through the optical waveguide 18-1 with respect to the light propagating through the optical waveguide 18-2 so that the output light from the optical output port 6C of the optical logic element 14-1 is maximized. 20-1 may be adjusted.
また、光論理素子14−2の性能のばらつきを校正するため、光源2aから光導波路16−5〜16−8に強度1の連続光を入力し、移相器12−5〜12−8から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−4,17−5に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子14−2の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路18−4を伝搬する光に対する、光導波路18−3を伝搬する光の相対位相を較正用移相器20−2により調整すればよい。 Further, in order to calibrate the variation in the performance of the optical logic element 14-2, continuous light having an intensity of 1 is input from the light source 2a to the optical waveguides 16-5 to 16-8, and from the phase shifters 12-5 to 12-8. In the state where the phase bit “π” is output and the bias light having the intensity 1 is input from the light source 2a to the optical waveguides 17-4 and 17-5, the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 14-2 is the maximum. The relative phase of the light propagating through the optical waveguide 18-3 with respect to the light propagating through the optical waveguide 18-4 may be adjusted by the calibration phase shifter 20-2.
次に、光論理素子14−1,14−2の校正終了後、光論理素子15の性能のばらつきを校正するため、光源2aから光導波路16−1〜16−8に強度1の連続光を入力し、移相器12−1〜12−8から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−1,17−2,17−4,17−5に強度1のバイアス光を入力した状態で、光論理素子15の光出力ポート6Cの出力光が最大となるように、光導波路18−6を伝搬する光に対する、光導波路18−5を伝搬する光の相対位相を較正用移相器20−3により調整すればよい。さらに、光源2aから光導波路16−1〜16−8に強度1の連続光を入力し、移相器12−1〜12−8から位相ビット“π”を出力させると共に、光源2aから光導波路17−1,17−2,17−4,17−5に強度1のバイアス光を入力し、光導波路17−3に信号光生成用の連続光の3倍の強度のバイアス光を入力した状態で、光論理素子15の光出力ポート6Cの出力光が最小となるように、バイアス光の位相を較正用移相器20−4により調整し、バイアス光の強度を校正用強度変調器19−13により調整すればよい。 Next, after calibrating the optical logic elements 14-1 and 14-2, in order to calibrate the variation in performance of the optical logic element 15, continuous light of intensity 1 is applied from the light source 2a to the optical waveguides 16-1 to 16-8. The phase shifter 12-1 to 12-8 outputs the phase bit “π”, and the light source 2a supplies the optical waveguides 17-1, 17-2, 17-4, 17-5 with a bias light of intensity 1. Is input, the relative phase of the light propagating through the optical waveguide 18-5 is calibrated with respect to the light propagating through the optical waveguide 18-6 so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 15 becomes maximum. What is necessary is just to adjust with the phase shifter 20-3. Further, continuous light of intensity 1 is input from the light source 2a to the optical waveguides 16-1 to 16-8, and phase bits “π” are output from the phase shifters 12-1 to 12-8, and the optical waveguide from the light source 2a. 17-1, 17-2, 17-4, and 17-5 are input with a bias light having an intensity of 1, and the optical waveguide 17-3 is input with a bias light having an intensity three times that of continuous light for signal light generation. Thus, the phase of the bias light is adjusted by the calibration phase shifter 20-4 so that the output light of the optical output port 6C of the optical logic element 15 is minimized, and the intensity of the bias light is adjusted by the calibration intensity modulator 19-. 13 may be adjusted.
以上のように、本実施例によれば、校正用強度変調器19−1〜19−13および較正用移相器20−1〜20−4の導入によって、作製誤差による各光導波路の光路長のずれや、光論理素子13−1〜13−4,14−1,14−2,15の合流比のずれやばらつきを補償することができる。 As described above, according to the present embodiment, the optical path lengths of the respective optical waveguides due to manufacturing errors are obtained by introducing the calibration intensity modulators 19-1 to 19-13 and the calibration phase shifters 20-1 to 20-4. And deviations and variations in the merge ratio of the optical logic elements 13-1 to 13-4, 14-1, 14-2, and 15 can be compensated.
第2の実施例と同様に、校正用強度変調器19−1〜19−13および較正用移相器20−1〜20−4は、熱光学式の低速なものでよい。ただし、8(=2N)ビットに対して4(=2N-1)個の較正用移相器と13(=3×2N +1)個の校正用強度変調器を追加する必要がある。 Similarly to the second embodiment, the calibration intensity modulators 19-1 to 19-13 and the calibration phase shifters 20-1 to 20-4 may be thermo-optical low-speed ones. However, it is necessary to add 4 (= 2 N-1 ) calibration phase shifters and 13 (= 3 × 2 N +1) calibration intensity modulators for 8 (= 2 N ) bits. .
なお、第3、第4の実施例では、8ビット入力AND回路を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、初段の光論理素子を入力ビット数に応じた個数(2N/2)だけ設け、段数Nを増やす(光論理素子14−1,14−2の段数を増やす)ようにすれば、より多ビットのAND回路を実現できることは言うまでもない。この場合、中段の2入力1出力の光論理素子は、直前の3入力1出力の光論理素子の出力光を入力とする場合と、直前の2入力1出力の光論理素子の出力光を入力とする場合とがある。 In the third and fourth embodiments, an 8-bit input AND circuit is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the number of first-stage optical logic elements according to the number of input bits (2 It is needless to say that a multi-bit AND circuit can be realized by providing only N / 2) and increasing the number of stages N (increasing the number of stages of the optical logic elements 14-1 and 14-2). In this case, the 2-stage 1-output optical logic element in the middle stage receives the output light of the immediately preceding 3-input 1-output optical logic element and the output light of the immediately preceding 2-input 1-output optical logic element. There is a case.
[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図5は本発明の第5の実施例に係る8ビット入力AND回路(光論理回路)の構成例を示すブロック図であり、図1〜図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の8ビット入力AND回路は、光源2bと、光検出器4と、しきい値処理器5と、移相器12−1〜12−8と、2つの信号光を合流して出力する2入力1出力の光論理素子21−1〜21−6と、直前の1つの光論理素子21−1〜21−4の出力光とバイアス光とを合流して出力する2入力1出力の光論理素子22−1〜22−4と、直前の2つの光論理素子21−5,21−6の出力光とバイアス光とを入力として2つの信号光のAND演算を行う3入力1出力の光論理素子23と、光導波路24−1〜24−8,25−1〜25−5と、26−1〜26−4と、27−1〜27−6とから構成される。この8ビット入力AND回路は、誘電体材料からなる基板上に集積化される。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of an 8-bit input AND circuit (optical logic circuit) according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. It is. The 8-bit input AND circuit of this embodiment combines the light source 2b, the photodetector 4, the threshold value processor 5, the phase shifters 12-1 to 12-8, and the two signal lights for output. 2-input 1-output optical logic elements 21-1 to 21-6 and the output light and bias light of the immediately preceding one optical logic elements 21-1 to 21-4 are combined and output. 3-input 1-output that performs an AND operation of two signal lights with the output light and bias light of the optical logic elements 22-1 to 22-4 and the immediately preceding two optical logic elements 21-5 and 21-6 as inputs. The optical logic device 23 includes optical waveguides 24-1 to 24-8 and 25-1 to 25-5, 26-1 to 26-4, and 27-1 to 27-6. This 8-bit input AND circuit is integrated on a substrate made of a dielectric material.
本実施例の8ビット入力AND回路は、位相ビットを入力とする光論理素子21−1〜21−4と、光論理素子21−1〜21−4の出力とバイアス光とを入力とする光論理素子22−1〜22−4と、光論理素子22−1〜22−4の出力を入力とする光論理素子21−5,21−6と、光論理素子21−5,21−6の出力を入力とする光論理素子23とを、階層的に縦続接続したものであり、第3、第4の実施例の初段の光論理素子13−1〜13−4を、光論理素子21−1〜21−4と光論理素子22−1〜22−4とを縦続接続した構成に置き換えたものである。本実施例では、第3、第4の実施例と比較して光演算による損失はやや増大するが、信号コントラストは第3、第4の実施例と同じである。 The 8-bit input AND circuit of the present embodiment is an optical logic element 21-1 to 21-4 having a phase bit as an input, and an output having the outputs of the optical logic elements 21-1 to 21-4 and bias light as inputs. Of the logic elements 22-1 to 22-4, the optical logic elements 21-5 and 21-6 that receive the outputs of the optical logic elements 22-1 to 22-4, and the optical logic elements 21-5 and 21-6. The optical logic elements 23 having outputs as inputs are cascaded in a hierarchical manner, and the first-stage optical logic elements 13-1 to 13-4 of the third and fourth embodiments are connected to the optical logic element 21-. 1 to 21-4 and optical logic elements 22-1 to 22-4 are replaced with a cascade connection. In this embodiment, the loss due to optical calculation is slightly increased as compared with the third and fourth embodiments, but the signal contrast is the same as in the third and fourth embodiments.
光導波路24−1,24−2は光論理素子21−1の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路24−3,24−4は光論理素子21−2の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。光導波路24−5,24−6は光論理素子21−3の信号光入力ポート6A,6Bと接続され、光導波路24−7,24−8は光論理素子21−4の信号光入力ポート6A,6Bと接続されている。 The optical waveguides 24-1 and 24-2 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 21-1, and the optical waveguides 24-3 and 24-4 are the signal light input ports 6A of the optical logic element 21-2. , 6B. The optical waveguides 24-5 and 24-6 are connected to the signal light input ports 6A and 6B of the optical logic element 21-3, and the optical waveguides 24-7 and 24-8 are the signal light input port 6A of the optical logic element 21-4. , 6B.
光論理素子21−1の光出力ポート6Cと光論理素子22−1の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路26−1によって接続され、光論理素子21−2の光出力ポート6Cと光論理素子22−2の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路26−2によって接続されている。光論理素子21−3の光出力ポート6Cと光論理素子22−3の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路26−3によって接続され、光論理素子21−4の光出力ポート6Cと光論理素子22−4の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路26−4によって接続されている。光導波路25−1,25−2は光論理素子22−1,22−2の信号光入力ポート6Bと接続されている。光導波路25−4,25−5は光論理素子22−3,22−4の信号光入力ポート6Bと接続されている。 The optical output port 6C of the optical logic element 21-1 and the signal light input port 6A of the optical logic element 22-1 are connected by an optical waveguide 26-1, and the optical output port 6C of the optical logic element 21-2 and the light are connected. The signal light input port 6A of the logic element 22-2 is connected by an optical waveguide 26-2. The optical output port 6C of the optical logic element 21-3 and the signal light input port 6A of the optical logic element 22-3 are connected by an optical waveguide 26-3, and the optical output port 6C of the optical logic element 21-4 and the light are connected. The signal light input port 6A of the logic element 22-4 is connected by an optical waveguide 26-4. The optical waveguides 25-1 and 25-2 are connected to the signal light input ports 6B of the optical logic elements 22-1 and 22-2. The optical waveguides 25-4 and 25-5 are connected to the signal light input ports 6B of the optical logic elements 22-3 and 22-4.
光論理素子22−1の光出力ポート6Cと光論理素子21−5の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路27−1によって接続され、光論理素子22−2の光出力ポート6Cと光論理素子21−5の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路27−2によって接続されている。光論理素子22−3の光出力ポート6Cと光論理素子21−6の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路27−3によって接続され、光論理素子22−4の光出力ポート6Cと光論理素子21−6の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路27−4によって接続されている。 The optical output port 6C of the optical logic element 22-1 and the signal light input port 6A of the optical logic element 21-5 are connected by an optical waveguide 27-1, and the optical output port 6C of the optical logic element 22-2 is connected to the light. The signal light input port 6B of the logic element 21-5 is connected by an optical waveguide 27-2. The optical output port 6C of the optical logic element 22-3 and the signal light input port 6A of the optical logic element 21-6 are connected by an optical waveguide 27-3, and the optical output port 6C of the optical logic element 22-4 and the light are connected. The signal light input port 6B of the logic element 21-6 is connected by an optical waveguide 27-4.
さらに、光論理素子21−5の光出力ポート6Cと光論理素子23の信号光入力ポート6Aとの間は光導波路27−5によって接続され、光論理素子21−6の光出力ポート6Cと光論理素子23の信号光入力ポート6Bとの間は光導波路27−6によって接続されている。光導波路25−3は光論理素子23のバイアス光入力ポート6Dと接続されている。 Further, the optical output port 6C of the optical logic element 21-5 and the signal light input port 6A of the optical logic element 23 are connected by the optical waveguide 27-5, and the optical output port 6C of the optical logic element 21-6 and the optical signal are connected. The signal light input port 6B of the logic element 23 is connected by an optical waveguide 27-6. The optical waveguide 25-3 is connected to the bias light input port 6D of the optical logic element 23.
光源2bは、強度1の連続光を光導波路24−1〜24−8に入力する。このとき、光源2bは、全ての光導波路24−1〜24−8に同相の連続光を入力する。光導波路24−1〜24−8には、8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを入力とする移相器12−1〜12−8が設けられている。こうして、第3、第4の実施例と同様に位相ビットを生成することができる。 The light source 2b inputs continuous light with intensity 1 to the optical waveguides 24-1 to 24-8. At this time, the light source 2b inputs in-phase continuous light to all the optical waveguides 24-1 to 24-8. The optical waveguides 24-1 to 24-8 are provided with phase shifters 12-1 to 12-8 that receive respective bits of an 8-bit input digital electric signal. In this way, phase bits can be generated as in the third and fourth embodiments.
また、光源2bは、光導波路24−1〜24−8に入力する信号光生成用の連続光と同一波長で1/2の強度の連続光をバイアス光として光導波路25−1,25−2,25−4,25−5に入力し、信号光生成用の連続光と同一波長で9/4の強度の連続光をバイアス光として光導波路25−3に入力する。 The light source 2b uses the continuous light having the same wavelength and half the intensity as the continuous light for signal light generation input to the optical waveguides 24-1 to 24-8 as bias light, and the optical waveguides 25-1 and 25-2. , 25-4, 25-5, and continuous light having the same wavelength and 9/4 intensity as the continuous light for signal light generation is input as bias light to the optical waveguide 25-3.
本実施例の8ビット入力AND回路の動作の流れは次のとおりである。
(1)光源2bから各光導波路24−1〜24−8,25−1〜25−5に上記の強度で連続レーザ光を入力する(演算中は定常的に入力)。
(2)8ビット入力デジタル電気信号の各ビットを移相器12−1〜12−8にパラレル入力する。
(3)各光論理素子21−1〜21−6,22−1〜22−4,23で光アナログ演算を実施する。
(4)光論理素子23の出力信号光を光検出器4で光電変換する。
(5)光検出器4から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理器5でしきい値処理してデジタル電気信号に変換する。
The operation flow of the 8-bit input AND circuit of this embodiment is as follows.
(1) A continuous laser beam is input from the light source 2b to each of the optical waveguides 24-1 to 24-8 and 25-1 to 25-5 with the above-described intensity (constant input during calculation).
(2) 8-bit input Each bit of the digital electric signal is input in parallel to the phase shifters 12-1 to 12-8.
(3) An optical analog operation is performed by each of the optical logic elements 21-1 to 21-6, 22-1 to 22-4, and 23.
(4) The output signal light of the optical logic element 23 is photoelectrically converted by the photodetector 4.
(5) The analog electrical signal output from the photodetector 4 is threshold-processed by the threshold processor 5 and converted into a digital electrical signal.
光論理素子21−1〜21−4は、それぞれ信号光入力ポート6A,6Bに入力された位相ビットを合流して光出力ポート6Cに出力する。
光論理素子22−1〜22−4は、それぞれ光論理素子21−1〜21−4から出力され信号光入力ポート6Aに入力された光と信号光入力ポート6Bに入力されたバイアス光とを合流して光出力ポート6Cに出力する。
The optical logic elements 21-1 to 21-4 join the phase bits input to the signal light input ports 6A and 6B, respectively, and output them to the optical output port 6C.
The optical logic elements 22-1 to 22-4 respectively output the light output from the optical logic elements 21-1 to 21-4 and input to the signal light input port 6A and the bias light input to the signal light input port 6B. Merge and output to the optical output port 6C.
光論理素子21−5は、光論理素子22−1,22−2から出力され信号光入力ポート6A,6Bに入力された光を合流して光出力ポート6Cに出力する。光論理素子21−6は、光論理素子22−3,22−4から出力され信号光入力ポート6A,6Bに入力された光を合流して光出力ポート6Cに出力する。
光論理素子23は、光論理素子21−5,21−6から出力され信号光入力ポート6A,6Bに入力された光を振幅ビットとしてAND演算を行う。
The optical logic element 21-5 combines the lights output from the optical logic elements 22-1 and 22-2 and input to the signal light input ports 6A and 6B, and outputs the combined light to the optical output port 6C. The optical logic element 21-6 combines the lights output from the optical logic elements 22-3 and 22-4 and input to the signal light input ports 6A and 6B, and outputs the combined light to the optical output port 6C.
The optical logic element 23 performs an AND operation using the light output from the optical logic elements 21-5 and 21-6 and input to the signal light input ports 6A and 6B as amplitude bits.
本実施例の場合、光論理素子21−1〜21−4の信号光入力ポート6Aの位相ビットと信号光入力ポート6Bの位相ビットとの合流比、光論理素子22−1〜22−4の信号光入力ポート6Aの位相ビットと信号光入力ポート6Bのバイアス光との合流比、および光論理素子21−5,21−6の信号光入力ポート6Aの位相ビットと信号光入力ポート6Bの位相ビットとの合流比は、全て1:1である。また、光論理素子21−1〜21−4,22−1〜22−4の信号光強度とバイアス光強度の比は2:1が最適である。 In the case of the present embodiment, the merge ratio of the phase bit of the signal light input port 6A and the phase bit of the signal light input port 6B of the optical logic elements 21-1 to 21-4, and the optical logic elements 22-1 to 22-4 The merge ratio between the phase bit of the signal light input port 6A and the bias light of the signal light input port 6B, and the phase bit of the signal light input port 6A of the optical logic elements 21-5 and 21-6 and the phase of the signal light input port 6B The merge ratios with the bits are all 1: 1. The ratio of the signal light intensity to the bias light intensity of the optical logic elements 21-1 to 21-4 and 22-1 to 22-4 is optimally 2: 1.
第3、第4の実施例と同様に、終段の光論理素子23の信号光入力ポート6Aの振幅ビットとバイアス光入力ポート6Dのバイアス光と信号光入力ポート6Bの振幅ビットとの合流比を2:1:2とすると、光演算による損失を最小化できる。8(=2N)ビットのAND回路を構成する場合、連続光の強度を1とするとき、終段の光論理素子のバイアス光入力ポート6Dに入力するバイアス光の相対光強度Pbias_Nは、(2N-1−1)2/2N-1となる。したがって、上記の例では、光論理素子23に入力するバイアス光の相対光強度を9/4としている。 Similar to the third and fourth embodiments, the merge ratio of the amplitude bit of the signal light input port 6A, the bias light of the bias light input port 6D, and the amplitude bit of the signal light input port 6B of the optical logic element 23 at the final stage. Is 2: 1: 2, loss due to optical computation can be minimized. When an AND circuit of 8 (= 2 N ) bits is configured, when the intensity of continuous light is 1, the relative light intensity P bias — N of the bias light input to the bias light input port 6D of the optical logic element at the final stage. becomes (2 N-1 -1) 2 /2 N-1. Therefore, in the above example, the relative light intensity of the bias light input to the optical logic element 23 is 9/4.
なお、本実施例では、8ビット入力AND回路を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、初段の光論理素子を入力ビット数に応じた個数(2N/2)だけ設け、段数Nを増やす(光論理素子21−5,21−6の段数を増やす)ようにすれば、より多ビットのAND回路を実現できることは言うまでもない。 In this embodiment, an 8-bit input AND circuit has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and only the number (2 N / 2) of first-stage optical logic elements corresponding to the number of input bits is used. Needless to say, if the number of stages N is increased (the number of stages of the optical logic elements 21-5 and 21-6 is increased), a multi-bit AND circuit can be realized.
[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例について説明する。本実施例は、第1〜第5の実施例で用いた光論理素子1−1〜1−7,13−1〜13−4,14−1,14−2,15,21−1〜21−6,22−1〜22−4,23の具体的な構成を説明するものである。図6は本実施例の光論理素子の構成を示す斜視図、図7は本実施例の光論理素子の構成を示す平面図である。
[Sixth embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the optical logic elements 1-1 to 1-7, 13-1 to 13-4, 14-1, 14-2, 15, 21-1 to 21 used in the first to fifth embodiments are used. A specific configuration of −6, 22-1 to 22-4, and 23 will be described. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment, and FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment.
光論理素子100は、図6に示すように、第1の誘電体材料からなる基板101と、この基板101の一の面101a上に形成され、第1の誘電体材料より高い屈折率を有する第2の誘電体材料からなる光導波路102、光導波路103、光導波路104、光導波路105(バイアス光入力ポート6D)とを備える。 As shown in FIG. 6, the optical logic element 100 is formed on a substrate 101 made of a first dielectric material and one surface 101a of the substrate 101, and has a higher refractive index than that of the first dielectric material. An optical waveguide 102 made of a second dielectric material, an optical waveguide 103, an optical waveguide 104, and an optical waveguide 105 (bias light input port 6D) are provided.
基板101を構成する第1の誘電体としては、例えば、石英等のシリカ(SiO2)が挙げられる。
また、光導波路102〜105を構成する第2の誘電体は、例えば、シリコン(Si)である。シリカの屈折率は、通信波長帯(例えば波長1.5μm)で1.4であるのに対し、シリコン(Si)の屈折率は、3.5である。したがって、光導波路102〜105をシリコンから構成した場合、基板および空気がクラッドとして作用して、光導波路102〜105内に光が閉じ込められる。
また、光導波路102〜105を基板101の一の面101a上に形成することによって、光論理素子100は平面光導波路上に構成されている。
Examples of the first dielectric that forms the substrate 101 include silica (SiO 2 ) such as quartz.
The second dielectric that constitutes the optical waveguides 102 to 105 is, for example, silicon (Si). The refractive index of silica is 1.4 in the communication wavelength band (for example, wavelength 1.5 μm), whereas the refractive index of silicon (Si) is 3.5. Therefore, when the optical waveguides 102 to 105 are made of silicon, the substrate and air act as a cladding, and light is confined in the optical waveguides 102 to 105.
Further, by forming the optical waveguides 102 to 105 on one surface 101a of the substrate 101, the optical logic element 100 is configured on the planar optical waveguide.
図6、図7に示すように、本実施例に係る光論理素子100において、光導波路102と光導波路103と光導波路104とは、それぞれの一端が互いに接続されて、Y分岐光導波路を構成している。光導波路102および光導波路103は、それぞれ信号光入力用の光導波路であり、1組の信号光入力ポート(第1〜第5の実施例の信号光入力ポート6A,6B)として作用する。また、光導波路104は、信号光出力用の光導波路であり、光出力ポート(第1〜第5の実施例の光出力ポート6C)として作用する。
本実施例において、信号光入力ポートとなる光導波路102と光導波路103とは、光出力ポートとなる光導波路104の延長線に対して対称に配置されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, in the optical logic device 100 according to the present embodiment, the optical waveguide 102, the optical waveguide 103, and the optical waveguide 104 are connected to each other to form a Y-branch optical waveguide. doing. The optical waveguide 102 and the optical waveguide 103 are optical waveguides for inputting signal light, and function as a set of signal light input ports (signal light input ports 6A and 6B in the first to fifth embodiments). The optical waveguide 104 is an optical waveguide for signal light output, and acts as an optical output port (the optical output port 6C of the first to fifth embodiments).
In this embodiment, the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103 serving as the signal light input port are disposed symmetrically with respect to the extension line of the optical waveguide 104 serving as the light output port.
一方、光導波路105は、バイアス光入力用の光導波路であり、バイアス光入力ポート(第1〜第5の実施例のバイアス光入力ポート6D)として作用する。
バイアス光入力ポートとなる光導波路105は、光導波路102と光導波路103との間に配置されている。より具体的には、光導波路105は、光導波路104の延長線上に配置されている。
On the other hand, the optical waveguide 105 is an optical waveguide for bias light input, and acts as a bias light input port (bias light input port 6D of the first to fifth embodiments).
The optical waveguide 105 serving as a bias light input port is disposed between the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103. More specifically, the optical waveguide 105 is disposed on an extension line of the optical waveguide 104.
光導波路105のY分岐光導波路に近い方の一端は、平面視でテーパー状に形成されている。このテーパー状に形成された光導波路105の一端を「テーパー部105a」とよぶ。このテーパー部105aは、Y分岐光導波路の光導波路102と光導波路103とに空隙を隔てて近接して配置されている。その結果、光導波路102および光導波路103と光導波路105とが互いに光学的に結合する。 One end of the optical waveguide 105 closer to the Y-branch optical waveguide is formed in a tapered shape in plan view. One end of the tapered optical waveguide 105 is referred to as a “tapered portion 105a”. The tapered portion 105a is disposed adjacent to the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103 of the Y-branch optical waveguide with a gap therebetween. As a result, the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103 and the optical waveguide 105 are optically coupled to each other.
このような光論理素子100においては、信号光入力ポートである光導波路102と光導波路103をそれぞれ伝播してきた入力信号光が、光導波路105を伝播してきたバイアス光と干渉して、光出力ポートとなる光導波路104から出力光が出力される。 In such an optical logic device 100, the input signal light that has propagated through the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103, which are signal light input ports, interferes with the bias light that has propagated through the optical waveguide 105, resulting in an optical output port. Output light is output from the optical waveguide 104.
本実施例に係る光論理素子100の構造は、図6、図7に示すように、各導波路の幅(導波路幅)W、導波路の高さhH、バイアス光入力用の光導波路105のテーパー部105aの長さ(テーパ長さ)Ltaper、Y分岐光導波路とテーパー部とのギャップ幅(テーパ導波路間ギャップ幅)g、光導波路102と光導波路103とがなす角(Y分岐角度)αによって表すこととする。 As shown in FIGS. 6 and 7, the structure of the optical logic device 100 according to this embodiment is as follows. The width (waveguide width) W of each waveguide, the height h H of the waveguide, and the optical waveguide for bias light input. 105 taper part 105a length (taper length) L taper , gap width (gap width between taper waveguides) g between Y branch optical waveguide and taper part, angle formed by optical waveguide 102 and optical waveguide 103 (Y (Branch angle) α.
上記の各構造パラメータの範囲として、例えばW=0.1〜2.0μm、hH=0.1〜2.0μm、Ltaper=0.1〜20μm、g=0〜1.0μm、α=5〜60°を想定している。構造パラメータの値は、光導波路を構成する材料に応じて適宜選択すればよい。例えば、光導波路105のテーパー部105aとY分岐光導波路を構成する光導波路102および光導波路103とが互いに接触(オーバラップ)するようなパラメータの組み合わせもあり得る。 For example, W = 0.1 to 2.0 μm, h H = 0.1 to 2.0 μm, L taper = 0.1 to 20 μm, g = 0 to 1.0 μm, α = 5-60 degrees is assumed. The value of the structural parameter may be appropriately selected according to the material constituting the optical waveguide. For example, there may be a combination of parameters such that the tapered portion 105a of the optical waveguide 105 and the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103 constituting the Y-branch optical waveguide contact each other (overlap).
上述した光論理素子は、次のような工程によって製造することができる。すなわち、シリカ等からなる基板を用意し、その位置の面上にシリコン(Si)の層を成長させる。シリコン層の成長にはCVD等の方法を用いればよい。
次に、フォトリソグラフィ技術により、シリコン層の表面に塗布した感光材を、例えば図7に示すような所定のパターンにパターンニングした後、シリコン層をエッチングすれば、図6に示すような光導波路を得ることができる。
The above-described optical logic element can be manufactured by the following process. That is, a substrate made of silica or the like is prepared, and a silicon (Si) layer is grown on the surface. A method such as CVD may be used for the growth of the silicon layer.
Next, after the photosensitive material applied to the surface of the silicon layer is patterned into a predetermined pattern as shown in FIG. 7, for example, by etching the silicon layer, an optical waveguide as shown in FIG. Can be obtained.
本実施例の光論理素子100を論理演算に用いる際には、1組の入力信号光の位相は互いに同相とする。すなわち、2つの光入力ポートに入力される1組の入力信号光は、光出力ポートからの出力光を強めるように互いに位相が調整されている。
また、バイアス光の位相は、信号光に対して逆相とする。すなわち、バイアス光は、各信号光入力ポートに入力された2つの入力信号光に対して、光出力ポートからの出力光を弱めるように互いに位相が調整されている。
When the optical logic element 100 of this embodiment is used for a logical operation, the phase of one set of input signal lights is in phase with each other. That is, the phase of the pair of input signal lights input to the two optical input ports is adjusted so as to enhance the output light from the optical output port.
The phase of the bias light is opposite to that of the signal light. That is, the phase of the bias light is adjusted with respect to the two input signal lights input to each signal light input port so as to weaken the output light from the light output port.
光導波路102の長さと光導波路103の長さとが互いに等しければ、2つの信号光入力ポートに入力される入力信号光は、光導波路102と光導波路103との連結点、すなわちY分岐光導波路の分岐点で同相となる。 If the length of the optical waveguide 102 and the length of the optical waveguide 103 are equal to each other, the input signal light input to the two signal light input ports is a connection point between the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103, that is, the Y branch optical waveguide. It is in phase at the branch point.
本実施例において出力光の高いバイナリコントラストを得るためには、次の条件を満たす必要がある。
(1)Y分岐のような信号光の信号光入力ポート(すなわち、光導波路102および光導波路103)が光出力ポート(光導波路104)の方向に対して左右対称に導入されていること。
(2)バイアス光入力ポートがあること。
(3)バイアス光強度Pbiasの調整が可能であること。
In this embodiment, in order to obtain a high binary contrast of output light, the following conditions must be satisfied.
(1) The signal light input ports (that is, the optical waveguide 102 and the optical waveguide 103) of signal light such as Y branch are introduced symmetrically with respect to the direction of the optical output port (optical waveguide 104).
(2) There is a bias light input port.
(3) The bias light intensity P bias can be adjusted.
第1〜第5の実施例で説明したとおり、バイアス光の強度Pbiasを調整することで、光論理素子100の合流比を設定することができる。
以上のように、本実施例によれば、光論理素子100を、第1〜第5の実施例で説明した光論理素子1−1〜1−7,13−1〜13−4,15,23として用いることができる。また、基板101と光導波路102〜104とからなる構造のY分岐光導波路を、光論理素子14−1,14−2,21−1〜21−6,22−1〜22−4として用いることができる。
As described in the first to fifth embodiments, the merge ratio of the optical logic element 100 can be set by adjusting the intensity P bias of the bias light.
As described above, according to this embodiment, the optical logic element 100 is replaced with the optical logic elements 1-1 to 1-7, 13-1 to 13-4, 15 described in the first to fifth embodiments. 23 can be used. Further, a Y-branch optical waveguide having a structure composed of the substrate 101 and the optical waveguides 102 to 104 is used as the optical logic elements 14-1, 14-2, 21-1 to 21-6, 22-1 to 22-4. Can do.
本実施例によれば、非線形光学における問題を避けるために、線形光学素子を利用して、高いバイナリコントラストを広い波長帯域で実現することが可能である。また、線形光学にのみ基づいて動作するので、大きな入力強度を必要とせず、性能が入力強度無依存であるため、究極的には光子レベルでも大幅な省電力化が期待できる。 According to this embodiment, in order to avoid problems in nonlinear optics, it is possible to realize a high binary contrast in a wide wavelength band by using a linear optical element. In addition, since the operation is based only on linear optics, a large input intensity is not required, and the performance is independent of the input intensity, so that significant power saving can be expected at the photon level.
さらには、光論理演算による信号強度の減少、すなわち挿入損失を最低限に抑制し、場合によっては、バイナリコントラストを維持した状態で0.2〜0.3dB程度の利得を持ち、1以上の出力強度が出る。すなわち、入力された信号光を増幅することができるので、信号判別のために必要な後段での非線形光学による補償処理を最小限に抑えることができる。また、増幅を伴う線形光論理演算と僅かな非線形光学効果の組み合わせで、さらなる高性能化が期待できる。 Furthermore, a decrease in signal strength due to optical logic operation, that is, insertion loss is suppressed to a minimum, and in some cases, a gain of about 0.2 to 0.3 dB is maintained with binary contrast maintained, and one or more outputs Strength comes out. That is, since the input signal light can be amplified, compensation processing by nonlinear optics at the subsequent stage necessary for signal discrimination can be minimized. Further, higher performance can be expected by combining a linear optical logic operation with amplification and a slight nonlinear optical effect.
また、同一素子において、光学的な調整、具体的には、バイアス光の強度を調整することにより、論理演算機能を変更することができる。これにより光回路作製後でも回路に予め導入してある調整機構で回路構成を柔軟かつ高速に変更できる。 Further, in the same element, the logical operation function can be changed by optical adjustment, specifically, adjusting the intensity of the bias light. As a result, the circuit configuration can be changed flexibly and at high speed with an adjustment mechanism that has been previously introduced into the circuit even after the optical circuit is manufactured.
また、本実施例に係る光論理素子100によれば、実際に光干渉が起こる領域の素子長は2μm前後となるため、光信号のパス時間は0.02ps程度と極めて短くなる。これは、従来の光スイッチと比較して少なくとも100分の1以上短尺であるため、光パス素子回路全体のパス時間を大幅に短縮し、ごく低遅延な光演算の実現に貢献することができる。 Further, according to the optical logic device 100 according to the present embodiment, the device length of the region where the optical interference actually occurs is about 2 μm, so that the optical signal path time is as extremely short as about 0.02 ps. This is at least 1/100 or more shorter than that of a conventional optical switch, so that the path time of the entire optical path element circuit can be greatly shortened, and it can contribute to the realization of an optical operation with a very low delay. .
また、本実施例では、広帯域動作が可能となるので、単一素子による波長分割多重演算が可能となる。また、誘電体材料のみで構成できるので、付加損失の抑制と作製の容易化を図ることができる。また、素子をオンチップ化し、さらに短尺化することができる。これらは低演算遅延な光演算応用に重要である。 Further, in this embodiment, since a wide band operation is possible, a wavelength division multiplexing operation by a single element is possible. Further, since it can be configured only with a dielectric material, additional loss can be suppressed and fabrication can be facilitated. Further, the element can be made on-chip and further shortened. These are important for optical computation applications with low computation delay.
さらに、誘電体材料のみで構成されており、作製が簡易で光通信波長帯であれば移相器や強度変調器が一括集積可能なCMOSファウンダリが利用可能である。 Furthermore, a CMOS foundry that can be integrated with a phase shifter and an intensity modulator can be used as long as the phase shifter and the intensity modulator are configured with only a dielectric material and can be easily manufactured and in an optical communication wavelength band.
また、オンチップ集積が可能であり、複数の素子間を十分に短い光導波路で接続できる。これにより上記の低演算遅延を維持したまま様々な機能性を創出しうる。 Further, on-chip integration is possible, and a plurality of elements can be connected with a sufficiently short optical waveguide. As a result, various functionalities can be created while maintaining the low arithmetic delay.
[第7の実施例]
次に、本発明の第7の実施例について説明する。本実施例は光論理素子の別の具体例を説明するものである。図8は本実施例の光論理素子の構成を示す斜視図、図9は本実施例の光論理素子の構成を示す平面図である。
[Seventh embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. This embodiment will explain another specific example of the optical logic element. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment, and FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment.
本実施例に係る光論理素子200は、図8に示すように、シリカ(SiO2)等の第1の誘電体材料からなる基板201と、この基板201の一の面201a上に形成され、シリコン(Si)等、第1の誘電体材料より高い屈折率を有する第2の誘電体材料からなる光導波路202、光導波路203、光導波路204、光導波路205とを備える。ここで光導波路202および光導波路203は、信号光入力ポート(第1〜第5の実施例の信号光入力ポート6A,6B)として作用し、光導波路204は光出力ポート(第1〜第5の実施例の光出力ポート6C)として作用し、光導波路205はバイアス光入力ポート(第1〜第5の実施例のバイアス光入力ポート6D)として作用する。 As shown in FIG. 8, the optical logic element 200 according to the present embodiment is formed on a substrate 201 made of a first dielectric material such as silica (SiO 2 ) and one surface 201a of the substrate 201, An optical waveguide 202, an optical waveguide 203, an optical waveguide 204, and an optical waveguide 205 made of a second dielectric material having a higher refractive index than the first dielectric material, such as silicon (Si), are provided. Here, the optical waveguide 202 and the optical waveguide 203 act as signal light input ports (the signal light input ports 6A and 6B in the first to fifth embodiments), and the optical waveguide 204 serves as the light output ports (first to fifth). And the optical waveguide 205 acts as a bias light input port (bias light input port 6D of the first to fifth embodiments).
図8、図9に示すように、本実施例に係る光論理素子200においては、信号光入力ポートとして作用する光導波路202と光導波路203との間に、バイアス光入力ポートとして作用する光導波路205が配置されている。また、本実施例においては、光導波路202と光導波路203とは、平面視で光導波路205に対して互いに対称となるように配置されている。
また、光導波路205と光出力ポートとして作用する光導波路204とは、その一端において互いに接続されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the optical logic device 200 according to the present embodiment, an optical waveguide that acts as a bias light input port between an optical waveguide 202 that acts as a signal light input port and the optical waveguide 203. 205 is arranged. In the present embodiment, the optical waveguide 202 and the optical waveguide 203 are arranged so as to be symmetric with respect to the optical waveguide 205 in plan view.
The optical waveguide 205 and the optical waveguide 204 acting as an optical output port are connected to each other at one end.
信号光入力ポートである光導波路202および光導波路203は、それぞれバイアス光入力ポートである光導波路205と結合する結合部202a,203aを有する。すなわち、結合部202a,203aは、それぞれ光導波路204と間隔gDCを隔てて平行に配置された、光導波路202と光導波路203の先端部近傍の長さLDC分の部分である。このように光導波路202と光導波路203とがそれぞれ結合部202a,203aを備えることによって、光導波路202および光導波路203と光導波路205とは、互いに結合可能な程度に離間して、方向性結合器を形成している。結合部202a、203aの長さLDCは、3dB結合長の90%程度とすることが望ましい。 The optical waveguide 202 and the optical waveguide 203 that are signal light input ports have coupling portions 202a and 203a that are coupled to the optical waveguide 205 that is a bias light input port, respectively. That is, the coupling portions 202a and 203a are portions corresponding to the length L DC in the vicinity of the tip portions of the optical waveguide 202 and the optical waveguide 203, which are arranged in parallel with the optical waveguide 204 with a gap g DC therebetween. As described above, the optical waveguide 202 and the optical waveguide 203 are provided with the coupling portions 202a and 203a, respectively, so that the optical waveguide 202 and the optical waveguide 203 and the optical waveguide 205 are separated so as to be coupled to each other and are directionally coupled. A vessel is formed. The length L DC of the coupling portions 202a and 203a is preferably about 90% of the 3 dB coupling length.
こうして、本実施例によれば、光論理素子200を、第1〜第5の実施例で説明した光論理素子1−1〜1−7,13−1〜13−4,15,23として用いることができる。 Thus, according to this embodiment, the optical logic element 200 is used as the optical logic elements 1-1 to 1-7, 13-1 to 13-4, 15, 23 described in the first to fifth embodiments. be able to.
[第8の実施例]
次に本発明の第8の実施例について説明する。本実施例は光論理素子の別の具体例を説明するものである。図10は本実施例の光論理素子の構成を示す斜視図、図11は本実施例の光論理素子の構成を示す平面図である。
[Eighth embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. This embodiment will explain another specific example of the optical logic element. FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment, and FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the optical logic element of this embodiment.
本実施例に係る光論理素子300は、図10に示すように、シリカ(SiO2)等の第1の誘電体材料からなる基板301と、この基板301の一の面301a上に形成され、シリコン(Si)等、第1の誘電体材料より高い屈折率を有する第2の誘電体材料からなる光導波路302、光導波路303、光導波路304、光導波路305とを備える。ここで、光導波路302および光導波路303は、1組の信号光入力ポート(第1〜第5の実施例の信号光入力ポート6A,6B)として作用し、光導波路304は光出力ポート(第1〜第5の実施例の光出力ポート6C)として作用する。また、光導波路305は、バイアス光入力ポート(第1〜第5の実施例のバイアス光入力ポート6D)として作用する。 As shown in FIG. 10, the optical logic device 300 according to the present embodiment is formed on a substrate 301 made of a first dielectric material such as silica (SiO 2 ) and one surface 301a of the substrate 301, An optical waveguide 302, an optical waveguide 303, an optical waveguide 304, and an optical waveguide 305 made of a second dielectric material having a higher refractive index than the first dielectric material, such as silicon (Si), are provided. Here, the optical waveguide 302 and the optical waveguide 303 act as a pair of signal light input ports (the signal light input ports 6A and 6B in the first to fifth embodiments), and the optical waveguide 304 serves as an optical output port (first 1 to 5 as the optical output port 6C of the fifth embodiment. The optical waveguide 305 functions as a bias light input port (the bias light input port 6D in the first to fifth embodiments).
本実施例に係る光論理素子300において、信号光入力ポートとして作用する光導波路302および光導波路303と、光出力ポートとして作用する光導波路304とは、第6の実施例に係る光論理素子100と同様に、それぞれの一端が互いに接続されて、Y分岐光導波路を構成している。光導波路302と光導波路303とがなす角(Y分岐角度)をβによって表すこととする。 In the optical logic device 300 according to the present embodiment, the optical waveguide 302 and the optical waveguide 303 that function as signal light input ports, and the optical waveguide 304 that functions as an optical output port are the optical logic device 100 according to the sixth embodiment. In the same manner as described above, one end of each is connected to each other to form a Y-branch optical waveguide. An angle (Y branch angle) formed by the optical waveguide 302 and the optical waveguide 303 is represented by β.
図10、図11に示すように、本実施例に係る光論理素子300において、バイアス光入力ポートである光導波路305は、Y分岐光導波路を構成する光導波路304と結合する結合部305aを有する。すなわち、結合部305aは、光導波路304と間隔gDCを隔てて平行に配置された、光導波路305の先端部近傍の長さLDC分の部分である。このように光導波路305が結合部305aを備えることによって、光導波路304と光導波路305とは、互いに結合可能な程度に離間して、方向性結合器を形成している。本実施例では、Y分岐で信号光を干渉させた後に方向性結合器でバイアス光と干渉させる。つまり3波の干渉を2回に分けている。 As shown in FIGS. 10 and 11, in the optical logic device 300 according to the present embodiment, the optical waveguide 305 that is a bias light input port has a coupling portion 305 a that couples with the optical waveguide 304 constituting the Y-branch optical waveguide. . That is, the coupling portion 305a is a portion corresponding to the length L DC in the vicinity of the distal end portion of the optical waveguide 305, which is arranged in parallel with the optical waveguide 304 with a gap g DC therebetween. Since the optical waveguide 305 includes the coupling portion 305a as described above, the optical waveguide 304 and the optical waveguide 305 are separated to an extent that can be coupled to each other to form a directional coupler. In this embodiment, the signal light is caused to interfere with the Y branch, and then the directional coupler is caused to interfere with the bias light. That is, three-wave interference is divided into two times.
こうして、本実施例によれば、光論理素子300を、第1〜第5の実施例で説明した光論理素子1−1〜1−7,13−1〜13−4,15,23として用いることができる。 Thus, according to this embodiment, the optical logic device 300 is used as the optical logic devices 1-1 to 1-7, 13-1 to 13-4, 15, 23 described in the first to fifth embodiments. be able to.
本発明は、光論理回路に適用することができる。 The present invention can be applied to an optical logic circuit.
1−1〜1−7,13−1〜13−4,14−1,14−2,15,21−1〜21−6,22−1〜22−4,23,100,200,300…光論理素子、2,2a,2b…光源、3−1〜3−8…強度変調器、4…光検出器、5…しきい値処理器、6A,6B…信号光入力ポート、6C…光出力ポート、6D…バイアス光入力ポート、7−1〜7−8,8−1〜8−7,9−1〜9−6,16−1〜16−8,17−1〜17−5,18−1〜18−6,24−1〜24−8,25−1〜25−5と、26−1〜26−4と、27−1〜27−6,102〜105,202〜205,302〜305…光導波路、10−1〜10−14,20−1〜20−4…較正用移相器、11−1〜11−7,19−1〜19−13…校正用強度変調器、12−1〜12−8…移相器、101,201,301…基板。 1-1 to 1-7, 13-1 to 13-4, 14-1, 14-2, 15, 21-1 to 21-6, 22-1 to 22-4, 23, 100, 200, 300 ... Optical logic elements, 2, 2a, 2b ... light source, 3-1 to 3-8 ... intensity modulator, 4 ... photodetector, 5 ... threshold value processor, 6A, 6B ... signal light input port, 6C ... light Output port, 6D: bias light input port, 7-1 to 7-8, 8-1 to 8-7, 9-1 to 9-6, 16-1 to 16-8, 17-1 to 17-5 18-1 to 18-6, 24-1 to 24-8, 25-1 to 25-5, 26-1 to 26-4, 27-1 to 27-6, 102 to 105, 202 to 205, 302 to 305: optical waveguide, 10-1 to 10-14, 20-1 to 20-4 ... phase shifter for calibration, 11-1 to 11-7, 19-1 to 19-13 ... intensity change for calibration Vessel, 12-1 to 12-8 ... phase shifter, 101, 201, 301 ... substrate.
Claims (8)
終段の1つの光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。 A plurality of three-input one-output optical logic elements that receive two signal lights and bias light, a plurality of two-input one-output optical logic elements that receive two signal lights, one signal light and a bias Cascade connection of at least one kind of optical logic elements among a plurality of two-input / one-output optical logic elements that receive light as input,
An optical logic circuit characterized in that an output light obtained by merging with one optical logic element at the final stage is used as a calculation result.
初段の前記光論理素子は、異なる振幅に0,1の値を割り当てた振幅ビットの信号光2つとバイアス光とを入力とし、
初段以外の前記光論理素子は、直前の2つの光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、
終段の1つの前記光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。 Cascading multiple optical logic elements with 3 inputs and 1 output,
The optical logic element of the first stage receives two signal lights with amplitude bits assigned values of 0 and 1 to different amplitudes and bias light, and
The optical logic elements other than the first stage have the output light of the immediately preceding two optical logic elements and the bias light as inputs,
An optical logic circuit characterized in that an output light obtained by merging with one optical logic element at a final stage is used as a calculation result.
前記第1の光論理素子は、異なる位相に0,1の値を割り当てた位相ビットの信号光2つとバイアス光とを入力とし、
前記第2の光論理素子は、直前の2つの第1の光論理素子の出力光または直前の2つの第2の光論理素子の出力光を入力とし、
前記第3の光論理素子は、直前の2つの第2の光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、
前記第3の光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。 A plurality of first optical logic elements with three inputs and one output arranged at the first stage, a second optical logic element with two inputs and one output arranged at a place other than the first stage and the last stage, and arranged at the last stage Cascaded with a third optical logic element with three inputs and one output,
The first optical logic element receives two phase-bit signal lights each assigned a value of 0, 1 to different phases and a bias light,
The second optical logic element receives, as input, output lights of the immediately preceding two first optical logic elements or output lights of the immediately preceding two second optical logic elements,
The third optical logic element has the output light of the immediately preceding two second optical logic elements and the bias light as inputs,
An optical logic circuit characterized in that an output light obtained by merging with the third optical logic element is used as a calculation result.
前記第1の光論理素子は、異なる位相に0,1の値を割り当てた位相ビットの信号光2つを入力とし、
前記第2の光論理素子は、前記第1の光論理素子の出力光1つとバイアス光とを入力とし、
前記第3の光論理素子は、直前の2つの第2の光論理素子の出力光または直前の2つの第3の光論理素子の出力光を入力とし、
前記第4の光論理素子は、直前の2つの第3の光論理素子の出力光と前記バイアス光とを入力とし、
前記第4の光論理素子に合流して得られた出力光を演算結果とすることを特徴とする光論理回路。 A plurality of first optical logic elements having two inputs and one output arranged in the first stage, a second optical logic element having two inputs and one output arranged in the second stage, an initial stage, a second stage, and a final stage. Cascade connection of a third optical logic element with two inputs and one output arranged at a place other than a fourth optical logic element with three inputs and one output arranged at the final stage;
The first optical logic element receives two phase-bit signal lights in which values of 0 and 1 are assigned to different phases;
The second optical logic element has one output light of the first optical logic element and a bias light as inputs,
The third optical logic element receives, as inputs, output lights of the immediately preceding two second optical logic elements or output lights of the immediately preceding two third optical logic elements,
The fourth optical logic element receives the output light of the immediately preceding two third optical logic elements and the bias light, and
An optical logic circuit characterized in that an output light obtained by joining the fourth optical logic element is used as a calculation result.
各光論理素子に入力される2つの信号光のうち一方の位相を調整可能な第1の移相器と、
各光論理素子に入力されるバイアス光の位相を調整可能な第2の移相器と、
各光論理素子に入力されるバイアス光の強度を調整可能な強度変調器とをさらに備えることを特徴とする光論理回路。 The optical logic circuit according to claim 2, wherein
A first phase shifter capable of adjusting the phase of one of the two signal lights input to each optical logic element;
A second phase shifter capable of adjusting the phase of the bias light input to each optical logic element;
An optical logic circuit further comprising: an intensity modulator capable of adjusting the intensity of bias light input to each optical logic element.
前記第1の光論理素子に入力される2つの信号光の強度を調整可能な第1の強度変調器と、
前記第2、第3の光論理素子に入力される2つの信号光のうち一方の位相を調整可能な第1の移相器と、
前記第1、第3の光論理素子に入力されるバイアス光の強度を調整可能な第2の強度変調器と、
前記第3の光論理素子に入力されるバイアス光の位相を調整可能な第2の移相器とをさらに備えることを特徴とする光論理回路。 The optical logic circuit according to claim 3, wherein
A first intensity modulator capable of adjusting the intensity of two signal lights input to the first optical logic element;
A first phase shifter capable of adjusting the phase of one of the two signal lights input to the second and third optical logic elements;
A second intensity modulator capable of adjusting the intensity of the bias light input to the first and third optical logic elements;
An optical logic circuit, further comprising: a second phase shifter capable of adjusting a phase of bias light input to the third optical logic element.
終段に配置された前記光論理素子の出力光を光電変換する光検出器と、
この光検出器から出力されたアナログ電気信号をしきい値処理してデジタル電気信号に変換するしきい値処理器とをさらに備えることを特徴とする光論理回路。 The optical logic circuit according to any one of claims 1 to 6,
A photodetector for photoelectrically converting the output light of the optical logic element disposed in the final stage;
An optical logic circuit, further comprising: a threshold processing unit that performs threshold processing on the analog electrical signal output from the photodetector and converts the analog electrical signal into a digital electrical signal.
複数の前記バイアス光の強度を個別に設定可能な光源をさらに備えることを特徴とする光論理回路。 The optical logic circuit according to any one of claims 1 to 7,
An optical logic circuit further comprising a light source capable of individually setting the intensity of the plurality of bias lights.
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