JPH07200090A - 光学情報処理システム - Google Patents
光学情報処理システムInfo
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- JPH07200090A JPH07200090A JP6289503A JP28950394A JPH07200090A JP H07200090 A JPH07200090 A JP H07200090A JP 6289503 A JP6289503 A JP 6289503A JP 28950394 A JP28950394 A JP 28950394A JP H07200090 A JPH07200090 A JP H07200090A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES
- G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
- G06N3/067—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using optical means
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ニューラル網のための光学情報処理システム
を提供する。 【構成】 複数の光学情報搬送波を個々にコード化する
コード化手段及びコード化手段に結合し複数のコード化
された情報搬送波を処理する処理手段を機能的に具え
る。この処理手段は、コード化情報搬送波の受信の際の
縦レーザーモード競合を通して受信した情報搬送波に対
応するレーザー光を生成するレーザー手段を具える。
を提供する。 【構成】 複数の光学情報搬送波を個々にコード化する
コード化手段及びコード化手段に結合し複数のコード化
された情報搬送波を処理する処理手段を機能的に具え
る。この処理手段は、コード化情報搬送波の受信の際の
縦レーザーモード競合を通して受信した情報搬送波に対
応するレーザー光を生成するレーザー手段を具える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の光学情報搬送波
を個々にコード化するコード化手段、及び、コード化手
段に結合され複数のコード化された光学情報搬送波を処
理する処理手段を機能的に具えた光学情報処理システム
に関する。
を個々にコード化するコード化手段、及び、コード化手
段に結合され複数のコード化された光学情報搬送波を処
理する処理手段を機能的に具えた光学情報処理システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】情報処理即ち計算及び伝送を行う光学情
報処理は、電子的な同種の装置に比較したときに多くの
利点を有する。第１は、光学装置においては、大きなフ
ァンイン及びファンアウトが可能で且つ本質的な並列性
と高密度の接続能力を持っているため、システムの大き
さについて実質的な不利益なしに並列Ｉ／Ｏ及び接続能
力を著しく増すことができることである。これに対して
電子計算機における電気伝導接続は、相互干渉を防ぐた
めに少なくとも最小限界距離によって隔離されなければ
ならない。
報処理は、電子的な同種の装置に比較したときに多くの
利点を有する。第１は、光学装置においては、大きなフ
ァンイン及びファンアウトが可能で且つ本質的な並列性
と高密度の接続能力を持っているため、システムの大き
さについて実質的な不利益なしに並列Ｉ／Ｏ及び接続能
力を著しく増すことができることである。これに対して
電子計算機における電気伝導接続は、相互干渉を防ぐた
めに少なくとも最小限界距離によって隔離されなければ
ならない。
【０００３】第２は、光学装置は、基本的に電子集積回
路に固有の平面構造の制約に拘束されないことである。
これにより、全て３次元における利用が可能になり、小
型なシステムを生むことになる。第３に、光学装置の動
作は、電子装置と同程度には寄生効果及びシステムの遅
延に敏感ではないことである。この機能は、電子装置に
おいてはその大きさが小さくなるにつれてその影響が飛
躍的に増大する寄生容量によって決定的になる。
路に固有の平面構造の制約に拘束されないことである。
これにより、全て３次元における利用が可能になり、小
型なシステムを生むことになる。第３に、光学装置の動
作は、電子装置と同程度には寄生効果及びシステムの遅
延に敏感ではないことである。この機能は、電子装置に
おいてはその大きさが小さくなるにつれてその影響が飛
躍的に増大する寄生容量によって決定的になる。
【０００４】従って、純粋に光学的な処理及び伝送は、
その性質から電子情報処理より高速である。特に、ピコ
秒の領域では光学処理が支配的である。これに対して、
今日の電子システムはナノ秒の領域で限界に遭遇してい
る。光学計算システムで達成できることについては、例
えば「Electronic Engineering」1990年４月号第18乃至
21頁を参照すると、スイッチ、簡単な論理ゲート及びメ
モリーセルが光学装置で実現されている。
その性質から電子情報処理より高速である。特に、ピコ
秒の領域では光学処理が支配的である。これに対して、
今日の電子システムはナノ秒の領域で限界に遭遇してい
る。光学計算システムで達成できることについては、例
えば「Electronic Engineering」1990年４月号第18乃至
21頁を参照すると、スイッチ、簡単な論理ゲート及びメ
モリーセルが光学装置で実現されている。
【０００５】光源及び放射光の光強度を制御するコード
化手段を用いた既知の光学情報処理システムの代表的な
例は、J. Ohta 等の論文「Variable Sensitivity Photo
detector for Optical Neural Networks」（Journal of
Lightwave Technology 第９巻第12号第1747−1754頁、
1991年12月）に議論されている。この従来技術は部分的
に光学的にニューラル網を実現している。
化手段を用いた既知の光学情報処理システムの代表的な
例は、J. Ohta 等の論文「Variable Sensitivity Photo
detector for Optical Neural Networks」（Journal of
Lightwave Technology 第９巻第12号第1747−1754頁、
1991年12月）に議論されている。この従来技術は部分的
に光学的にニューラル網を実現している。
【０００６】一般的に、ニューラル網は、「ニューロ
ン」と呼ばれる高い密度で相互接続された単純な処理部
による分布型の高度に並列な処理を用いて、入力表現を
出力表現上にマッピングする情報処理システムである。
ニューロンとニューロンとの間の接続点は「シナプス」
と呼ばれる。各シナプスは、ソースニューロンからデス
ティネーションニューロンへ転送される信号に対して即
応的にウェイト（シナプス係数）を付与する。
ン」と呼ばれる高い密度で相互接続された単純な処理部
による分布型の高度に並列な処理を用いて、入力表現を
出力表現上にマッピングする情報処理システムである。
ニューロンとニューロンとの間の接続点は「シナプス」
と呼ばれる。各シナプスは、ソースニューロンからデス
ティネーションニューロンへ転送される信号に対して即
応的にウェイト（シナプス係数）を付与する。
【０００７】デスティネーションニューロンは複数のソ
ースニューロンから信号を受け、出力を供給するときは
それ自身ソースニューロンとして機能する。デスティネ
ーションニューロンは、ウェイト付けされた入力信号を
総計しその総計に演算を施して出力信号を生成する。こ
の演算の演算子は一般的にはシグモイド関数、釣鐘形関
数その他非線形関数である。
ースニューロンから信号を受け、出力を供給するときは
それ自身ソースニューロンとして機能する。デスティネ
ーションニューロンは、ウェイト付けされた入力信号を
総計しその総計に演算を施して出力信号を生成する。こ
の演算の演算子は一般的にはシグモイド関数、釣鐘形関
数その他非線形関数である。
【０００８】ニューラル網のトポロジーはその用途に依
存するとしても、ニューラル網の動作は型に嵌まったも
のではない。即ち、ニューラル網の動作は予め定められ
たアルゴリズムを必要としない。その代わり、ニューラ
ル網は、一方で教育例題又は当面する実際のタスクを遂
行する間の動作データから学習しながら、即応的に情報
を処理する。ニューラル網での処理は全体的に遂行され
る。各ニューロンの単純な同時の動作とニューラル網全
体にわたる情報の分布から、全体としてそのニューラル
網の特性的な機能が形成される。
存するとしても、ニューラル網の動作は型に嵌まったも
のではない。即ち、ニューラル網の動作は予め定められ
たアルゴリズムを必要としない。その代わり、ニューラ
ル網は、一方で教育例題又は当面する実際のタスクを遂
行する間の動作データから学習しながら、即応的に情報
を処理する。ニューラル網での処理は全体的に遂行され
る。各ニューロンの単純な同時の動作とニューラル網全
体にわたる情報の分布から、全体としてそのニューラル
網の特性的な機能が形成される。
【０００９】このような組織化により、複数のニューロ
ンを全体的にし、同時に単純な規則を適用することによ
って個々のニューロンの状態を変えることができる。獲
得された処理能力は、メモリーにプログラム命令を格納
するようなことではなく、複数のニューロン間の相互接
続をコード化することにより網全体に行き渡る。この特
別なアーキテクチャは、ニューラル網を従来のプログラ
ム制御型のプロセッサより強靱で且つ本質的に欠陥耐性
を持つものにしている。ニューラル網は、代表的には、
最適化問題の解決、パターン認識の実行及び分類作業の
遂行に適している。
ンを全体的にし、同時に単純な規則を適用することによ
って個々のニューロンの状態を変えることができる。獲
得された処理能力は、メモリーにプログラム命令を格納
するようなことではなく、複数のニューロン間の相互接
続をコード化することにより網全体に行き渡る。この特
別なアーキテクチャは、ニューラル網を従来のプログラ
ム制御型のプロセッサより強靱で且つ本質的に欠陥耐性
を持つものにしている。ニューラル網は、代表的には、
最適化問題の解決、パターン認識の実行及び分類作業の
遂行に適している。
【００１０】ニューロン間の相互接続の数はシステムの
性能についての決定要素となるものであり、電子的なニ
ューラル網を実現する際に存在する相互接続の問題を解
決するために、光学技術が注目されている。しかしなが
ら、光学情報処理はニューロンへの応用に限られるもの
ではないことに注意する必要がある。例えば、「Electr
onic Engineering」1990年４月号第18及び21頁に記載さ
れているディジタル光学プロセッサを参照されたい。
性能についての決定要素となるものであり、電子的なニ
ューラル網を実現する際に存在する相互接続の問題を解
決するために、光学技術が注目されている。しかしなが
ら、光学情報処理はニューロンへの応用に限られるもの
ではないことに注意する必要がある。例えば、「Electr
onic Engineering」1990年４月号第18及び21頁に記載さ
れているディジタル光学プロセッサを参照されたい。
【００１１】前記のOhta等の論文は、複数の直線形状の
発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと、複数の光検波器
（ＰＤ）のアレイと機能的に統合された相互接続マトリ
ックスとを含むニューロチップを報告している。各光検
波器は外部から印加される電圧の制御に従って変化する
感度を有する。従ってこの感度はシナプス係数として用
いることができる。
発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと、複数の光検波器
（ＰＤ）のアレイと機能的に統合された相互接続マトリ
ックスとを含むニューロチップを報告している。各光検
波器は外部から印加される電圧の制御に従って変化する
感度を有する。従ってこの感度はシナプス係数として用
いることができる。
【００１２】Ohtaのニューラル網の動作は基本的に下記
のようなものである。ＬＥＤのアレイがｊ番目のＬＥＤ
の出力を表す成分ｖj を持つ入力ベクトルを生成する。
相互接続された光検波器ＰＤkmのｋ番目の線が総計フォ
ト電流ｕk を生じる。適当な外部電圧によって各光検波
器ＰＤkmの感度がｗkmに設定される。その結果、相互接
続された光検波器のｋ番目の線によって生成されたフォ
ト電流はｕk ＝Σ（ｗ kjｖj ）となる。このように、Ｌ
ＥＤの出力は対応する光検波器の感度を介してコード化
される。この総計フォト電流はこのようにして、ホスト
コンピュータによって用いられる非線形関数に従うディ
ジタル量に変換される。前記冒頭部分で述べたシステム
の構成部分と対応させると、ＬＥＤのアレイはコード化
手段として機能し、相互接続された光検波器及びホスト
コンピュータは一体として処理手段を構成している。
のようなものである。ＬＥＤのアレイがｊ番目のＬＥＤ
の出力を表す成分ｖj を持つ入力ベクトルを生成する。
相互接続された光検波器ＰＤkmのｋ番目の線が総計フォ
ト電流ｕk を生じる。適当な外部電圧によって各光検波
器ＰＤkmの感度がｗkmに設定される。その結果、相互接
続された光検波器のｋ番目の線によって生成されたフォ
ト電流はｕk ＝Σ（ｗ kjｖj ）となる。このように、Ｌ
ＥＤの出力は対応する光検波器の感度を介してコード化
される。この総計フォト電流はこのようにして、ホスト
コンピュータによって用いられる非線形関数に従うディ
ジタル量に変換される。前記冒頭部分で述べたシステム
の構成部分と対応させると、ＬＥＤのアレイはコード化
手段として機能し、相互接続された光検波器及びホスト
コンピュータは一体として処理手段を構成している。
【００１３】Ohtaのニューラル網は、非線形変換を遂行
するために光学部分が外部の電子計算機を必要とする混
成型の網の従来技術の代表例である。即ち、この従来技
術の光学的な側面は、基本的に光学的なクロスバーの動
作に限定されている。
するために光学部分が外部の電子計算機を必要とする混
成型の網の従来技術の代表例である。即ち、この従来技
術の光学的な側面は、基本的に光学的なクロスバーの動
作に限定されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの従来技術を超えて光学的処理能力を本質的に拡大し
且つ増強した光学情報処理システムを提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、全光学的ニューラル網を
提供することにある。
らの従来技術を超えて光学的処理能力を本質的に拡大し
且つ増強した光学情報処理システムを提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、全光学的ニューラル網を
提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、冒頭
に述べた如き光学情報処理システムにおいて、処理手段
が、コード化された情報搬送波を受信して縦方向レーザ
ーモード競合を通してレーザー光を生成する第１のレー
ザー手段を具備することを特徴とする光学情報処理シス
テムを提供する。
に述べた如き光学情報処理システムにおいて、処理手段
が、コード化された情報搬送波を受信して縦方向レーザ
ーモード競合を通してレーザー光を生成する第１のレー
ザー手段を具備することを特徴とする光学情報処理シス
テムを提供する。
【００１６】本発明は、レーザー光の光学的な注入及び
光学的なフィードバックに基づいている。レーザーは光
学的共振キャビティを具え、多数回の反射が起きるよう
になっている。このレーザーの多経路性が、ビームのコ
ヒーレンスと相まって、干渉誘導縦及び横モード構造を
生起させる。縦モードはレーザー軸に平行な面における
定在波パターンに関するものであり、一方、横モードは
レーザー軸に垂直な定在波パターンに関するものであ
る。
光学的なフィードバックに基づいている。レーザーは光
学的共振キャビティを具え、多数回の反射が起きるよう
になっている。このレーザーの多経路性が、ビームのコ
ヒーレンスと相まって、干渉誘導縦及び横モード構造を
生起させる。縦モードはレーザー軸に平行な面における
定在波パターンに関するものであり、一方、横モードは
レーザー軸に垂直な定在波パターンに関するものであ
る。
【００１７】複数のスペクトル成分からなるレーザー光
はそれらの各特定の１つが特定のキャビティモード及び
特定の周波数に対応している。このようなレーザーは
「マルチモードレーザー」と呼ばれている。レーザー光
が注入され又は供給されるとき、パワーはこれらのスペ
クトル成分全体にわたって再配分される。この再配分を
生じるメカニズムは通常「レーザーモード競合」と呼ば
れる。横モードは、空間的な、一般的には不均一な、放
射照度分布によって認識される。
はそれらの各特定の１つが特定のキャビティモード及び
特定の周波数に対応している。このようなレーザーは
「マルチモードレーザー」と呼ばれている。レーザー光
が注入され又は供給されるとき、パワーはこれらのスペ
クトル成分全体にわたって再配分される。この再配分を
生じるメカニズムは通常「レーザーモード競合」と呼ば
れる。横モードは、空間的な、一般的には不均一な、放
射照度分布によって認識される。
【００１８】レーザービームの空間的な発散は、高次の
横モードの方が低次の横モードに比べてより大きく、最
も低い横モードで得られる最小スポットにフォーカスす
ることができない。更に、高次の横モードは高い反射損
を招く。縦モードはこれらの発散によって妨害されな
い。この結果、本発明の光学情報処理では縦モードが用
いられる。
横モードの方が低次の横モードに比べてより大きく、最
も低い横モードで得られる最小スポットにフォーカスす
ることができない。更に、高次の横モードは高い反射損
を招く。縦モードはこれらの発散によって妨害されな
い。この結果、本発明の光学情報処理では縦モードが用
いられる。
【００１９】光学的なフィードバック又は光学的な注入
が行われたときには、レーザー光の縦モード及び横モー
ドが劇的に変わり得る。最終的に生じるスペクトルは、
レーザー内部でのモード競合とレーザーに供給される光
線のスペクトル全体にわたるパワーの分布とに依存す
る。一般的には、フィードバック又は注入の量が放射出
力パワーの１０-6乃至１の範囲で行われている。本発明
においては、情報処理能力を得るために、外部のフィー
ドバック又は注入に対する縦モードの強度の高い感度が
利用される。
が行われたときには、レーザー光の縦モード及び横モー
ドが劇的に変わり得る。最終的に生じるスペクトルは、
レーザー内部でのモード競合とレーザーに供給される光
線のスペクトル全体にわたるパワーの分布とに依存す
る。一般的には、フィードバック又は注入の量が放射出
力パワーの１０-6乃至１の範囲で行われている。本発明
においては、情報処理能力を得るために、外部のフィー
ドバック又は注入に対する縦モードの強度の高い感度が
利用される。
【００２０】複数のコード化された光学情報搬送波のレ
ーザーへの注入、又はコード化された光学情報搬送波、
例えばレーザーのコード化されたスペクトル成分のフィ
ードバックが、レーザーモード競合を通してコード化さ
れた情報搬送波の非線形の統合的変換を生じさせ、特定
の型のレーザー光を発生させる。「レーザーモード競
合」の表現は、主としてここで議論される。レーザーに
ついての詳細は、図を用いて下記で説明する。
ーザーへの注入、又はコード化された光学情報搬送波、
例えばレーザーのコード化されたスペクトル成分のフィ
ードバックが、レーザーモード競合を通してコード化さ
れた情報搬送波の非線形の統合的変換を生じさせ、特定
の型のレーザー光を発生させる。「レーザーモード競
合」の表現は、主としてここで議論される。レーザーに
ついての詳細は、図を用いて下記で説明する。
【００２１】本発明においては、情報搬送波のコード化
は、情報搬送波が第１のレーザー手段によって受信され
たとき、種々の搬送波のコントリビューションを相互に
相対的に調整することによって行われる。このように、
コード化された搬送波が非線形動作モード競合メカニズ
ムの結果を統合的に管理し、こうして光学情報処理が達
成される。コード化及びモード競合は、１つのレーザー
によって供給され又は処理される情報搬送波の数を実質
的に増やす道を開くものである。これにより、本発明
は、光学的並列情報処理及び並列処理の分野で特に有利
である。本発明は、システムの大きさ及び電力消費を著
しく減らし、システムの性能を著しく増すものである。
は、情報搬送波が第１のレーザー手段によって受信され
たとき、種々の搬送波のコントリビューションを相互に
相対的に調整することによって行われる。このように、
コード化された搬送波が非線形動作モード競合メカニズ
ムの結果を統合的に管理し、こうして光学情報処理が達
成される。コード化及びモード競合は、１つのレーザー
によって供給され又は処理される情報搬送波の数を実質
的に増やす道を開くものである。これにより、本発明
は、光学的並列情報処理及び並列処理の分野で特に有利
である。本発明は、システムの大きさ及び電力消費を著
しく減らし、システムの性能を著しく増すものである。
【００２２】本発明の構成は、特に光学ニューラル網装
置に関するものである。このシステムは、例えばニュー
ラル網を実現するため、第１のレーザー手段がそれ自身
複数の光学情報搬送波をコード化手段に供給するように
動作するフィードバックループを具える。これに代え
て、又はこれに加えて、このシステムが、複数の光学情
報搬送波を供給する第２のレーザー手段を具えることが
できる。これは、機能的に層構造に組織されたレーザー
構造を与える。
置に関するものである。このシステムは、例えばニュー
ラル網を実現するため、第１のレーザー手段がそれ自身
複数の光学情報搬送波をコード化手段に供給するように
動作するフィードバックループを具える。これに代え
て、又はこれに加えて、このシステムが、複数の光学情
報搬送波を供給する第２のレーザー手段を具えることが
できる。これは、機能的に層構造に組織されたレーザー
構造を与える。
【００２３】第２のレーザー手段は複数の光学情報搬送
波、例えばスペクトル成分を供給し、これはコード化後
に第１のレーザー手段に供給される。第１及び第２のレ
ーザー手段はそれぞれ少なくとも１つのレーザーを含
む。送信と受信との間の例えばスペクトル成分の各々の
強度の制御及び個々の変調であるコード化がニューラル
網で遂行されるウェイト付け動作に作用し、一方でモー
ド競合が網のニューロンのための非線形動作特性に作用
する。全てのニューラル網の動作が完全に光学的に実行
されることが分かる。
波、例えばスペクトル成分を供給し、これはコード化後
に第１のレーザー手段に供給される。第１及び第２のレ
ーザー手段はそれぞれ少なくとも１つのレーザーを含
む。送信と受信との間の例えばスペクトル成分の各々の
強度の制御及び個々の変調であるコード化がニューラル
網で遂行されるウェイト付け動作に作用し、一方でモー
ド競合が網のニューロンのための非線形動作特性に作用
する。全てのニューラル網の動作が完全に光学的に実行
されることが分かる。
【００２４】情報搬送波のコード化は種々の方法によっ
て遂行される。例えば、スペクトル成分が情報搬送波と
して用いられるならば、レーザー光の個々の成分が別個
のビームとして利用できるようにするため、レーザー光
が回折格子又はエタロンのような周波数選択装置に導か
れる。そこで、スペクトル成分は、レーザー光に注入又
はフィードバックされる前に、固定マスク又は光学ディ
スク又は液晶光バルブのアレイのような空間的に変化す
る性質を持つ強度変調手段に導かれる。
て遂行される。例えば、スペクトル成分が情報搬送波と
して用いられるならば、レーザー光の個々の成分が別個
のビームとして利用できるようにするため、レーザー光
が回折格子又はエタロンのような周波数選択装置に導か
れる。そこで、スペクトル成分は、レーザー光に注入又
はフィードバックされる前に、固定マスク又は光学ディ
スク又は液晶光バルブのアレイのような空間的に変化す
る性質を持つ強度変調手段に導かれる。
【００２５】光学情報搬送波はスペクトル成分ばかりで
なく、他の物理量によっても表すことができることに注
目すべきである。例えば、光は、個々に情報搬送波とし
て用いることができる互いに独立の複数の偏光モードか
らなると考えることができる。これらの偏光モード間の
識別は偏光子又はビームスプリッタを用いて行うことが
できる。更に、パルスレーザーシステムの場合は、レー
ザー光の特性にもう１つの自由度即ちタイミングが加わ
ることに注目すべきである。受信レーザーにスペクトル
成分が到着した時刻が、レーザーのモード競合において
重要な役割を演ずる。パルスレーザーは、特定のタイム
スロットにのみフィードバックに対する感度を有する。
パルスレーザーの一般的な情報については、欧州特許出
願EP-A-0550929を参照されたい。
なく、他の物理量によっても表すことができることに注
目すべきである。例えば、光は、個々に情報搬送波とし
て用いることができる互いに独立の複数の偏光モードか
らなると考えることができる。これらの偏光モード間の
識別は偏光子又はビームスプリッタを用いて行うことが
できる。更に、パルスレーザーシステムの場合は、レー
ザー光の特性にもう１つの自由度即ちタイミングが加わ
ることに注目すべきである。受信レーザーにスペクトル
成分が到着した時刻が、レーザーのモード競合において
重要な役割を演ずる。パルスレーザーは、特定のタイム
スロットにのみフィードバックに対する感度を有する。
パルスレーザーの一般的な情報については、欧州特許出
願EP-A-0550929を参照されたい。
【００２６】好ましくは、少なくとも第１のレーザー手
段又は第２のレーザー手段が半導体レーザーを含む。一
般的な半導体レーザーはフォトリソグラフ技術によって
製造される。一般的に、砒化ガリウム、リン化インジウ
ム又は砒化インジウムのようなIII-Ｖ族化合物又は II-
VI族とIII-Ｖ族との化合物から製造される。砒化ガリウ
ムからなるレーザーは波長 660-990ｎｍのレーザー光を
出す。リン化インジウムからなるレーザーは波長1300-1
550 ｎｍのレーザー光を出す。半導体レーザーは半導体
装置の全てに共通の利点及び便利さ、即ち小型で、使い
易く、安価で、丈夫で、量産になじむ等の利点及び便利
さを持つ。これに加えて、半導体レーザーの最も重要な
特徴の１つは、１０ＧＨｚのオーダーの直接且つ高速の
駆動電流の変化に追随する能力を具えていることであ
る。
段又は第２のレーザー手段が半導体レーザーを含む。一
般的な半導体レーザーはフォトリソグラフ技術によって
製造される。一般的に、砒化ガリウム、リン化インジウ
ム又は砒化インジウムのようなIII-Ｖ族化合物又は II-
VI族とIII-Ｖ族との化合物から製造される。砒化ガリウ
ムからなるレーザーは波長 660-990ｎｍのレーザー光を
出す。リン化インジウムからなるレーザーは波長1300-1
550 ｎｍのレーザー光を出す。半導体レーザーは半導体
装置の全てに共通の利点及び便利さ、即ち小型で、使い
易く、安価で、丈夫で、量産になじむ等の利点及び便利
さを持つ。これに加えて、半導体レーザーの最も重要な
特徴の１つは、１０ＧＨｚのオーダーの直接且つ高速の
駆動電流の変化に追随する能力を具えていることであ
る。
【００２７】第１の及び第２のレーザー手段は、それぞ
れ１又は複数の横モードを通して密接に結合している半
導体レーザーのアレイを具えていてもよい。即ち、半導
体レーザーが相互に充分に近接すると、半導体レーザー
中の横モードが隣接しているレーザー中に競合メカニズ
ムの作用を起こす。モード競合は従って追加の自由度を
含み、それにより処理の機能性が拡がる。
れ１又は複数の横モードを通して密接に結合している半
導体レーザーのアレイを具えていてもよい。即ち、半導
体レーザーが相互に充分に近接すると、半導体レーザー
中の横モードが隣接しているレーザー中に競合メカニズ
ムの作用を起こす。モード競合は従って追加の自由度を
含み、それにより処理の機能性が拡がる。
【００２８】補完するためには、A. Yariv, S. K. Kwon
g の論文「Assosiative memories based on message-be
aring optical modes in phase-conjugate resonators
」（Optics Letters, 第11巻第３号第186-188 頁，198
6年３月）が参考になる。Yariv 等は、体積透過ホログ
ラムによって起きる共振器中の歪みを補償するための位
相共役ミラーを用い、適当な横モードで振動する光学共
振器を持つシステムを開示している。その結果としての
横モードは記憶された情報の一片を表す。不完全な入力
が特別なゲインを与える場合には、レーザー発振におけ
る非線形モード競合を用いて所望のモードを創り出す。
g の論文「Assosiative memories based on message-be
aring optical modes in phase-conjugate resonators
」（Optics Letters, 第11巻第３号第186-188 頁，198
6年３月）が参考になる。Yariv 等は、体積透過ホログ
ラムによって起きる共振器中の歪みを補償するための位
相共役ミラーを用い、適当な横モードで振動する光学共
振器を持つシステムを開示している。その結果としての
横モードは記憶された情報の一片を表す。不完全な入力
が特別なゲインを与える場合には、レーザー発振におけ
る非線形モード競合を用いて所望のモードを創り出す。
【００２９】本発明と対照的に、Yariv 等は縦モードは
使用せず、ホログラムとの相互作用のために横モードを
用いている。横モードは、空間的には一般的に不均一な
放射照度分布を持つ。これは縦モードには存在しない。
Yariv 等の装置は一時に１つのシングルモードを取扱う
が、本発明のシステムは本質的に複数の異なった縦モー
ドを並列に取扱う。本発明のシステムはマルチ入力／マ
ルチ出力処理が可能であることに注意すべきである。こ
れに対してYariv 等のシステムは１つの出力のみしか具
えていない。
使用せず、ホログラムとの相互作用のために横モードを
用いている。横モードは、空間的には一般的に不均一な
放射照度分布を持つ。これは縦モードには存在しない。
Yariv 等の装置は一時に１つのシングルモードを取扱う
が、本発明のシステムは本質的に複数の異なった縦モー
ドを並列に取扱う。本発明のシステムはマルチ入力／マ
ルチ出力処理が可能であることに注意すべきである。こ
れに対してYariv 等のシステムは１つの出力のみしか具
えていない。
【００３０】次に図面を用いて実施例を説明する。全て
の図面について対応する部分には同一の符号を付してい
る。レーザー装置は、周波数、位相、方向及び偏光のよ
うなスカラー及びベクトル特性が同一であるフォトンの
ビームを生成することができる光増幅器である。レーザ
ー動作はその起源を量子力学的効果に見出すことができ
る。原子、分子又は結晶の中で、電子は適当な共振周波
数の入射フォトンによって誘導され高いエネルギー準位
から低いエネルギー準位へ遷移することができる。そし
てこの遷移はあらゆる点で入射フォトンと同一の２次フ
ォトンを生成する。このプロセスは誘導放射として知ら
れている。
の図面について対応する部分には同一の符号を付してい
る。レーザー装置は、周波数、位相、方向及び偏光のよ
うなスカラー及びベクトル特性が同一であるフォトンの
ビームを生成することができる光増幅器である。レーザ
ー動作はその起源を量子力学的効果に見出すことができ
る。原子、分子又は結晶の中で、電子は適当な共振周波
数の入射フォトンによって誘導され高いエネルギー準位
から低いエネルギー準位へ遷移することができる。そし
てこの遷移はあらゆる点で入射フォトンと同一の２次フ
ォトンを生成する。このプロセスは誘導放射として知ら
れている。
【００３１】一方、入射フォトンは電子を低い準位から
高い準位に励起することができる。この現象は吸収とし
て知られている。誘導放射が吸収を上回るためには高エ
ネルギー準位の電子の分布が低い準位の電子の分布以上
に増加しなければならない。この動作は通常「分布反
転」と呼ばれる。半導体レーザーにおけるこの分布反転
は、擬似フェルミ準位間の間隔がその半導体物質のバン
ドギャップを超えることを確実にすることによって起き
る。
高い準位に励起することができる。この現象は吸収とし
て知られている。誘導放射が吸収を上回るためには高エ
ネルギー準位の電子の分布が低い準位の電子の分布以上
に増加しなければならない。この動作は通常「分布反
転」と呼ばれる。半導体レーザーにおけるこの分布反転
は、擬似フェルミ準位間の間隔がその半導体物質のバン
ドギャップを超えることを確実にすることによって起き
る。
【００３２】通常、例えば気体又は固体のレーザー媒体
を光学的共振キャビティに封入して用い、多重反射がフ
ォトンの密度を増加させ、増幅の確率を増すようにす
る。レーザーの多重経路構成は、レーザーのスペクトル
に見られるように、ビームコヒーレンスと相まって干渉
性の縦モード構造及び横モード構造になる。共振キャビ
ティの定在波条件に合致する光のみが増幅されるので、
レーザー光は複数の分離したスペクトル成分からなり、
これは更にファブリーペローモードといわれる。それら
の中の各特定の１つは、特定の１つのキャビティモード
に対応しており、特定の周波数を持っている。このよう
なレーザーは「マルチモードレーザー」と呼ばれる。
を光学的共振キャビティに封入して用い、多重反射がフ
ォトンの密度を増加させ、増幅の確率を増すようにす
る。レーザーの多重経路構成は、レーザーのスペクトル
に見られるように、ビームコヒーレンスと相まって干渉
性の縦モード構造及び横モード構造になる。共振キャビ
ティの定在波条件に合致する光のみが増幅されるので、
レーザー光は複数の分離したスペクトル成分からなり、
これは更にファブリーペローモードといわれる。それら
の中の各特定の１つは、特定の１つのキャビティモード
に対応しており、特定の周波数を持っている。このよう
なレーザーは「マルチモードレーザー」と呼ばれる。
【００３３】図１は典型的な半導体レーザーのスペクト
ル100 を示す図である。横軸は波長をｎｍで表し、縦軸
は任意単位で強度を表している。この図は、縦モードス
ペクトルがファブリーペローモードといわれる多数のス
ペクトル成分からなることを示しているが、図では複雑
になるのを避けるため、スペクトル成分102 及び104の
みを示している。分離したスペクトルの成分の数は、レ
ーザー媒体の利得帯域幅とモード間隔によって定まる。
利得帯域幅の代表例としては半導体レーザーでは１０−
２０ｎｍであり、モード間隔の代表例としては半導体レ
ーザーでは０．３ｎｍである。本発明においては、複数
のこれらのスペクトル成分が情報搬送波として用いられ
る。
ル100 を示す図である。横軸は波長をｎｍで表し、縦軸
は任意単位で強度を表している。この図は、縦モードス
ペクトルがファブリーペローモードといわれる多数のス
ペクトル成分からなることを示しているが、図では複雑
になるのを避けるため、スペクトル成分102 及び104の
みを示している。分離したスペクトルの成分の数は、レ
ーザー媒体の利得帯域幅とモード間隔によって定まる。
利得帯域幅の代表例としては半導体レーザーでは１０−
２０ｎｍであり、モード間隔の代表例としては半導体レ
ーザーでは０．３ｎｍである。本発明においては、複数
のこれらのスペクトル成分が情報搬送波として用いられ
る。
【００３４】図２、３及び４は、本発明による光学情報
処理システムのアーキテクチャの種々の例を示す。図２
は、マルチモードレーザー202 及び複数の光学情報搬送
波206,208,..,210を個々にコード化するためのコード化
手段204 とを含む光学情報処理システム200 を示す図で
ある。各光学情報搬送波 206−210 は、例えばレーザー
202 のスペクトルで発生するような１又は複数のスペク
トル成分を含むそれぞれの光ビームである。
処理システムのアーキテクチャの種々の例を示す。図２
は、マルチモードレーザー202 及び複数の光学情報搬送
波206,208,..,210を個々にコード化するためのコード化
手段204 とを含む光学情報処理システム200 を示す図で
ある。各光学情報搬送波 206−210 は、例えばレーザー
202 のスペクトルで発生するような１又は複数のスペク
トル成分を含むそれぞれの光ビームである。
【００３５】各光学情報搬送波 206−210 の各々の１つ
は、コード化手段204 によってコード化される。コード
化手段204 は、光学情報搬送波の特性例えば光強度を選
択的に且つ個別に変調するデバイスである。レーザー20
2 は、情報搬送波 206−210がコード化手段204 を通っ
た後、その処理のための情報処理手段として動作し、処
理されレーザーモード競合を通して非線形に変換された
コード化搬送波を表すレーザー光212 を生成する。換言
すれば、コード化情報搬送波の全体としての特性がレー
ザーモード競合の結果を決定する。
は、コード化手段204 によってコード化される。コード
化手段204 は、光学情報搬送波の特性例えば光強度を選
択的に且つ個別に変調するデバイスである。レーザー20
2 は、情報搬送波 206−210がコード化手段204 を通っ
た後、その処理のための情報処理手段として動作し、処
理されレーザーモード競合を通して非線形に変換された
コード化搬送波を表すレーザー光212 を生成する。換言
すれば、コード化情報搬送波の全体としての特性がレー
ザーモード競合の結果を決定する。
【００３６】図３は、本発明の光学情報処理システム30
0 を示す図であり、図２に示した部分に加えて、後述の
ように、レーザー202 によって生成されたレーザー光の
スペクトル成分の間の識別を行うための識別手段302 が
設けられている。レーザー202 が動作し初期スペクトル
を持つレーザー光を生成するとする。すると、レーザー
202 に再供給される前に、例えば回折格子、エタロン又
は他の波長選択デバイスのような識別手段302 が、レー
ザー202 で生成されたスペクトル成分を個々にコード化
手段204 で例えばそれらの強度に基づいてコード化する
ため、情報搬送波 206−210 として使用できるようにす
る。
0 を示す図であり、図２に示した部分に加えて、後述の
ように、レーザー202 によって生成されたレーザー光の
スペクトル成分の間の識別を行うための識別手段302 が
設けられている。レーザー202 が動作し初期スペクトル
を持つレーザー光を生成するとする。すると、レーザー
202 に再供給される前に、例えば回折格子、エタロン又
は他の波長選択デバイスのような識別手段302 が、レー
ザー202 で生成されたスペクトル成分を個々にコード化
手段204 で例えばそれらの強度に基づいてコード化する
ため、情報搬送波 206−210 として使用できるようにす
る。
【００３７】フィードバックは、モード競合によるファ
ブリーペローモード間の再発生エネルギーの再分配を起
こす。モード競合及びフィードバックは、従ってレーザ
ー202 が非線形処理されたコード化情報搬送波を表すレ
ーザー光を生成する。システム300 は、後に詳細に説明
するように、全光学的なニューラル網の基本的なアーキ
テクチャを示す。
ブリーペローモード間の再発生エネルギーの再分配を起
こす。モード競合及びフィードバックは、従ってレーザ
ー202 が非線形処理されたコード化情報搬送波を表すレ
ーザー光を生成する。システム300 は、後に詳細に説明
するように、全光学的なニューラル網の基本的なアーキ
テクチャを示す。
【００３８】図４は、本発明の光学情報処理システム40
0 を示す図であり、複数の機能的に均一なモジュール40
2,404,406 及び408 を含む。これらのモジュールは階層
化された情報処理構造を形成するために協働する。個々
のモジュール 402−408 のそれぞれの１つが図２のシス
テム200 と同じである。モジュール402 はモジュール40
4−408 の出力を並列に受信し、これらの出力を図２の
システム200 と同様に処理する。
0 を示す図であり、複数の機能的に均一なモジュール40
2,404,406 及び408 を含む。これらのモジュールは階層
化された情報処理構造を形成するために協働する。個々
のモジュール 402−408 のそれぞれの１つが図２のシス
テム200 と同じである。モジュール402 はモジュール40
4−408 の出力を並列に受信し、これらの出力を図２の
システム200 と同様に処理する。
【００３９】図５は、本発明の情報処理システム500 の
ニューラル網の実施例を示す図であり、図３で説明した
システム300 のアーキテクチャを有する。ニューラル網
500の動作は、外部フィードバックによる注入レーザー
の縦モードの制御に基づいている。この方法は、波長分
光されたレーザーの縦モードをニューロンとして使用
し、外部フィードバック量を接続ウェイトとして用い
る。各縦モードの強度は外部フィードバックマスクによ
って制御される。このマスクはニューロンの接続ウェイ
トとして作用するように設計される。
ニューラル網の実施例を示す図であり、図３で説明した
システム300 のアーキテクチャを有する。ニューラル網
500の動作は、外部フィードバックによる注入レーザー
の縦モードの制御に基づいている。この方法は、波長分
光されたレーザーの縦モードをニューロンとして使用
し、外部フィードバック量を接続ウェイトとして用い
る。各縦モードの強度は外部フィードバックマスクによ
って制御される。このマスクはニューロンの接続ウェイ
トとして作用するように設計される。
【００４０】このウェイトマスクは、入力マスクと共に
各モードに対する外部フィードバック量を個々に制御
し、所望の出力パターンの組を得る。この出力パターン
は、モード競合の結果として得られる縦モード強度とし
て与えられる。各モードにおけるフォトンの数は、その
モードに対応するニューロンの活性化度を与える。シグ
モイド状のニューロンの作用のために必要とされる非線
形スレッショールド機能は、レーザー自体が具えてい
る。負の光強度は物理的に不可能であるから、ゼロレベ
ルは特別な大きさの強度を持つものとして定義される。
従って、この大きさより下の強度レベルは負のコントリ
ビューションとして取扱われ、これより上の強度レベル
は正として取扱われる。
各モードに対する外部フィードバック量を個々に制御
し、所望の出力パターンの組を得る。この出力パターン
は、モード競合の結果として得られる縦モード強度とし
て与えられる。各モードにおけるフォトンの数は、その
モードに対応するニューロンの活性化度を与える。シグ
モイド状のニューロンの作用のために必要とされる非線
形スレッショールド機能は、レーザー自体が具えてい
る。負の光強度は物理的に不可能であるから、ゼロレベ
ルは特別な大きさの強度を持つものとして定義される。
従って、この大きさより下の強度レベルは負のコントリ
ビューションとして取扱われ、これより上の強度レベル
は正として取扱われる。
【００４１】システム500 は半導体レーザー502 、例え
ば回折格子504 のような波長選択デバイス504 、第１の
ミラー506 、レンズシステム508 、入力マスク510 、ウ
ェイトマスク512 及び第２のミラー514 を含む。レーザ
ー502 は複数Ｍ個のスペクトル成分からなるレーザー光
を放射する。この各スペクトル成分それぞれがそれぞれ
のレーザー光の縦モードに対応する。このスペクトル成
分は以後ｍ＝１，２,...，Ｍと表す。
ば回折格子504 のような波長選択デバイス504 、第１の
ミラー506 、レンズシステム508 、入力マスク510 、ウ
ェイトマスク512 及び第２のミラー514 を含む。レーザ
ー502 は複数Ｍ個のスペクトル成分からなるレーザー光
を放射する。この各スペクトル成分それぞれがそれぞれ
のレーザー光の縦モードに対応する。このスペクトル成
分は以後ｍ＝１，２,...，Ｍと表す。
【００４２】概念を説明するために、このような成分の
うちの３つの成分518,520 及び522だけを図示する。ス
ペクトル成分は回折格子504 を経て分光される。第１の
ミラー506 はスペクトル成分518,520 及び522 をレンズ
システム508 に向ける。レンズシステム508 はスペクト
ル成分518,520 及び522 を適当に平行光線にする。マス
ク510 及び512 はそれぞれ光強度を変調するため部分的
に透過率を変える。好ましくは、入力マスク510 は後述
のように入力信号の制御の下で調整される。
うちの３つの成分518,520 及び522だけを図示する。ス
ペクトル成分は回折格子504 を経て分光される。第１の
ミラー506 はスペクトル成分518,520 及び522 をレンズ
システム508 に向ける。レンズシステム508 はスペクト
ル成分518,520 及び522 を適当に平行光線にする。マス
ク510 及び512 はそれぞれ光強度を変調するため部分的
に透過率を変える。好ましくは、入力マスク510 は後述
のように入力信号の制御の下で調整される。
【００４３】図６はマスク510 及び512 を更に詳細に説
明する図である。入力マスク510 は602 及び604 のよう
な透明領域と不透明領域のパターンを有する。このパタ
ーンは平行光線となったスペクトル成分の経路と交差す
る方向に均一であり、この経路を横切る方向に変化す
る。説明を簡潔にするため、以後経路と交差する方向即
ち波長が変化する方向をλ方向と呼び、経路を横切る方
向をｘ方向と呼ぶ。
明する図である。入力マスク510 は602 及び604 のよう
な透明領域と不透明領域のパターンを有する。このパタ
ーンは平行光線となったスペクトル成分の経路と交差す
る方向に均一であり、この経路を横切る方向に変化す
る。説明を簡潔にするため、以後経路と交差する方向即
ち波長が変化する方向をλ方向と呼び、経路を横切る方
向をｘ方向と呼ぶ。
【００４４】前記の領域はｘ方向に互いに隣接して配列
され、各領域ｊ＝１，２,...，Ｊは透過率ｔj ＝√Ｘj
を持つ。量Ｘj はニューラル網500 へのｊ番目の入力信
号として振る舞う。λ方向には入力信号が均一であるた
め、各スペクトル成分ｍ＝１，２,...，Ｍは全ての入力
信号Ｘ1,Ｘ2,...,ＸJ を同時に表す。入力マスク510の
透過率分布は、入力信号618 を介して制御できるように
なっている。これにより、例えば個別に制御可能なセル
（例えば、液晶光バルブ又は空間量子井戸共振器）のア
レイによってスペクトル成分の光強度を選択的に変調す
ることができる。
され、各領域ｊ＝１，２,...，Ｊは透過率ｔj ＝√Ｘj
を持つ。量Ｘj はニューラル網500 へのｊ番目の入力信
号として振る舞う。λ方向には入力信号が均一であるた
め、各スペクトル成分ｍ＝１，２,...，Ｍは全ての入力
信号Ｘ1,Ｘ2,...,ＸJ を同時に表す。入力マスク510の
透過率分布は、入力信号618 を介して制御できるように
なっている。これにより、例えば個別に制御可能なセル
（例えば、液晶光バルブ又は空間量子井戸共振器）のア
レイによってスペクトル成分の光強度を選択的に変調す
ることができる。
【００４５】ウェイトマスク512 は、606 及び608 のよ
うに例えばマトリックス状に配置され、インデックスｍ
及びｊによって識別される領域を持つ。各領域は透過率
ｔmj＝√Ｗmjを持つ。量Ｗmjはニューラル網のシナプス
係数の値として振る舞う。ニューラル網の分野ではよく
知られているように、確率的な学習過程は適切なマスク
を決めるために用いることができる。マスク512 は、そ
れを変化させることができる例えば固定されたスライド
又は液晶アレイによって実現できる。マスク510 及び51
2 が別個のデバイスとして図示されているが、原理的に
一体化することができることに注意すべきである。
うに例えばマトリックス状に配置され、インデックスｍ
及びｊによって識別される領域を持つ。各領域は透過率
ｔmj＝√Ｗmjを持つ。量Ｗmjはニューラル網のシナプス
係数の値として振る舞う。ニューラル網の分野ではよく
知られているように、確率的な学習過程は適切なマスク
を決めるために用いることができる。マスク512 は、そ
れを変化させることができる例えば固定されたスライド
又は液晶アレイによって実現できる。マスク510 及び51
2 が別個のデバイスとして図示されているが、原理的に
一体化することができることに注意すべきである。
【００４６】マスク510 及び512 を通過した後、スペク
トル成分は第２のミラー514 で反射し、同一経路をレー
ザー502 に逆行する。レーザー502 に逆行して供給され
るレーザーモードｍにおける部分パワーＲm は、量Σj
( ＷmjＸj)に比例する。光学的なフィードバックはスペ
クトル成分間の競合を誘発する。エネルギーはフィード
バックされたスペクトル成分ｍの強度に依存して再分配
され、量Σj ( ＷmjＸj)によって与えられる。ｍ番目の
モードのフォトンの数Ｐm は、この例ではレーザーにフ
ィードバックされるｍ番目のモードのパワー（強度）Ｒ
m に非線形に依存することを示すことができる。
トル成分は第２のミラー514 で反射し、同一経路をレー
ザー502 に逆行する。レーザー502 に逆行して供給され
るレーザーモードｍにおける部分パワーＲm は、量Σj
( ＷmjＸj)に比例する。光学的なフィードバックはスペ
クトル成分間の競合を誘発する。エネルギーはフィード
バックされたスペクトル成分ｍの強度に依存して再分配
され、量Σj ( ＷmjＸj)によって与えられる。ｍ番目の
モードのフォトンの数Ｐm は、この例ではレーザーにフ
ィードバックされるｍ番目のモードのパワー（強度）Ｒ
m に非線形に依存することを示すことができる。
【００４７】良い近似として、この依存性はシグモイド
関数である。レーザー自体非線形動作を行い、これがニ
ューロンの特性である。従って、レーザー502 から最終
的に現れる光524 のスペクトルは、係数Ｗmjでウェイト
付けしモードｍについて総計された入力信号Ｘj を並列
に非線形にマッピングしたものとなる。光学情報の処理
の結果として生成されたレーザー光は、例えばスペクト
ルアナライザー又は他のマスクと他の半導体レーザー
（図示していない）のような他の光学処理素子に、光52
4 として直接又は半透明ミラー526 を介して送られる。
関数である。レーザー自体非線形動作を行い、これがニ
ューロンの特性である。従って、レーザー502 から最終
的に現れる光524 のスペクトルは、係数Ｗmjでウェイト
付けしモードｍについて総計された入力信号Ｘj を並列
に非線形にマッピングしたものとなる。光学情報の処理
の結果として生成されたレーザー光は、例えばスペクト
ルアナライザー又は他のマスクと他の半導体レーザー
（図示していない）のような他の光学処理素子に、光52
4 として直接又は半透明ミラー526 を介して送られる。
【００４８】負の値の光強度は物理的に不可能である。
しかしながら、一般的なニューラル網は、システムに割
り当てられた正及び負のウェイトによって実現されるニ
ューロン間の励起の協働及び禁止の協働の両者を必要と
する。本発明においては、これは、零値のような特定の
レベルの光強度を翻訳することによって達成される。こ
の特定のレベルより下の光強度は負のコントリビューシ
ョンに対応し、この特定のレベルより上の光強度は正の
コントリビューションに対応する。これに代えて、入力
信号618 の１つが負のウェイトを考慮するためのバイア
スとして用いられることもある。
しかしながら、一般的なニューラル網は、システムに割
り当てられた正及び負のウェイトによって実現されるニ
ューロン間の励起の協働及び禁止の協働の両者を必要と
する。本発明においては、これは、零値のような特定の
レベルの光強度を翻訳することによって達成される。こ
の特定のレベルより下の光強度は負のコントリビューシ
ョンに対応し、この特定のレベルより上の光強度は正の
コントリビューションに対応する。これに代えて、入力
信号618 の１つが負のウェイトを考慮するためのバイア
スとして用いられることもある。
【００４９】マスク510 及び512 の空間的に変化する透
過率の適当な選択により、レーザー502 は１つ又は複数
の特定のスペクトル成分で同調され、前記のようなフィ
ードバックによって駆動される。従って、これらの特定
の成分は明確な強度を獲得し、そのレーザースペクトル
の中で優勢なモードとして現れる。発現する光524 の優
勢なモードは、並列に分配され且つ非線形に得られる。
従って、特定の成分はニューラル網500 による入力信号
Ｘj の処理の結果を表す。
過率の適当な選択により、レーザー502 は１つ又は複数
の特定のスペクトル成分で同調され、前記のようなフィ
ードバックによって駆動される。従って、これらの特定
の成分は明確な強度を獲得し、そのレーザースペクトル
の中で優勢なモードとして現れる。発現する光524 の優
勢なモードは、並列に分配され且つ非線形に得られる。
従って、特定の成分はニューラル網500 による入力信号
Ｘj の処理の結果を表す。
【００５０】図７は、それぞれが２つの論理値「０」及
び「１」の１つをとり得る２つの入力信号Ｉ1 及びＩ2
について、その取り扱いの簡単な例のための入力マスク
702,704,706 及び708 並びにウェイトマスク710 を説明
する図である。入力マスク702 は、入力信号Ｉ1 及びＩ
2 が両者共値０を持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク704 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2 がそれぞ
れ値１と値０とを持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク706 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2がそれぞ
れ値０と値１とを持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク708 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2 が両者共
値１を持つときのシステム500 への入力を表す。
び「１」の１つをとり得る２つの入力信号Ｉ1 及びＩ2
について、その取り扱いの簡単な例のための入力マスク
702,704,706 及び708 並びにウェイトマスク710 を説明
する図である。入力マスク702 は、入力信号Ｉ1 及びＩ
2 が両者共値０を持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク704 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2 がそれぞ
れ値１と値０とを持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク706 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2がそれぞ
れ値０と値１とを持つときのシステム500 への入力を表
す。入力マスク708 は、入力信号Ｉ1 及びＩ2 が両者共
値１を持つときのシステム500 への入力を表す。
【００５１】符号「ｂ」は、前記のように負のウェイト
を考慮するためのバイアスを表している。値「１」は領
域712 のような完全に透明な領域を示し、値「０」は領
域714 のような完全に不透明な領域を示す。
を考慮するためのバイアスを表している。値「１」は領
域712 のような完全に透明な領域を示し、値「０」は領
域714 のような完全に不透明な領域を示す。
【００５２】ウェイトマスク710 は、レーザー502 が各
１つのスペクトル成分によってそれぞれの入力マスク 7
02−708 の１つに応答するように設計される。ウェイト
マスク710 は、それぞれが特定の透過率を持つ四角形領
域の２次元アレイとも考えることができる。図で、白い
領域（例えば領域716 ）は完全に透明、グレーの領域
（例えば領域718 ）は半透明、そして黒い領域（例えば
領域720 ）は不透明である。
１つのスペクトル成分によってそれぞれの入力マスク 7
02−708 の１つに応答するように設計される。ウェイト
マスク710 は、それぞれが特定の透過率を持つ四角形領
域の２次元アレイとも考えることができる。図で、白い
領域（例えば領域716 ）は完全に透明、グレーの領域
（例えば領域718 ）は半透明、そして黒い領域（例えば
領域720 ）は不透明である。
【００５３】図８は、それぞれ入力マスク702,704,706
及び708 に対するニューラル網500の実験による出力結
果802,804,806 及び808 を示す図である。入力信号Ｉ1
及びＩ2 のそれぞれの組み合わせは、生成されたレーザ
ー光の中に他と異なる１つの優勢なスペクトル成分を明
らかに生成させている。ウェイトマスク710 における不
透明、半透明及び完全に透明な領域のもう１つの特定の
分配（図示されていない）について、ＸＯＲ演算を行う
ことができる。
及び708 に対するニューラル網500の実験による出力結
果802,804,806 及び808 を示す図である。入力信号Ｉ1
及びＩ2 のそれぞれの組み合わせは、生成されたレーザ
ー光の中に他と異なる１つの優勢なスペクトル成分を明
らかに生成させている。ウェイトマスク710 における不
透明、半透明及び完全に透明な領域のもう１つの特定の
分配（図示されていない）について、ＸＯＲ演算を行う
ことができる。
【００５４】図９は、本発明によるニューラル網900 の
第２の例を示す。ニューラル網900はマルチモード半導
体レーザー902 、半透明ミラー904 、波長選択デバイス
906、回折格子908 、空間的に変化する光学特性を有す
る光学媒体910 及び検波器912 を具えている。
第２の例を示す。ニューラル網900はマルチモード半導
体レーザー902 、半透明ミラー904 、波長選択デバイス
906、回折格子908 、空間的に変化する光学特性を有す
る光学媒体910 及び検波器912 を具えている。
【００５５】レーザー902 は複数のスペクトル成分から
なるレーザービームを半透明ミラー904 に向けて放射す
る。ミラー904 はビームを部分的に波長選択デバイス90
6 の方向に反射する。ミラー904 及びデバイス906 は波
長選択的光学フィードバック経路を形成する。レーザー
902 への光学波長選択的フィードバックは、レーザーの
スペクトル成分間のエネルギー再配置が優勢モードを持
つスペクトルを発生させる基になる。レーザー動作に関
する光学的フィードバック及びその結果についての更に
詳細な議論は前記のとおりである。優勢モードの数は１
つでも複数でもよい。複数の場合、よく知られているよ
うに、エタロン、回折格子又は外部共振器の直列配置を
用いることによって優勢モードの数を増すことができ
る。
なるレーザービームを半透明ミラー904 に向けて放射す
る。ミラー904 はビームを部分的に波長選択デバイス90
6 の方向に反射する。ミラー904 及びデバイス906 は波
長選択的光学フィードバック経路を形成する。レーザー
902 への光学波長選択的フィードバックは、レーザーの
スペクトル成分間のエネルギー再配置が優勢モードを持
つスペクトルを発生させる基になる。レーザー動作に関
する光学的フィードバック及びその結果についての更に
詳細な議論は前記のとおりである。優勢モードの数は１
つでも複数でもよい。複数の場合、よく知られているよ
うに、エタロン、回折格子又は外部共振器の直列配置を
用いることによって優勢モードの数を増すことができ
る。
【００５６】波長選択的フィードバックの結果として、
半導体レーザー902 は回折格子908を経て空間的に分光
された特定のスペクトルを放射する。それに続いて分光
されたスペクトル成分は空間的に変化する光学特性を有
する光学媒体910 と相互に作用する。光学媒体910 はニ
ューラル網のウェイト付け機能を遂行させるために用い
られる。光学媒体910 は例えば空間的に反射率が変化す
る通常のコンパクトディスク（ＣＤ）のような光学ディ
スクである。
半導体レーザー902 は回折格子908を経て空間的に分光
された特定のスペクトルを放射する。それに続いて分光
されたスペクトル成分は空間的に変化する光学特性を有
する光学媒体910 と相互に作用する。光学媒体910 はニ
ューラル網のウェイト付け機能を遂行させるために用い
られる。光学媒体910 は例えば空間的に反射率が変化す
る通常のコンパクトディスク（ＣＤ）のような光学ディ
スクである。
【００５７】更に、位置依存の反射率はレーザー902 へ
の選択的なフィードバックを生じさせる。最近の技術に
おいては、光学ディスクの表面の１ｍｍ2 当たり１０6
個の個別位置があり、各位置が複数ビットを含むので１
０3 個のスペクトル成分について１０6 個のウェイトを
記憶することができる。通常のＣＤは予め成型される。
ウェイトを調整するためには、相変化材料又は磁気光学
材料を用いればよい。相変化材料の反射率は、材料に特
定の（レーザー）光パルスを当てることによって変わ
る。光の強度及びパルスの長さが得られる反射率を決定
する。
の選択的なフィードバックを生じさせる。最近の技術に
おいては、光学ディスクの表面の１ｍｍ2 当たり１０6
個の個別位置があり、各位置が複数ビットを含むので１
０3 個のスペクトル成分について１０6 個のウェイトを
記憶することができる。通常のＣＤは予め成型される。
ウェイトを調整するためには、相変化材料又は磁気光学
材料を用いればよい。相変化材料の反射率は、材料に特
定の（レーザー）光パルスを当てることによって変わ
る。光の強度及びパルスの長さが得られる反射率を決定
する。
【００５８】検波器アレイ912 は、他のスペクトル成分
各々について個々に放射されたレーザー光を検知し、ニ
ューラル網900 に出力する。検波器アレイ912 は例えば
電子回路によって制御される複数の光検波器からなる。
これに代えて、検波器アレイ912 は、１又は複数の光検
波器の役割を担う１或いは複数の他の半導体レーザーを
含んでもよい。後者の場合、光学的な注入が情報処理を
実行する。その場合、レーザースペクトルは、前記で述
べた光学フィードバックにおいて行われると同様に変化
する。
各々について個々に放射されたレーザー光を検知し、ニ
ューラル網900 に出力する。検波器アレイ912 は例えば
電子回路によって制御される複数の光検波器からなる。
これに代えて、検波器アレイ912 は、１又は複数の光検
波器の役割を担う１或いは複数の他の半導体レーザーを
含んでもよい。後者の場合、光学的な注入が情報処理を
実行する。その場合、レーザースペクトルは、前記で述
べた光学フィードバックにおいて行われると同様に変化
する。
【００５９】以上の本発明によるシステムの機能の多く
は、集積回路の製造から知られているフォトリソグフィ
の技術を用いて物理的に相互に統合することができる。
例えば、半導体レーザーと回折格子を半導体基板に集積
することは知られている。このような構成は、通常分布
型ブラッグ反射器と呼ばれている。他の例として酸窒化
物の導波路がフォトリソグフィの技術を用いて製造する
ことができる。
は、集積回路の製造から知られているフォトリソグフィ
の技術を用いて物理的に相互に統合することができる。
例えば、半導体レーザーと回折格子を半導体基板に集積
することは知られている。このような構成は、通常分布
型ブラッグ反射器と呼ばれている。他の例として酸窒化
物の導波路がフォトリソグフィの技術を用いて製造する
ことができる。
【図１】図１は、半導体レーザーのスペクトルの例を示
す図である。
す図である。
【図２】図２は、本発明のシステムの動作の要点を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図３】図３は、本発明のシステムの動作の要点を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図４】図４は、本発明のシステムの動作の要点を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図５】図５は、本発明によるニューラル網の第１の詳
細例を説明する図である。
細例を説明する図である。
【図６】図６は、本発明によるニューラル網の第１の詳
細例を説明する図である。
細例を説明する図である。
【図７】図７は、本発明によるニューラル網の第１の詳
細例を説明する図である。
細例を説明する図である。
【図８】図８は、本発明によるニューラル網の第１の詳
細例を説明する図である。
細例を説明する図である。
【図９】図９は、本発明によるニューラル網の第２の詳
細例を説明する図である。
細例を説明する図である。
100 典型的な半導体レーザーのスペクトル 102,104 スペクトル成分 200 光学情報処理システム 202 マルチモードレーザー 204 コード化手段 206,208,210 光学情報搬送波 300 光学情報処理システム 302 識別手段 400 光学情報処理システム 402,404,406,408 モジュール 500 情報処理システム（ニューラル網） 502 半導体レーザー 504 波長選択デバイス（回折格子） 506 第１のミラー 508 レンズシステム 510 入力マスク 512 ウェイトマスク 514 第２のミラー 518,520,522 スペクトル成分 524 光 526 半透明ミラー 602 透明領域 604 不透明領域 606,608 識別領域 618 入力信号 702,704,706,708 入力マスク 710 ウェイトマスク 712,716 完全に透明な領域 714,720 不透明な領域 718 半透明な領域 802,804,806,808 実験による出力結果 900 ニューラル網 902 マルチモード半導体レーザー 904 半透明ミラー 906 波長選択デバイス 908 回折格子 910 空間的に変化する光学特性を有する光学媒体 912 検波器 Ｉ1,Ｉ2 入力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セル ブライアン コーラック オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １ (72)発明者 ヨハネス ヨゼフ フベルチナ バルバラ スヘライペン オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １
Claims (12)
- 【請求項１】 複数の光学情報搬送波を個々にコード化
するコード化手段、及び、コード化手段に結合され複数
のコード化された光学情報搬送波を処理する処理手段を
機能的に具えた光学情報処理システムにおいて、 該処理手段が、コード化された情報搬送波を受信して縦
方向レーザーモード競合を通してレーザー光を生成する
第１のレーザー手段を具備することを特徴とする光学情
報処理システム。 - 【請求項２】 第１のレーザー手段が複数の光学情報搬
送波をコード化手段に供給するフィードバックループを
具備することを特徴とする請求項１に記載の光学情報処
理システム。 - 【請求項３】 複数の光学情報搬送波を供給する第２の
レーザー手段を具備することを特徴とする請求項１に記
載の光学情報処理システム。 - 【請求項４】 第１のレーザー手段が、１つの半導体レ
ーザー又は横方向レーザーモードを通して光学的に結合
した複数の半導体レーザーを含むことを特徴とする請求
項１に記載の光学情報処理システム。 - 【請求項５】 第２のレーザー手段が、１つの半導体レ
ーザー又は横方向レーザーモードを通して光学的に結合
した複数の半導体レーザーを含むことを特徴とする請求
項３に記載の光学情報処理システム。 - 【請求項６】 光学情報搬送波の各々が、第１のレーザ
ー手段の縦方向モードスペクトルにおけるそれぞれのス
ペクトル成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の
光学情報処理システム。 - 【請求項７】 コード化手段が、それぞれの搬送波のそ
れぞれの光の強度を制御することによって複数の光学情
報搬送波をコード化することを特徴とする請求項１に記
載の光学情報処理システム。 - 【請求項８】 コード化手段が、入力信号を通して個々
に制御し得る光強度変調セルのアレイか固定マスクかい
ずれかのうち少なくとも１つを具備することを特徴とす
る請求項７に記載の光学情報処理システム。 - 【請求項９】 固定マスクが光学ディスクを含むことを
特徴とする請求項８に記載の光学情報処理システム。 - 【請求項１０】 第１のレーザー手段がパルスレーザー
装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学情報
処理システム。 - 【請求項１１】 少なくとも第１のレーザー手段又は第
２のレーザー手段がパルスレーザー装置を含むことを特
徴とする請求項３に記載の光学情報処理システム。 - 【請求項１２】 コード化手段及び処理手段が互いに物
理的に統合されていることを特徴とする請求項１に記載
の光学情報処理システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP93203308 | 1993-11-26 | ||
| NL93203308:7 | 1993-11-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07200090A true JPH07200090A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=8214186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289503A Pending JPH07200090A (ja) | 1993-11-26 | 1994-11-24 | 光学情報処理システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5701396A (ja) |
| JP (1) | JPH07200090A (ja) |
| KR (1) | KR950015117A (ja) |
| DE (1) | DE69428495T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6856733B2 (en) * | 2001-12-07 | 2005-02-15 | Intel Corporation | 1xN fanout waveguide photodetector |
| US7204647B2 (en) * | 2002-03-01 | 2007-04-17 | Ohm David R | Monitoring a semiconductor laser utilizing an incorporated beam splitter device |
| US20050280887A1 (en) * | 2004-06-02 | 2005-12-22 | Betin Alexander A | Outcoupler with bragg grating and system and method using same |
| CN103309074B (zh) * | 2013-05-24 | 2016-02-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种pdlc液晶面板的制备方法 |
| US11973306B2 (en) | 2019-11-13 | 2024-04-30 | President And Fellows Of Harvard College | Widely tunable compact terahertz gas lasers |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3858031A (en) * | 1973-02-16 | 1974-12-31 | Bliss & Laughlin Ind | Credit card having clear middle layer encoded by discrete opaque areas and system for decoding same by laser beam |
| US4088964A (en) * | 1975-01-22 | 1978-05-09 | Clow Richard G | Multi-mode threshold laser |
| US4926367A (en) * | 1986-09-26 | 1990-05-15 | Raymond Arrathoon | Method and apparatus for programmable optical crossbar logic array with decoders |
| US5040135A (en) * | 1987-08-31 | 1991-08-13 | Environmental Research Institute Of Michigan | Method of fringe-freezing of images in hybrid-optical interferometric processors |
| US5129058A (en) * | 1988-07-06 | 1992-07-07 | Ricoh Company, Ltd. | Parallel optical image processing system |
| US5319629A (en) * | 1988-08-25 | 1994-06-07 | Sparta, Inc. | Content addressable optical data storage system |
| US5191574A (en) * | 1988-08-25 | 1993-03-02 | Sparta Systems, Inc. | Optical memory method and apparatus utilizing frequency channeling and Stark effect |
| GB2225482B (en) * | 1988-11-23 | 1992-10-14 | Stc Plc | Multichannel cavity laser |
| GB9024332D0 (en) * | 1990-11-08 | 1990-12-19 | British Telecomm | Method of training a neural network |
| US5040182A (en) * | 1990-04-24 | 1991-08-13 | Coherent, Inc. | Mode-locked laser |
| DE69132273D1 (de) * | 1990-10-10 | 2000-08-03 | Univ Maryland | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von lebensdauer von fluoreszenz in der durchflusscytometrie |
| ATE150573T1 (de) * | 1991-12-30 | 1997-04-15 | Philips Electronics Nv | Optische einrichtung und mit einer solchen optischen einrichtung versehenes gerät zum abtasten einer informationsebene |
| US5544280A (en) * | 1993-06-07 | 1996-08-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Unipolar terminal-attractor based neural associative memory with adaptive threshold |
-
1994
- 1994-11-22 DE DE69428495T patent/DE69428495T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-23 US US08/345,023 patent/US5701396A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-24 JP JP6289503A patent/JPH07200090A/ja active Pending
- 1994-11-25 KR KR1019940031146A patent/KR950015117A/ko not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950015117A (ko) | 1995-06-16 |
| US5701396A (en) | 1997-12-23 |
| DE69428495D1 (de) | 2001-11-08 |
| DE69428495T2 (de) | 2002-04-11 |
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