JPH0337895A - 光記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光を利用し、極めて高速なアクセスが可能
な光記憶装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、光記憶装置としては、写真技術に立脚したマイク
ロフィッシュ技術のように、情報を直接記録する方式、
あるいはフーリエ変換像である回折像をホログラムの形
で記憶する方式など各種の方式の装置が提案されている
。その中で通信や情報処理用の装置として特に注目され
るものとしては、記憶及び読み出しく再生）にレーザビ
ームを用いる光デイスク装置がある。この種の装置とし
ては、ＣＤ　　（コンパクトディスク）あるいはビデオ
ディスクなどのように民生用の装置として広く普及して
いるものから、大型計算機の大容量記憶装置として開発
段階にあるものまで種々の装置がある。その基本動作原
理は、 ■ディスク（円盤）上の特定箇所にレーザ光を照射し、
光損傷、光構造変化、磁気的転移などにより、周囲とは
反射率が異なるスポットを生じさせ、このスポットの有
無、スポットの密度などによって情報を記憶する。

■スポットが存在する　（あるいは存在すべき）箇所に
レーザ光を照射し、反射波の強度変化により情報の検出
、すなわち読み出し動作を行う。

■アドレスに対応する情報の存在する部分の走査は、デ
ィスクの回転とヘッドの半径方向への機械的走査によっ
て行われる。

■非可逆的な構造変化を伴う作用による記憶方法の場合
、読み出し専用の記憶装置となるが、磁気的転移などの
作用を用いると書換え可能な装置として利用できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来の光記憶装置においては、磁気
記憶装置に比べ、大容量、周辺回路の簡易化、非接触に
よる長寿命性など優れた特徴を有している。しかしなが
ら、上述した通り、情報のアクセスにはヘッドの機械的
動作を伴うため、極めて低速な動作しか期待できない。

すなわち、従来の光記憶装置は、２次記憶装置としては
有効であるが、半導体のキャッシュメモリに代表される
ような高速アクセスが要求される記憶装置としては到底
使用できるものではなかった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、従来
のような機械的走査を一切必要とせず、超高速アクセス
が可能な光記憶装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、光ファイバあるいは平面導波路によって構
成され、情報記憶媒体として機能する先導波路と、前記
先導波路に記憶すべき情報に対応して配置され、該先導
波路内を伝播する光信号の一部を反射する反射媒体と、
前記先導波路に極短いパルス幅の光入力パルスを導入す
る光パルス発生手段と、前記各反射媒体で反射して戻っ
てきた反射波を検出する検出手段とを具備することを特
徴としている。

〔作用〕

上記の構成によれば、情報記録媒体である光導波路に、
記憶すべき情報に応じて反射媒体を配置することによっ
て情報の書き込みが行なわれ、また情報の読み出しは、
光導波路に極短いパルス幅の光入力パルスを導入し、こ
の先導波路内の反射媒体で反射して戻ってきた反射波を
検出することによって行われる。

〔実施例〕

以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図は、この発明の第１実施例による光記憶装置の構
成を示すブロック図である。この図において、１は極短
いパルス幅の光パルスを発生する先パルス発生器、２は
情報記憶媒体である先導波路、３は記憶すべき情報に対
応して配置された反射媒体、４は方向性結合器、５は信
号検出器である。

この実施例による光記憶装置は、読み出し専用メモリと
、書換え可能メモリのいずれとしても利用することがで
きるが、ここでは、まず読み出し専用メモリとして利用
する場合の構成と動作原理について説明する。

第１図から分かるとおり、この実施例による光記憶装置
は、記憶すべき情報に対応して反射媒体３を配置した先
導波路２を有し、この先導波路２に対し、極短光パルス
を導入するための光パルス発生ｍｌを接続し、さらに光
パルス発生器１と先導波路２の間に各反射媒体３からの
反射波のみを分離出力するための方向性結合器４を設置
し、分離された反射波を信号検出器５に導入するための
先導波路２°を接続した構成となっている。

光パルス発生器ｌは、例えばモード同期型レーザ、利得
スイッチを有する半導体レーザ、あるいは光ゲートを用
いた装置などによって構成されており、極短光パルスあ
るいは超短光パルスを発生できるものであれば、どの様
なものでもよく、特に限定するものでない。

光導波路２および２°は、例えば、光ファイバ、誘電体
ガイドなどによって構成され、反射媒体３を除く部分に
おいては光パルス信号を歪なく、かつ低償失で伝播させ
ることが可能であればどの様なものでもよく、特に限定
するものではない。

反射媒体３は、原理的に先導波路２において物理的構造
あるいは電気光学的特性が、他の部分と僅かに異なるも
のであればよい。例えば、先導波路２が光ファイバの場
合、機械的な接続点や局所的な曲げなどによる応力が加
わっている部分によって、反射媒体３を実現することが
できる。また光導波路２がニオブ酸リチウムにチタンを
拡散して得られる誘電体導波路や半導体のガイドの場合
、局所的にガイドの寸法あるいは屈折率を変化させた箇
所によって、反射媒体３を実現することができる。また
反射媒体３による反射係数は特に限定するものでないが
、記憶容量を大きくとる場合、できるだけ小さい方がよ
い。

次に、上述した第１実施例による光記憶装置の動作につ
いて説明する。

■書き込み動作： 情報の書き込みは、先導波路２に等間隔して設定した複
数のアドレス位置の内のいずれかに、記憶すべき情報に
対応させて反射媒体３を配置することによって行なわれ
る。この実施例においては、先導波路２の各アドレス位
置に、記憶すべき情報の“ｌ”／°０”に対応して、反
射媒体３を設置／不設置している。

■読み出し動作。

情報の読み出しは、まず読み出しタイミングにおいて、
光パルス発生器１が極短光パルスを発生し、これと同時
にトリガ信号を出力する。この極短光パルスは方向性結
合器４を通過し先導波路２に伝播し、反射媒体３に達す
る。反射係数の小さな反射媒体３の部分では、極短光パ
ルスのエネルギの大部分はそのまま伝播するが、一部は
反射され、先導波路２の入力端側の方向性結論器４へ戻
ることになる。この際、反射媒体２の構造や伝播する光
の姿態によっては若干の波形の乱れがあるが、先導波路
２へ導入された入力パルスはほとんどその形態を保った
まま２つのパルス信号に分かれ、一つはそのまま直進し
、もう一つは反射パルス信号として逆方向に伝播するこ
とになる。前方に進行するパルスは次々と反射媒体３を
通過し、各反射媒体３で反射波を発生する。その結果、
反射されて後退する波は反射媒体３の配置状態をほぼそ
のまま反映した、すなわち位置情報を時間情報に変えた
信号列となる。この反射波は方向性結合器４において、
その伝播経路が変えられ、先導波路２°を通して信号検
出器５に導かれる。信号検出器５では、反射波の内、光
パルス発生５１からトリガ信号が供給された時点から、
所定時間Ｔ（Ｔ−τ。＋ｎτ　但し、τ。は定数、ｎは
整数、τ−２Ｌ／ｃＳＬはアドレス位置間隔、Ｃは光の
導波路内伝播速度。）が経過する毎に、光パルスが存在
するか否かを検出する。

そして、光パルスの有無が、反射媒体３の有無、すなわ
ち情報の“１”、“０”に対応しており、このような動
作によって、情報が読み出されたことになる。

このような第１実施例において、情報の読み出しに要す
る時間は、先導波路２の入力端と、この入力端から一番
遠い反射媒体３との間を光パルスが往復するのに要する
時間と略等しい。例えば、入力パルスとしてフェムトセ
カンドパルスを用いるものとし、アドレスは置間隔りを
ｌＯμ儂程度とすると、τ＝　０　、１　ｐｓ程度とな
り、記憶容量をＩＫｂとするとアクセス時間は１００ｐ
ｓ程度という高速なものとなる。

なお、上述した第１実施例においては、反射媒体３の有
無を情報に対応づけて記憶装置を構成したが、反射媒体
３での反射係数の大きさを情報に対応づけることも可能
である。この場合、反射係数は前述のように物理的な構
造変化などで調整でき、アナログ量として与えることが
でき、アナログメモリとしても活用できる。さらに、上
述した第１実施例においては、等間隔してアドレス位置
を設定して、反射媒体３を配置したが、反射媒体３の位
置そのものを情報として与えることも可能である。この
場合、パルス位置あるいはパルス位相変調した形で情報
を検出することになる。

次に、第２図はこの発明の第２実施例の構成を示す図で
あり、この図において、１３，１３．・・・は光導波路
２に等間隔に設定された各アドレス位置に各々設けられ
た電極、Ｔ　、、Ｔ　ｔ＋・・Ｔｎは各電極１３．１３
．・・・に対して記憶信号を導く入力端子、１２は接地
電極である。そして、この実施例において、先導波路２
としてはＬ　ｒ　Ｎ　ｂ　ＯｚにＴｉをドープしたもの
を用いている。また、先導波路２に等間隔に設定された
各アドレス位置の電はを局所的に変化し得るように複数
個の電極＋３．１３．・・・を、接地電極１２と交互に
なるように設けた構造となっている。

このような第２実施例においては、先導波路２の各アド
レス位置に、電界を印加することにより、局所的に電気
光学効果による屈折率変化を生じさせ、先導波路２の一
部に不連続部を形成し、この不連続部を反射媒体３とし
ている。この第２実施例では、情報の書き込みは情報の
“１”、“Ｏ”に従い電界を印加するか、しないかで行
うことができる。すなわち、屈折率は電界を印加すると
変化するが、電界を印加するのをやめると元に戻る。従
って、この第２実施例においては、書換え可能なメモリ
が実現できることになる。情報の書き込み（よ全ビット
を並列に、従って高速に書き込むことが可能になる。情
報の読み出し動作は、上述した第１実施例と全く同様に
行うことができ、高速アクセスが可能である。

なお、上述した各実施例と装置構成および基本動作がほ
ぼ同様なので詳細な説明は省略するが、半導体の先導波
路を用いても、上述した各実施例と同様な構造で、同様
の装置を実現することができる。また、半導体ガイドを
用いた場合、モノリシックに駆動回路などの周辺回路を
実現できるという利点も得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、情報記録媒体である
先導波路に、記憶すべき情報に応じて反射媒体を配置す
ることによって情報の書き込みを行い、また情報の読み
出しは、先導波路に極短いパルス幅の光入力パルスを導
入し、この先導波路内の反射媒体で反射して戻ってきた
反射波を検出することによって行うようにしたので、従
来のような機緘的走査が一切不要となり、情報の読み出
しに要する時間は、光信号が先導波路内に入射してから
、反射媒体で反射して戻ってきたことが検出されるまで
の時間、すなわち先導波路内の光の伝播遅延時間程度と
なり、極めて高速なアクセスを実現することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例のｖＡ或を示すブロック
図、第２図はこの発明の第２実施例の構成を示すブロッ
ク図である。 １・・・・・・光パルス発生器、２．２゛・・・・・・
光導波路、３・・・・・・反射媒体、　　　４・・・・
・方向性結合器、５・・・・・・信号検出器、　　　Ｉ
２・・・・・・接地電極、１３・・・・・・電極、Ｔ　
、、Ｔ　ｔ、・・・、Ｔｎ・・・・・・入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光ファイバあるいは平面導波路によって構成され、
   情報記憶媒体として機能する光導波路と、前記光導波路
   に記憶すべき情報に対応して配置され、該先導波路内を
   伝播する光信号の一部を反射する反射媒体と、前記光導
   波路に極短いパルス幅の光入力パルスを導入する光パル
   ス発生手段と、前記各反射媒体で反射して戻ってきた反
   射波を検出する検出手段とを具備することを特徴とする
   光記憶装置。 ２）前記光導波路を電気光学効果の大きな材料によって
   構成すると共に、前記光導波路には複数の電極を等間隔
   で配置し、これら各電極に電圧を印加し、前記光導波路
   の各部に局所的な屈折率の不連続部分を生じさせること
   によって前記反射媒体を構成することを特徴とする請求
   項１記載の光記憶装置。 ３）前記光導波路は量子井戸などよりなる半導体先導波
   路によって構成されていることを特徴とする請求項２記
   載の光記憶装置。