JPH0776821B2 - 光ｄフリップフロップ回路 - Google Patents
光ｄフリップフロップ回路Info
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- JPH0776821B2 JPH0776821B2 JP1183059A JP18305989A JPH0776821B2 JP H0776821 B2 JPH0776821 B2 JP H0776821B2 JP 1183059 A JP1183059 A JP 1183059A JP 18305989 A JP18305989 A JP 18305989A JP H0776821 B2 JPH0776821 B2 JP H0776821B2
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- Optical Communication System (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信システム，光情報処理システム，光変
換システムあるいは光コンピュータ等に使用する光ディ
ジタル論理回路の中の光Ｄフリップフロップ回路に関す
るものである。
換システムあるいは光コンピュータ等に使用する光ディ
ジタル論理回路の中の光Ｄフリップフロップ回路に関す
るものである。
近年、光ファイバ技術，光半導体技術の発達により、基
幹伝送を目的とする長距離光通信システムや分散処理装
置間を高効率に接続する光LANシステムが実用化されて
いる。
幹伝送を目的とする長距離光通信システムや分散処理装
置間を高効率に接続する光LANシステムが実用化されて
いる。
これらのシステムにおいて、光技術は、主に機能装置間
の接続手段として使われ、機能は、専らLSIを中心とす
る電子回路技術に負うところが大である。
の接続手段として使われ、機能は、専らLSIを中心とす
る電子回路技術に負うところが大である。
近年来の高度情報化社会の到来を反映して、処理する情
報の多様化、大容量化がますます進むにつれて、その処
理速度の超高速化，処理の複雑化が要求されてきてい
る。
報の多様化、大容量化がますます進むにつれて、その処
理速度の超高速化，処理の複雑化が要求されてきてい
る。
これらの要求に対処するためには、光技術を接続手段と
してのみでなく、論理処理手段として使う必要が生じて
きている。
してのみでなく、論理処理手段として使う必要が生じて
きている。
すなわち、伝送されて来た光ディジタル信号を、光のま
までディジタル演算処理を行い、その処理結果を光で出
力し他装置へ伝送できる、光の高速性，広帯域性，無誘
導性等の特徴を十分に生かした光処理装置（光情報処理
システム，光交換システム等）が不可欠となる。
までディジタル演算処理を行い、その処理結果を光で出
力し他装置へ伝送できる、光の高速性，広帯域性，無誘
導性等の特徴を十分に生かした光処理装置（光情報処理
システム，光交換システム等）が不可欠となる。
この種の装置実現には、一般の電気論理回路で用いられ
ているのと同様な光論理機能ブロック、例えば、光ゲー
ト（INVERTOR,OR,AND.EXOR等）や光フリップフロップ回
路，光シフトレジスタ回路，光カウンタ等が構成されな
ければならない。特に、光Ｄフリップフロップ回路は、
光シフトレジスタ回路や光カウンタ等を構成する重要な
基本機能ブロックであり、従来は、光回路と電気回路と
を混成した回路で構成されている。すなわち、光ディジ
タルデータを受光素子で受光し、光−電気変換し、電気
回路を介して、発光素子を駆動し、クロックに同期した
出力光ディジタルデータを得ている。
ているのと同様な光論理機能ブロック、例えば、光ゲー
ト（INVERTOR,OR,AND.EXOR等）や光フリップフロップ回
路，光シフトレジスタ回路，光カウンタ等が構成されな
ければならない。特に、光Ｄフリップフロップ回路は、
光シフトレジスタ回路や光カウンタ等を構成する重要な
基本機能ブロックであり、従来は、光回路と電気回路と
を混成した回路で構成されている。すなわち、光ディジ
タルデータを受光素子で受光し、光−電気変換し、電気
回路を介して、発光素子を駆動し、クロックに同期した
出力光ディジタルデータを得ている。
具体的には、第９図に示す光Ｄフリップフロップ回路が
文献“アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カ
ンタム・エレクトロニクス,21巻,4号,1985年,303頁（IE
EE Journal of Quantum Electrcnics,Vol.QE−21,No.4,
April,1985）”に発表されている。
文献“アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カ
ンタム・エレクトロニクス,21巻,4号,1985年,303頁（IE
EE Journal of Quantum Electrcnics,Vol.QE−21,No.4,
April,1985）”に発表されている。
この光Ｄフリップフロップ回路では、光ディジタルLDは
受光器PDで受光され、電気信号に変換される。この電気
信号は電気スイッチOSでクロックCPによりクロッキング
され、更に、電気増幅器Ａで増幅され、半導体レーザＬ
を駆動する。これにより、半導体レーザＬの出力には、
クロックCPに同期した出力光ディジタルデータＱが得ら
れる。
受光器PDで受光され、電気信号に変換される。この電気
信号は電気スイッチOSでクロックCPによりクロッキング
され、更に、電気増幅器Ａで増幅され、半導体レーザＬ
を駆動する。これにより、半導体レーザＬの出力には、
クロックCPに同期した出力光ディジタルデータＱが得ら
れる。
第10図（ａ）には、第９図のＤフリップフロップ回路の
シンボルを、第10図（ｂ）にはその論理真理値を示す。
シンボルを、第10図（ｂ）にはその論理真理値を示す。
以上の構成では、電気回路を介して、光ディジタルデー
タを処理しているので、その特性が電気回路の特性に左
右される。すなわち、電気回路を構成する際での浮遊イ
ンダクタンスや浮遊静電容量が帯域を劣化させ、光信号
の高速性，広帯域性を阻害する。従って、従来の光Ｄフ
リップフロップ回路を使って、広帯域性，高速性を重視
する光処理装置を実現することは困難である。
タを処理しているので、その特性が電気回路の特性に左
右される。すなわち、電気回路を構成する際での浮遊イ
ンダクタンスや浮遊静電容量が帯域を劣化させ、光信号
の高速性，広帯域性を阻害する。従って、従来の光Ｄフ
リップフロップ回路を使って、広帯域性，高速性を重視
する光処理装置を実現することは困難である。
本発明の目的は、電気回路を介さない全光型で、しかも
小型で、集積化に適した光Ｄフリップロップ回路を提供
することにある。
小型で、集積化に適した光Ｄフリップロップ回路を提供
することにある。
本発明の光Ｄフリップフロップ回路は、光ディジタルデ
ータを第１入力端子に印加し光クロックを第２入力端子
に印加することで出力端子には光ディジタルデータで変
調された変調光クロックを発生させる光非線形方向性結
合器と、Ｙ形分岐導波路の分岐接続部の一方の接続部に
光強度依存性屈折率部を有する構造をもつ光双安定素子
とを備え、前記変調光クロックで前記光双安定素子を励
起するように前記光非線形方向性結合器と前記光双安定
素子とを継続接続して成る構成である。
ータを第１入力端子に印加し光クロックを第２入力端子
に印加することで出力端子には光ディジタルデータで変
調された変調光クロックを発生させる光非線形方向性結
合器と、Ｙ形分岐導波路の分岐接続部の一方の接続部に
光強度依存性屈折率部を有する構造をもつ光双安定素子
とを備え、前記変調光クロックで前記光双安定素子を励
起するように前記光非線形方向性結合器と前記光双安定
素子とを継続接続して成る構成である。
次に、本発明について、図面を参照して説明する。
第１図は本発明の実施例を示す光Ｄフリップフロップ回
路であり、光非線形方向性結合器８と光双安定素子13と
の縦続接続で構成されている。光Ｄフリップフロップ回
路全体の論理動作を説明する前に、各素子の動作を説明
する。
路であり、光非線形方向性結合器８と光双安定素子13と
の縦続接続で構成されている。光Ｄフリップフロップ回
路全体の論理動作を説明する前に、各素子の動作を説明
する。
まず、第１図の光双安定素子13について説明する。
光導波路３は、Ｙ形分岐光導波路14を介して出力光導波
路52と53とに分割される。Ｙ形分岐光導波路14は、屈折
率NPが光強度依存性を有するプリズム部15と屈折率NCO
が光強度に無依存の光導波路16とで構成されている。こ
こで、前記光導波路3,52及び53の各コアの屈折率は光導
波路16の屈折率NCOと同値に選ばれている。
路52と53とに分割される。Ｙ形分岐光導波路14は、屈折
率NPが光強度依存性を有するプリズム部15と屈折率NCO
が光強度に無依存の光導波路16とで構成されている。こ
こで、前記光導波路3,52及び53の各コアの屈折率は光導
波路16の屈折率NCOと同値に選ばれている。
これらの光導波路は半導体光導波路で実現される。
即ち、GaAs基板10上に液晶GaAsをウェル層とし、液晶Al
XGa1-XAsをバリア層とした多重量子井戸構造半導体15A
を形成してプリズム部15を構成する。更にGaAs基板10上
に液晶AlyGa1-YAs11を成長させ、フォトリソグラフィに
よりパターン化してＹ形分岐導波路14を形成する。
XGa1-XAsをバリア層とした多重量子井戸構造半導体15A
を形成してプリズム部15を構成する。更にGaAs基板10上
に液晶AlyGa1-YAs11を成長させ、フォトリソグラフィに
よりパターン化してＹ形分岐導波路14を形成する。
プリズム部15を形成する多重量子井戸構造半導体15Aの
屈折率NPは、文献アプライド・フィジクス・レターズ,4
1（８）,10月号,1982,679頁（Applied Physics Letter
s,41（８）,15 October,1982）に延べられているよう
に、その励起子波長近辺において、顕著な光強度依存性
を有する。
屈折率NPは、文献アプライド・フィジクス・レターズ,4
1（８）,10月号,1982,679頁（Applied Physics Letter
s,41（８）,15 October,1982）に延べられているよう
に、その励起子波長近辺において、顕著な光強度依存性
を有する。
すなわち、屈折率NPは、下式で示され、 NP＝N1−N2・Pin 光入力Pinに依存しない屈折率N1と光入力Pinに依存する
屈折率N2・Pinの差になる。
屈折率N2・Pinの差になる。
多重量子井戸構造半導体の屈折率係数N2は、例えば従来
のバルクGaAsに比べて、２桁程大きいので比較的低光強
度で屈折率NPに大きな変化を与えることができる。
のバルクGaAsに比べて、２桁程大きいので比較的低光強
度で屈折率NPに大きな変化を与えることができる。
一方、光導波路3,52,53及び16を形成する混晶AlyGa1-YA
S11の屈折率NCOは、その混晶比ｙを適切に選ぶことによ
り、比較的大きな自由度で決定できる。
S11の屈折率NCOは、その混晶比ｙを適切に選ぶことによ
り、比較的大きな自由度で決定できる。
したがって、プリズム部15の屈折率NPと光導波路16の屈
折率NCOとの関係に第４図に示すような関係をもたせる
ことは容易である。
折率NCOとの関係に第４図に示すような関係をもたせる
ことは容易である。
すなわち、屈折率NCOを光入力PiNがないときの屈折率N1
より小さく、また閾値Pth2以上の光入力Pinでは、プリ
ズムの屈折率NPより大きく設定することができる。した
がって、Ｙ形分岐光導波路14の断面AA′の屈折率分布は
光入力Pinが闘値Pth2以下では第５図（ａ）の特性図の
ようになり、光入力Pinが閾値Pth2以上では第５図
（ｂ）の特性図のようになる。
より小さく、また閾値Pth2以上の光入力Pinでは、プリ
ズムの屈折率NPより大きく設定することができる。した
がって、Ｙ形分岐光導波路14の断面AA′の屈折率分布は
光入力Pinが闘値Pth2以下では第５図（ａ）の特性図の
ようになり、光入力Pinが閾値Pth2以上では第５図
（ｂ）の特性図のようになる。
このような特性をもつＹ形分岐導波路14に、光入力Pin
を印加する。光入力Pinが零から閾値Pth2に増加する間
では、第５図（ａ）に示すようにプリズム部15の屈折率
NPは光導波路16の屈折率NCOより大きいので、光はプリ
ズム部15の方に導波され、出力光導波路53には光入力Pi
nに比例した光出力Ｑが第６図（ａ）の特性図に示され
るように出力される（点21から点22まで）。一方、出力
光導波路52には光はほとんど導波されず、第６図（ｂ）
の特性図に示すように光出力は低い値PLをとりつづけ
る（点31から点32まで）。光入力Pinが更に増大し、光
入力Pinが閾値Pth2を越えると第５図（ｂ）の特性図に
示すように逆に光導波路16の屈折率NCOがプリズム部15
の屈折率NPより大きくなるので、光は光導波路16の方に
導波され、プリズム部15の方にはほとんど導波されなく
なる。
を印加する。光入力Pinが零から閾値Pth2に増加する間
では、第５図（ａ）に示すようにプリズム部15の屈折率
NPは光導波路16の屈折率NCOより大きいので、光はプリ
ズム部15の方に導波され、出力光導波路53には光入力Pi
nに比例した光出力Ｑが第６図（ａ）の特性図に示され
るように出力される（点21から点22まで）。一方、出力
光導波路52には光はほとんど導波されず、第６図（ｂ）
の特性図に示すように光出力は低い値PLをとりつづけ
る（点31から点32まで）。光入力Pinが更に増大し、光
入力Pinが閾値Pth2を越えると第５図（ｂ）の特性図に
示すように逆に光導波路16の屈折率NCOがプリズム部15
の屈折率NPより大きくなるので、光は光導波路16の方に
導波され、プリズム部15の方にはほとんど導波されなく
なる。
よって、出力光導波路53の光出力Ｑは、第６図（ａ）の
特性図に示すように急激に減少し（点22から点23に）、
一方出力光導波路52の光出力は第６図（ｂ）特性図に
示すように急激に増大する（点32から点33に）。光入力
Pinが更に増大するとプリズム部15の屈折率NPは光導波
路16の屈折率よりますます小さくなり、光は光導波路16
へ完全に導波され、その結果光出力Ｑは零に漸近（点23
から点24に）し、一方光出力は高い値PHを保つ（点33
から点34に）。
特性図に示すように急激に減少し（点22から点23に）、
一方出力光導波路52の光出力は第６図（ｂ）特性図に
示すように急激に増大する（点32から点33に）。光入力
Pinが更に増大するとプリズム部15の屈折率NPは光導波
路16の屈折率よりますます小さくなり、光は光導波路16
へ完全に導波され、その結果光出力Ｑは零に漸近（点23
から点24に）し、一方光出力は高い値PHを保つ（点33
から点34に）。
このような状態から光入力Pinが逆に減少し、光導波路1
6の屈折率NCOがプリズム部15の屈折率NPより大きい値を
保っている間では、光出力は高い値PHを保ち（点34か
ら点35まで）、光出力Ｑは低い値PLを保つ（点24から点
25まで）。
6の屈折率NCOがプリズム部15の屈折率NPより大きい値を
保っている間では、光出力は高い値PHを保ち（点34か
ら点35まで）、光出力Ｑは低い値PLを保つ（点24から点
25まで）。
光入力Pinが更に減少し、閾値Pth1（閾値Pth2とは異な
る）以下になり、逆に屈折率NCOが屈折率NPより小さく
なると光はプリズム部15の方へ急激に導波される。よっ
て、光出力は低い値PL（点35から点36に）を、光出力
Ｑは高い値PH（点25から点26に）を急激にとる。
る）以下になり、逆に屈折率NCOが屈折率NPより小さく
なると光はプリズム部15の方へ急激に導波される。よっ
て、光出力は低い値PL（点35から点36に）を、光出力
Ｑは高い値PH（点25から点26に）を急激にとる。
このとき、第６図（ａ），（ｂ）の特性図に示すように
光入力Pin増加時の履歴（光出力では履歴30,光出力Ｑ
では履歴20）と減少時の履歴（光出力では履歴37,光
出力Ｑでは履歴27）は異なる履歴をとるが、これは次の
ように説明される。
光入力Pin増加時の履歴（光出力では履歴30,光出力Ｑ
では履歴20）と減少時の履歴（光出力では履歴37,光
出力Ｑでは履歴27）は異なる履歴をとるが、これは次の
ように説明される。
第１図において、プリズム部15と光導波路16の境界17は
非線形インタフェイスと定義できる。非線形インタフェ
イスとは、文献ソビエト・フィジックス ジェイ・イ・
ティ・ピ56（２）,8月,1982,299頁（Soviet Phusics JE
TP,56（２）,August,1982）に延べられているように、
光強度依存性屈折率を有する媒体（第１図においてはプ
リズム部15）と光強度に無依存の屈折率を有する媒体
（第１図においては光導波路16）との境界である。非線
形インタフェイスでは、前記文献で論理的に照明されて
いるように、光入力増加時と減少時では屈折率変化状態
が異なり、閾値Pth1は閾値Pth2より低い値となる。した
がって、第６図（ａ）及び（ｂ）の特性図に示すように
光入力Pinの増加時と減少時では異なる履歴を示すこと
になる。
非線形インタフェイスと定義できる。非線形インタフェ
イスとは、文献ソビエト・フィジックス ジェイ・イ・
ティ・ピ56（２）,8月,1982,299頁（Soviet Phusics JE
TP,56（２）,August,1982）に延べられているように、
光強度依存性屈折率を有する媒体（第１図においてはプ
リズム部15）と光強度に無依存の屈折率を有する媒体
（第１図においては光導波路16）との境界である。非線
形インタフェイスでは、前記文献で論理的に照明されて
いるように、光入力増加時と減少時では屈折率変化状態
が異なり、閾値Pth1は閾値Pth2より低い値となる。した
がって、第６図（ａ）及び（ｂ）の特性図に示すように
光入力Pinの増加時と減少時では異なる履歴を示すこと
になる。
更に、光入力Pinが閾値Pth1から零に近付くにつれ、光
出力Ｑは高い値PHから比例して減少し、光出力は低い
値PLを保ちつつ、各々原点21及び31に戻る。
出力Ｑは高い値PHから比例して減少し、光出力は低い
値PLを保ちつつ、各々原点21及び31に戻る。
結局、光出力Ｑとは互いに相補の関係にあり、光出力
には肯定型出力が、光出力Ｑには否定型出力が得られ
る。
には肯定型出力が、光出力Ｑには否定型出力が得られ
る。
したがって、この構成の双安定素子13では、否定型光双
安定特性と肯定型光双安定特性を同時に得ることができ
る。
安定特性と肯定型光双安定特性を同時に得ることができ
る。
次に、光非線形方向性結合器８について、第１図を参照
して説明する。
して説明する。
光双安定素子13を同様に、GaAs基板10上に成長させたAl
GaAs層11をエッチングすることで、光導波路５と６とか
ら成る方向性結合器が構成される。この光導波路５と６
間に、GaAS/AlGaAs多重量子井戸構造半導体から成る光
強度依存性屈折率媒質７を成長さえる。GaAs/AlGaAS多
重量子井戸構造半導体の屈折率は、前述のように光強度
の増大に伴なって減少する。
GaAs層11をエッチングすることで、光導波路５と６とか
ら成る方向性結合器が構成される。この光導波路５と６
間に、GaAS/AlGaAs多重量子井戸構造半導体から成る光
強度依存性屈折率媒質７を成長さえる。GaAs/AlGaAS多
重量子井戸構造半導体の屈折率は、前述のように光強度
の増大に伴なって減少する。
このような構造をもつ光非線形方向性結合器８の結合長
は入力端１への光入力強度に依存して変化する。従っ
て、この光非線形方向性結合器８の光入力Pin−光出力P
out特性は、第７図のようになる。光入力Pinの強度が閾
値Pth以下のときは、出力端３への光出力は、ほとんど
零である。一方、出力端４には光入力Pinがそのまま出
力される。これをクロス状態と呼ぶ。光入力Pinの強度
が閾値Pth以上では、反対に、出力端３に光入力Pinがそ
のまま出力され、出力端４の光出力はほとんど零であ
る。これをバー状態と呼ぶ。従って、光非線形方向性結
合器８は光入力Pinの強度に依存してスイッチ動作が可
能である。ここでの説明では、入力端１のみに光入力Pi
nを印加したときの説明をしたが、入力端１と入力端２
に同時に光入力を印加しても、上述の光スイッチ動作は
実現できる。
は入力端１への光入力強度に依存して変化する。従っ
て、この光非線形方向性結合器８の光入力Pin−光出力P
out特性は、第７図のようになる。光入力Pinの強度が閾
値Pth以下のときは、出力端３への光出力は、ほとんど
零である。一方、出力端４には光入力Pinがそのまま出
力される。これをクロス状態と呼ぶ。光入力Pinの強度
が閾値Pth以上では、反対に、出力端３に光入力Pinがそ
のまま出力され、出力端４の光出力はほとんど零であ
る。これをバー状態と呼ぶ。従って、光非線形方向性結
合器８は光入力Pinの強度に依存してスイッチ動作が可
能である。ここでの説明では、入力端１のみに光入力Pi
nを印加したときの説明をしたが、入力端１と入力端２
に同時に光入力を印加しても、上述の光スイッチ動作は
実現できる。
以上、光非線形方向性結合器８と光双方安定素子13とに
ついて説明した。
ついて説明した。
次に本実施例の光Ｄフリップフロップ回路の論理動作を
第１図を参照して説明する。尚、以下説明を助けるた
め、論理波形および論理真理値を、第２図に本発明の一
実施例の論理波形図おろび論理真理値説明図として示
す。
第１図を参照して説明する。尚、以下説明を助けるた
め、論理波形および論理真理値を、第２図に本発明の一
実施例の論理波形図おろび論理真理値説明図として示
す。
第１図において、光ディジタルデータLDを入力端１に入
力し、光クロックLCを入力端２に入力する。光ディジタ
ルデータLDの光振幅値は、第２図の一番上の波形が示す
ように、論理“0"状態では零、論理“1"状態では1/2PD
である。
力し、光クロックLCを入力端２に入力する。光ディジタ
ルデータLDの光振幅値は、第２図の一番上の波形が示す
ように、論理“0"状態では零、論理“1"状態では1/2PD
である。
一方、光クロックLCは、光双安定素子13をバイアスする
ための直流光（その光振幅値PD）上に光のクロックパル
スを重畳したものである。このときの光振幅値は、第２
図の波形図の上から２番目の波形が示すように、論理
“0"状態ではPD,論理“1"状態では3/2PDである。
ための直流光（その光振幅値PD）上に光のクロックパル
スを重畳したものである。このときの光振幅値は、第２
図の波形図の上から２番目の波形が示すように、論理
“0"状態ではPD,論理“1"状態では3/2PDである。
このような光振幅値をもつ光ディジタルデータLDと光ク
ロックLCとを光非線形結合器８に入力すると、各光入力
信号の論理状態に依存する変調光クロックLSWが出力端
３に、第８図の光非線形方向性結合器の動作を説明する
説明図、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のように得ら
れる。ここで光非線形方向性結合器８の閾値Pth（第７
図参照）は光振幅値3/2PDより大きく、光振幅値2PDより
小さく設定されている。
ロックLCとを光非線形結合器８に入力すると、各光入力
信号の論理状態に依存する変調光クロックLSWが出力端
３に、第８図の光非線形方向性結合器の動作を説明する
説明図、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のように得ら
れる。ここで光非線形方向性結合器８の閾値Pth（第７
図参照）は光振幅値3/2PDより大きく、光振幅値2PDより
小さく設定されている。
次に、変調光クロックLSWについて第８図を参照し説明
しておく。光クロックLCが論理“1"で光振幅値3/2PDを
とり且つ光ディジタルデータをとるとき、光非線形方向
性結合器８は、第８図（ａ）に示すようにバー状態とな
るので、変調光クロックLSWは光、ディジタルデータそ
のものとなり、その光振幅値は1/2PDとなる。
しておく。光クロックLCが論理“1"で光振幅値3/2PDを
とり且つ光ディジタルデータをとるとき、光非線形方向
性結合器８は、第８図（ａ）に示すようにバー状態とな
るので、変調光クロックLSWは光、ディジタルデータそ
のものとなり、その光振幅値は1/2PDとなる。
光クロックLCが、論理“1"で光振幅値として3/2PDをと
り且つ光ディジタルデータLDが、論理“0"で光振幅値と
して零をとるとき、第８図（ｂ）に示すように、光非線
形方向性結合器８はクロス状態となるので、変調光クロ
ックLSWの光振幅値は3/2PDとなる。
り且つ光ディジタルデータLDが、論理“0"で光振幅値と
して零をとるとき、第８図（ｂ）に示すように、光非線
形方向性結合器８はクロス状態となるので、変調光クロ
ックLSWの光振幅値は3/2PDとなる。
光クロックLCが、論理“0"で光振幅値PDをとり且つ光デ
ィジタルデータLDが論理“1"の光振幅値1/2PDをとると
き、第８図（ｃ）に示すように、光非線形方向性結合器
８はクロス状態となるので、変調光クロックLSWの光振
幅値はPDとなる。
ィジタルデータLDが論理“1"の光振幅値1/2PDをとると
き、第８図（ｃ）に示すように、光非線形方向性結合器
８はクロス状態となるので、変調光クロックLSWの光振
幅値はPDとなる。
光クロックLCが、論理“0"で光振幅値PDをとり且つ光デ
ィジタルデータLDが論理“0"の光振幅値零をとるとき、
第８図（ｄ）に示すように光非線形方向性結合器８はク
ロス状態となるので、変調光クロックLSWの光振幅値はP
Dとなる。
ィジタルデータLDが論理“0"の光振幅値零をとるとき、
第８図（ｄ）に示すように光非線形方向性結合器８はク
ロス状態となるので、変調光クロックLSWの光振幅値はP
Dとなる。
以上の論理を論理波形で示すと、第２図の上から三番目
までの波形で示される。変調光クロックLSWには、直流
振幅値PDをもつベースラインＢと光振幅値3/2PDをもつ
正パルスＰと、光振幅値1/2PDをもつ負パルスＮとが得
られる。この正パルスＰと負パルスＮとは、光ディジタ
ルデータLDの論理値に依存して得られたものである。
までの波形で示される。変調光クロックLSWには、直流
振幅値PDをもつベースラインＢと光振幅値3/2PDをもつ
正パルスＰと、光振幅値1/2PDをもつ負パルスＮとが得
られる。この正パルスＰと負パルスＮとは、光ディジタ
ルデータLDの論理値に依存して得られたものである。
すなわち、光ディジタルデータLDが論理“1"のときは負
パルスＰ、論理“0"のときは正パルスＮである。よっ
て、変調光クロックLSWは、光クロックLCを光ディジタ
ルデータLDによって変調した出力が得られることがわか
る。このような特徴をもった変調光クロックLSWが光双
安定素子13を駆動することになる。
パルスＰ、論理“0"のときは正パルスＮである。よっ
て、変調光クロックLSWは、光クロックLCを光ディジタ
ルデータLDによって変調した出力が得られることがわか
る。このような特徴をもった変調光クロックLSWが光双
安定素子13を駆動することになる。
次に光Ｄクリップフロップ回路の動作の一例を第３図を
参照して説明する。
参照して説明する。
最初の状態では変調光クロックLSWの光振幅値がPDでベ
ースラインＢにあり、光出力Ｑは安定点QN1の低いレベ
ルPD（論理“0"）に、光出力は安定点QS2の高いレベ
ルPH（論理“1"）にあるとする。
ースラインＢにあり、光出力Ｑは安定点QN1の低いレベ
ルPD（論理“0"）に、光出力は安定点QS2の高いレベ
ルPH（論理“1"）にあるとする。
ここで、変調光クロックLSWが負パルスＮとすると、光
出力Ｑは安定点QN1から安定点QN2の高いレベルPH（論理
“1"）に遷移し、光出力は安定点QS2から安定点QS1の
低いレベルPL（論理“0"）に遷移する。負パルスＮの印
加が停止し、変調光クロックLSWがベースラインＢを保
っている状態では、光出力Ｑおよびはそのままの値を
保つ。再び変調光クロックLSWが負パルスＮをとって
も、光出力Ｑおよびは不変で、各々安定点QN2およびQ
S1を保つ。
出力Ｑは安定点QN1から安定点QN2の高いレベルPH（論理
“1"）に遷移し、光出力は安定点QS2から安定点QS1の
低いレベルPL（論理“0"）に遷移する。負パルスＮの印
加が停止し、変調光クロックLSWがベースラインＢを保
っている状態では、光出力Ｑおよびはそのままの値を
保つ。再び変調光クロックLSWが負パルスＮをとって
も、光出力Ｑおよびは不変で、各々安定点QN2およびQ
S1を保つ。
次に、変調光クロックLSWが正パルスＰをとると、光出
力Ｑは安定点QN2から安定点安定点QN1の低いレベルPLに
遷移し、光出力は安定点QS1から安定点QS2の高いレベ
ルPHに遷移する。正パルスＰの印加が止み、変調光クロ
ックLSWがベースラインＢを保っている状態では、光出
力Ｑおよびはそのまま値を保つ。再び変調光クロック
LSWが正パルスＰをとっても光出力Ｑおよびは不変
で、各々安定点QN1およびQS2を保つ。
力Ｑは安定点QN2から安定点安定点QN1の低いレベルPLに
遷移し、光出力は安定点QS1から安定点QS2の高いレベ
ルPHに遷移する。正パルスＰの印加が止み、変調光クロ
ックLSWがベースラインＢを保っている状態では、光出
力Ｑおよびはそのまま値を保つ。再び変調光クロック
LSWが正パルスＰをとっても光出力Ｑおよびは不変
で、各々安定点QN1およびQS2を保つ。
以上の論理動作に基づけば、第２図（ａ）に示すよう
に、光ディジタルデータLDの論理値に依存して、光クロ
ックLCが変調され、変調光クロークLSWを生成できる。
更に、この変調光クロックLSWが光双安定素子13を駆動
すると、光出力Ｑととには、光ディジタルデータLDが
光クロックLCの立上時Cr1,Cr2,Cr3,…に同期した相補の
光信号が得られる。従って、光ディジタルデータLDが論
理“1"のときは、出力光ディジタルデータＱも論理“1"
を、光ディジタルデータLDが論理“0"のときは、論理
“0"をとり、第10図に示すＤフリップフロップ回路の真
理値と同一となる。
に、光ディジタルデータLDの論理値に依存して、光クロ
ックLCが変調され、変調光クロークLSWを生成できる。
更に、この変調光クロックLSWが光双安定素子13を駆動
すると、光出力Ｑととには、光ディジタルデータLDが
光クロックLCの立上時Cr1,Cr2,Cr3,…に同期した相補の
光信号が得られる。従って、光ディジタルデータLDが論
理“1"のときは、出力光ディジタルデータＱも論理“1"
を、光ディジタルデータLDが論理“0"のときは、論理
“0"をとり、第10図に示すＤフリップフロップ回路の真
理値と同一となる。
即ち、第１図の回路によって、光Ｄフリップフロップ動
作が実現される。
作が実現される。
以上説明したように、本発明によれば、光非線形方向性
結合器とＹ形分岐導波路の分岐接続部に光強度依存性屈
折率を備える光相安定素子とを一体集積することによ
り、全光型の光Ｄフリップフロップ回路が実現され、伝
送されてきた光ディジタルデータを光のままでディジタ
ル演算処理が可能となり、光情報処理システム，光交換
システム，光コンピュータ構築等のために大きく貢献し
得る効果がある。
結合器とＹ形分岐導波路の分岐接続部に光強度依存性屈
折率を備える光相安定素子とを一体集積することによ
り、全光型の光Ｄフリップフロップ回路が実現され、伝
送されてきた光ディジタルデータを光のままでディジタ
ル演算処理が可能となり、光情報処理システム，光交換
システム，光コンピュータ構築等のために大きく貢献し
得る効果がある。
第１図は本発明の一実施例の光Ｄフリップフロップ回路
の回路図、第２図は本発明の一実施例の論理波形図およ
び論理真理値説明図、第３図は変調光クロックと光出力
との関係を説明するための説明図、第４図は光双安定素
子のＹ形分岐導波路部の屈折率の光移入力依存性を説明
するための説明図、第５図（ａ）および（ｂ）は各々光
入力が異なる状態における光双安定素子のＹ形分岐導波
路の第１図AA′に沿う屈折率分布特性図、第６図（ａ）
および（ｂ）は光双安定素子の光入力−光出力特性図、
第７図は光非線形方向性結合器の光入力−光出力特性
図、第８図は光非線形方向性結合器の動作を説明する説
明図、第９図は従来の光Ｄフリップフロップ回路の一例
を示す回路図、第10図はＤフリップフロップ回路の一例
を示すブロック図である。 ８……光非線形方向性結合器、13……光双安定素子、LC
……光クロック、LD……光ディジタルデータ、LSW……
変調光クロック、Q,……光出力。
の回路図、第２図は本発明の一実施例の論理波形図およ
び論理真理値説明図、第３図は変調光クロックと光出力
との関係を説明するための説明図、第４図は光双安定素
子のＹ形分岐導波路部の屈折率の光移入力依存性を説明
するための説明図、第５図（ａ）および（ｂ）は各々光
入力が異なる状態における光双安定素子のＹ形分岐導波
路の第１図AA′に沿う屈折率分布特性図、第６図（ａ）
および（ｂ）は光双安定素子の光入力−光出力特性図、
第７図は光非線形方向性結合器の光入力−光出力特性
図、第８図は光非線形方向性結合器の動作を説明する説
明図、第９図は従来の光Ｄフリップフロップ回路の一例
を示す回路図、第10図はＤフリップフロップ回路の一例
を示すブロック図である。 ８……光非線形方向性結合器、13……光双安定素子、LC
……光クロック、LD……光ディジタルデータ、LSW……
変調光クロック、Q,……光出力。
Claims (1)
- 【請求項１】光ディジタルデータを第１入力端子に印加
し光クロックを第２入力端子に印加することで出力端子
には光ディジタルデータで変調された変調光クロックを
発生させる光非線形方向性結合器と、Ｙ形分岐導波路の
分岐接続部の一方の接続部に光強度依存性屈折率部を有
する構造をもつ光双安定素子とを備え、前記変調光クロ
ックで前記光双安定素子を励起するように前記光非線形
方向性結合器と前記光双安定素子とを継続接続して成る
ことを特徴とする光Ｄフリップフロップ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1183059A JPH0776821B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 光ｄフリップフロップ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1183059A JPH0776821B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 光ｄフリップフロップ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0346639A JPH0346639A (ja) | 1991-02-27 |
| JPH0776821B2 true JPH0776821B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=16129022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1183059A Expired - Lifetime JPH0776821B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 光ｄフリップフロップ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776821B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198656A (en) * | 1991-06-06 | 1993-03-30 | At&T Bell Laboratories | Dynamic optical logic using voltage pull up |
| JP4493452B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2010-06-30 | シャープ株式会社 | 光機能素子およびその製造方法 |
-
1989
- 1989-07-14 JP JP1183059A patent/JPH0776821B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0346639A (ja) | 1991-02-27 |
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