JPS61113037A - 光ｄフリツプフロツプ回路 - 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〉 光通信システム、光情報処理システム、光交換システム
や元コンピュータ等に使用する光デイジタル論理回路に
関するものである。

〈従来技術〉 近年、光フアイバ技術、光半導体技術の発達によシ、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。

これらのシステムにおいて、元技術は、主に、機能装置
間の接続手段として使われ、機能は、専ら、ＬＢＩｔ中
心とする電子回路技術に負うところが大である。

近未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来ている
。これらの要求に対処するためには、元技術を接続手段
としてのみでなく、論理処理手段として使う必要が生じ
て来ている。

すなわち、伝送されて来た光デＩジタル信号を、元のま
まで、デダ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充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）が不可欠となる〇 この種の装置実現には、一般の電気論理回路で用いられ
ていると同様な光論理機能プ四ツク、例えば、光ゲート
（１ＮＶＢＲＴＯＲ，Ｏｉｔ、　ＡＮＤ、　ＥＸＯＲ等
）や光フリップフロップ回路１元シフトレジス夕回路９
元カウンタ等が構成されなければならない０ 従来、これらの光論理機能ブロックにおいては、実用に
供されるものは見当らない◇ 〈本発明の目的〉 本発明は、以上を鑑み、小型で、集積化に適した実用的
な光Ｄフリップフロップ回路を提供することにある。

〈発明の構成〉 本発明の光Ｄフリップフロップ回路は、第１入力端と第
２入力端と出力端を有す元スイッチと該出力端よシの光
出力を光入力とする光双安定素子よ多構成され、第１入
力端に元デジタルデータを入力し、第２入力端に直流振
幅値をもつバイアス光を入力し、クロックの第１の状態
に対応して得られた該光スィッチの第１の状態では、該
出力端から該バイアス光を出力し、該光双安定素子をい
ずれか１つの安定点にバイアスし、クロックの第２の状
態に対応して得られた該光スィッチの第２の状態では、
該光デジタルデータが論理＠１１状態の時、該直流振幅
値よ）正の振幅値を有す正極光パルスを該出力端から出
力し、該正極光パルスで該光双安定素子をセットし、該
光デジタルデータが論理１０″状態の時、該直流振幅値
よル負の振幅値を有す負極光パルスを該出力極より出力
し、該負極光パルスで該光双安定素子をリセットするよ
うに駆動することによシ、該光デジタルデータを入力し
てクロックに同期した光出力信号を得ることができる。

〈実施例〉 次に１本発明について、図面を参照して、詳細に説明す
る。第１図は本発明の第一の実施例を示す光Ｄフリップ
フロップ回路であり、方向性結合器形光スイッチ８と光
双安定素子９とが縦続接続されて構成されている。

方向性結合器形光スイッチ８は基板（ＬｉＮｂＯ５５Ｇ
ａＡｓ　、　ｌｎＰ等）上に形成された方向性結合器７
と制御電極５，６よ多構成されている。制御電極５゜６
へ電圧信号の印加により、該スイッチ８に２つの状態を
作ることができる。すなわち、入力端１からの光信号を
出力端４へ、且つ入力端２からの元信号を出力錫３へ導
通する状態（これをバー状態と呼ぶ）と入力端１からの
元信号を出力端３へ、且つ入力端２からの光信号を出力
端４へ導通する状態（これをクロス状態と呼ぶ）である
。光双安定素子９は、第４図に示すように、光出力Ｐｏ
ｕｔが元入力Ｐｉｎの変化に対して履歴を示し、ある入
力強度の範囲（閾値Ｐｔ旧と閾値Ｐｔｈ２の範囲）で、
２つの安定な出力強度ＰＨとＰＬをとるものである。

このような光双安定特性を有する素子の一例として、第
６図に示す光双安定半導体レーザが発表されている（電
子通信学会全国大会、Ｎｏ、９３７（１９８３））。該
光双安定半導体レーザは、ファベリベロ共振器面３７．
３８に平行に設けられたスリット３３によって電気的に
絶縁された２分割１ｔｌ１％ｍ３１．　３２を有してい
る。各電極３１゜３２への適切なバイアス電流１１ｔＩ
ｆｆｉにより、元入力Ｐｉｎに対する光出力Ｐ。ｕｔの
関係に、第４図に示すよりな光双安定特性をもたせるこ
とができる０ さて、本発明の光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。元デジタルデータＬＤを入
力端１へ、バイアス光ＬＢを入力端２へ入力する。該元
デジタルデータＬＤの光振幅値は、第５図に示すように
、論理＠０″状態では、零、論理＠１′状態ではＰＤで
ある。

一方、該バイアス光■、Ｂは、第５図に示すように、光
振幅値が直流振幅値ＰＢをもつ直流光である。第１図に
もどって、電気クロックＥＣを電極５と６に印加して、
該光スィッチ８が制御される。電気クロックＥ。が論理
＠１”状態では該光スィッチ８をクロス状態に、論理１
０”状態では、バー状態に設定する。ここで、該元スイ
ッチ８はクロス状態において、その結合度をα（≦１）
となるように設計されている０従って、電気クロックＥ
Ｃの論理状感応じて該元スイッチ８の出力端３への光出
力信号ＬｌｌＷは次のように求まる。電気クロックＥＣ
が論理＠０′の状態では、該光スィッチ８はバー状態を
とるので、光出力信号■、ｌｌＷはバイアス光Ｌ１その
ものとなり、その光振幅値は九となる。一方、電気クロ
ックＥＣが論理１１”の状態では、該光スィッチ８はク
ロス状態をとるので、光ディジタルデータＬＤの論理状
態に依存した光出力信号Ｌｓｗ値Ｐ、の一部αＰ、が出
力端４へ結合されそして、光デジタルデータ煽の光振幅
値ＰＤの一部αＰＤが出力端３へ結合されるので、光出
力信号ＬａＷの光振幅値はＰｉｌ−αＰＢ＋αＰＤとな
る。一方、元デジタルデータＬＤが論理１０”状態のと
きは、元デジタルデータＬＤの光振幅値は零であるので
、元デジタルデータＬＤから出力端３への結合は無く、
バイアス光ＩｒＢの光振幅値ＰＩｌの一部αｐＨが出力
端４へ結合されるのみである。従って、光出力信号Ｌ８
Ｗの光振幅値はＰＢ−αＰＢとなる。

以上の真理値と光振幅値との関係を第３図にまとめて示
す。元振幅値ＰＩｌ−α九十αＰＤを直流振幅１１酊・
８より大になるように結合度αと光振幅値ＰＤを選ぶと
、光出力信号ＬＩＩＷには、第５図に示すように、直流
振幅値ＰｍｋもつベースラインＢと元振幅値ＰＢ−αＰ
Ｂ十αＰＢをもつ正極パルスＰと光振幅値Ｐ、−αＰＢ
をもつ負極パルスＮが得られる。

結局、光出力信号ＬＢＷには、電気クロックＥＣが論理
１０′状態のときは、ベースラインＢが発生し、電気ク
ロックＥＣが論理＠１”状態で且つ光デジタルデータＬ
Ｄが論理＠ｌ”状態のときは、正極パルスＰが発生し、
そして電気クロックＥＣが論理＠１′状態で且つ元デジ
タルデータＬＤが論理′″０′ｂ 次に、第１図にもどって、該光出力信号”４Ｗを光双安
定素子９へ入力する口元双安定素子９の特性と該光出力
信号Ｌｓｗの光振幅値とが第４図に示すように、（１）
式の関係 を満たせば、光双安定素子９は正極パルスＰで高い値ヘ
セットされ、負極パルスＮで低い値ＰＬヘリセットされ
、そしてベースラインＢ（バイアス光ＴＪＩ）で、安定
点Ｑ＋かＱ２がのいずれかにバイアスされ、低い鎖孔か
高い値ＰＨに保持される。この結果、出力光デジタルデ
ータＬ。が第４図に示すように得られる〕結局、出方光
デジタルデータＬ。には、第５図の如く、光デジタルデ
ータＬＤが電気クロックＥＣの立上時Ｃ目、ｃｒ２．・
・・に同期した光信号が得られる。従って、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。

次に第二の実施例について説明する。

第２図は１本発明の第二の実施例を示す光Ｄフリップ７
０ツブ回路であＬ光スイッチとして、交差導波路形ｙ０
スイッチ８′を使った点を除けば、その構成は第一の実
施例と同じである。交差導波路形光スイッチ８′は基板
（ＬｉＮｂ０１．　ＧａＡｓ、　ＩｎＰ気クワクロック
ＥＣ理＠０”状態のときは、入力端１の元デジタルデー
タＬＤは出力端４へ、入力端２のバイアス光Ｌｍは出力
端３へ接続される。従って、光出力信号Ｌ□は、バイア
ス光ＬＩＩそのものとなる。一方、制御電極５，６へ印
加される電気クロックＥＣが論理“ｌ”状態のときは、
制御電極５と６間の導波路の屈折率が小さくなり、バイ
アス光り、の光振幅値Ｐ、の一部αＰＢが出力端４へ結
合され、残シの光振幅値Ｐ、−αＰＢが出力端３へ出力
される。更に出力端３には、光デジタルデータＬＤが論
理＠１ｍ状態では、その光振幅値ＰＤの一部αＰＤが出
力され、光デジタルデータＬ。が論理＠０′状態では、
如も出力されない。ここで、該光スィッチ８の結合度は
α（≦１）になるように設計されている。

以上によって、第一の実施例と同様にベースラインＢを
中間値とした正極パルスＰと負極パルスＮとをもつ光出
力信号”ｓｗが得られる。該光出力信号Ｌｓｖｆ：光双
安定素子９へ入力すれば、光デＩジタルデータＬＤが電
気クロックＥｃに同期された出力光デジタルデータＬ。

を得ることができる。

従って、第２図は元Ｄフリップフロップとして動作でき
ることが明らかになった。

以上、第一の実施例及び第二の実施例の説明において、
光スィッチと光双安定素子は個別の部品として取扱った
が、これらの機能全１枚の基板上で集積化すれば、小型
で経済的な光Ｄフリップ７０ツブ回路が実現できること
は自明である。すなわち、この場合は元スイッチも半導
体材料を用いチとして、方向性結合形光スイッチと交差
導波路形光スイッチを、光双安定素子として光双安定半
導体レーザを例にしたが、これらに限定されることなく
、上記説明の機能を満足するものであれば、本発明の光
Ｄフリップフロップが実現されることも自明である。

〈発明の効果〉 一以上説明したように、元スイッチと光双安定素子を利
用して、小型で、集積化に適した実用的な光Ｄフリップ
フロップ回路が実現されたので、伝送されて来た光デジ
タルデータを光のままでデジタル演算処理が可能となり
、元情報処理システム。

光交換システム、元コンビーータ構築のために大きな貢
献を与える０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の光Ｄフリップフロップ
回路図、第２図は本発明の第二の実施例の光Ｄフリップ
フロップ回路図、第３図は元スイッチの真理値表、第４
図は光双安定素子の特性どそれへの光入力信号ＴＪ８Ｗ
と出力光デジタルデータＬｏの関係図、第５図は本発明
の光Ｄフリップフロップ回路の各部の論理波形図、第６
図は光双安定半導体レーザの概要図である。 ＬＤ・・・元デジタルデータｓ　ＬＢ・・・バイアス光
（ベースラインＲ）、ＥＣ・・・電気クロック、ＰＤ・
・・光デジタルデータの論理＠１′状態の光振幅値ｓ”
ｍ・・・バイアス光の直流振幅値、ＬｇＷ・・・元スイ
ッチの光出力信号、Ｌｏ・・・出力光デジタルデータ、
８・・・光スィッチ、９・・・光双安定素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１入力端と第２入力端と出力端とを有する光スイッチ
   と、前記出力端からの出力光を光入力とする光双安定素
   子とから成ることを特徴とする光Ｄフリップフロップ回
   路。