JPS61113199A - 光シフトレジスタ回路 - Google Patents

光シフトレジスタ回路

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JPS61113199A
JPS61113199A JP59234539A JP23453984A JPS61113199A JP S61113199 A JPS61113199 A JP S61113199A JP 59234539 A JP59234539 A JP 59234539A JP 23453984 A JP23453984 A JP 23453984A JP S61113199 A JPS61113199 A JP S61113199A
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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
や光コンビa−夕等(使用する光デ/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。
これらのシステムにおいて、光波術は、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犬である。
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、光波術を接続手段と
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7ジタル信号を。
光のままで、デI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、無訪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。
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ブロック、例、l:、 光ゲ
−) (INVERTOR,OR,AND 。
EXOR等)や光フリツプフロツプ回路、光シフトレジ
スタ回路、光カランタ等が構成されなければならない。
従来、これらの光論理機能ブロック(おいては、実用に
供されるものは見当らない。
〈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
な光シフトレジスタ回路を提供することKある。
〈発明の構成〉 本発明の元レジスタ回路は2つあり、その1つは、第1
入力端と第2入力端と出力端とを有するた構成となって
いる。また、もう1つは、第1入力端と第2入力端と出
力端とを有する2×1光スイッチと前記出力端からの光
出力を光入力とする光双安定素子とから成る光フリップ
フロップ回路を、光分岐器を介して複数個縦続接続し、
前記光分岐器の光フリツプフロツプ回路〈接続してhな
い方の出力端を中間タップ出力端とした構成となってい
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シフトレジスタ
回路である。本回路は光D 7 +jツブフロップ回路
101,102,103,104が縦属接続され。
各接続部には各光Dフリッグ70ツブ段の光出力信号L
* −Lt −Ls 、L4を取シだすための方向性結
合器よりなる光分岐器Kt 、Kt −Ks 、 Ka
よ多構成されている。
光シフトレジスタ回路動作の説明に先立りて。
光Dフリップフロップ回路の構成とその動作を説明する
。
第2図は本発明による元シフトレジスタ回路の基本ブロ
ックである光Dフリップフロップ回路で、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い
る。方向性結合器形光スイッチ8は基板(LiNbQ、
 、 GaAs 、 InP等)上に形成された方向性
結合器7とii制御心極5,6より構成されている。制
御心極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からの光信号を
出力端3へ導通する状態(これをバー状態と呼ぶ)と入
力端1からの光信号を出力端3へ、且つ入力端2からの
元信号を出力端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7図に示すように
、光出力poutが光入力Pinの変化に対して履歴を
示し、ある入力強度の範囲(閾値P仏、と閾値PtMの
競闘)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
8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、&937(1983))。
光双安定半導体レーザは、ファベリペロ共振器夏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P8電極31,32を有している。各
1!極31,32への適切なバイアス電流I、、1.に
より、光入力pinYこ対する光出力poutの関係に
、第7図に示すような光双安定特性をもたせることがで
きる。
さて、本発明に使われている光Dフリップフロップ回路
の論理動作を第2図を参照して説明する。
光デジタルデータLDを入力端1へ、バイアス光LBを
入力端2へ入力する、光デジタルデータ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11”状態ではPDでるる。
一方、バイアス光LB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。電気クロック
Ect−電極5と6とに印加して、光スィッチ8が制御
される。電気クロックECが論理@1”状態では光スィ
ッチ8をクロス状態に、論理”0”状態では、バー状態
に設定する。
ここで、光スィッチ8は、クロス状M4Cおいて、その
結合度をα(≦1)となるように設計されている。従っ
て、心気クロックECの論理状態に応じて光スィッチ8
の出力端3への光出力信号LAW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、光スィッチ
8はバー状態をとるので、光出力信号Lswはバイアス
光LBそのものとなフ、その光振幅値はPBとなる。一
方、電気クロックECが論理”l#の状態では、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L
Dの論理状態に依存した光出力信号Lswが得られる。
すなわち、光デジタルデータしDが論理111状態のと
きは、バイアス光LBの光振幅値PRの一部αPBが出
力端4へ結合されそして、光デジタルデータLD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L8Wの光振幅値はPB−αPB+αPDトな
る。一方、光デジタルデータLDが論理″0”状態のと
きは、光デジタルデータLDの光振幅値は零であるので
、光デジタルデータLDから出力端3への結合は無く、
バイアス光LBの光振幅値PBの一部αPBが出力端4
へ結合されるのみである。従りて、光出力信号LI9W
の光振幅値はP、−αPBとなる。
以上の真理値と光振幅値との関係を第6図にまとめて示
す、光振幅値PB−αPIS+αPDを直流振幅値PB
よシ大になるように、結合度αと光振幅値PDを選ぶと
、光出力信号L8WKは、第5図に示すよう(、直流振
幅値PBをもつベースラインBと光振幅値PB−αPB
+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L3Wには、電気クロックEcが論理
”O”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”状態で且つ元デジタルデータLD
が論理”1”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′状態で且つ光デジタ
ルデータLDが論理”0′″状態のときは、負極パルス
Nが発生するや次に、第2図にもどって、該光出力信号
I’swを光双安定素子9へ入力する。
光双安定素子9の特性と光出力信号Lswの光岳幅値と
が第7図に示すように、Fl)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LB )で、安定点Q1かQ、か
のいずれかにバイアスされ、低い値PL2>A高い値P
Hに保持される。この結果、出力光デジタルデータLo
が第7図に示すように得られる。結局、出力光デジタル
データL。
Kは、第5図の如く、光デジタルデータLDが電気クロ
ックgcの立上時Cr1 r Crt +・・・・・・
く同期した光信号が得られる。従って、第2図の回路に
よって、光Dフリップ70ツブ動作が実現される。
さて、第1図にもどって、本発明の光シフトレジスタ回
路の動作を説明する。
上述した光Dフリップ70ツブ回路を方向性結合器より
成る光分岐器Kt 、 Kt 、 Ks 、 K4を介
して縦属接続し、電気クロックECを各光D71Jツブ
フロッグ回路に共通に印加することで、ts1図にポス
4bit光シフトレジスタ回路が実現される。
各党D7リツプフロツプ段の光出力信号L’61 yL
Ibt y L’j3は、上述の如く、次段の光Dフリ
ップ70ツブ102,103,104に!す、電気りa
yりEcの立上時に同期される。
従って、光分岐器に* 、 Kt −Ks 、に4から
の光出力信号Ln 、 Lt 、 Ls 、L4には、
第9図に示すように、光デジタルデータLDに対して、
1bit遅延、zbit遅延、3bit遅延、4bit
遅延の光出力信号が各々得られる。
以上は光分岐器を介して光フリッグ70ッグ回路を接続
した列であるが、光分岐器を除外してフリップフロップ
回1烙を直妾接続してもよい、しかし、この場合は最終
段からしか出刃は得られない。
これは以下に示す第二の実施列についても同じことが言
える。
次に、第二の実施例について説明する6第3図は本発明
の第二の実施列を示す光シフトレジスタ回路であ゛る。
第一の実施例と同様に、光Dフリップフロップ回路10
1,102,103,104を分岐器Ks 、 Kt 
、Ks −Kaを介して縦属接続し九ものである。喀−
の実施例と異る点は、光Dフリップフロップ回路を構成
する光スィッチとして、第4図に示すように、交差導波
路形光スイッチ8パ  を使っていることである。
従って、ここでは、交差導波路形光スイッチ8′を使っ
た光Dフリップフロップ回路の動作のみを、第4図を参
照して説明する゛。交差導波路形光スイッチ8′は基板
(LtNbOs # GaAs y InP等)に形成
された交差導波路10と制御電極5,6よシ構成される
。制御電極5.6へ印加される電気クロックECが論理
”02状態のときは、入力端1の光デジタルデータLD
は出力端4へ、入力端2のバイアス光り、は出力端3へ
接続される。従って、光出力信号Lswは、バイアス光
LB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11”状態のときは、制御電極5と6間の導波路の
屈折率が小さくな夛、バイアス光LBの光撮幅値PBの
一部αPBが出力端4へ結合され、残シの光蚕幅([P
B−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Lo Z>”論理
″1”状態では、その光振喝値PDの一部αPDが出力
され、光デジタルデータLDが論理@O”状態では、何
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と負囁パルスNとをもつ光出
力信号Ltswが得られる。該光出力信号LAWを光双
安定素子9へ入力すれば、光デジタルデータ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4図は光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之。光Dフリップフロップ回路を
縦続接続すれば、第一の実施列と11511第3図は元
シフトレジスタ回路として動作する。
以上、第一の実施例及び第二のA施例の説明において、
元スイッチと光双安定素子と光分岐器は個別の部品とし
て取扱ったが、これらの1能を1枚の基板上で集積化す
れば、小型で経済的な元シフトレジスタ回路が実現でき
ることは自明である。
また1以上の説明で、光スィッチとして、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、光分岐器
として方向性結合器を列にしたが、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
発明の光シフトレジスタ回路が実現されることも自明で
ある6 更に、以上の実施列では、4bit光シフトレジスタを
例にとって説明したが、これに制限されることなく、該
光Dフリップフロップ回路を任意多数個縦続接続すれば
、多数bitの光シフトレジスタ回路を実現できるのも
明らかである。
〈発明の効果〉゛ 以上説明し念ように、光スィッチと光双安定素子よ構成
る光Dフリップフロップを基本回路として、小型で集積
化に適した実用的な光シフトレジスタ回路が実現され友
ので、伝送されて来た元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、高速光情報処理システム
、光交換システム、光コンビエータ構築のために大きな
貢献を与える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の光シフトレジスタ回路
図。 第2図は第一の実施例の光シフトレジスタ回路を構成す
る光Dフリップ70ツブ回路図、  。 第3図は本発明の第二の実施例の光シフトレジスタ回路
図、 第4図は第二の実施例の元シフトレジスタ回路を購成す
る元Dフリップフロップ回路図、第5図は光D7’Jツ
ブフロップ回路の各部の論理波形図、 第6図は元スイッチの真理値表、 第7図は光双安定素子の特性とそれへの光入力信号Ls
wと出刃光デジタルデータL。との関係図、第8図は光
双安定半導体レーザの概要図、第9図は光シフトレジス
タ回路のタイミングチャートである。 101.102,103,104・・・光Dフリッグフ
ロップ回路 8・−・元スイッチ、  9・・・光双安定素子LD・
・・光デジタルデータ。 EC・・・電気クロック、L8・・・バイアス光。 4j4 亭  7  図 pout 半  8  図 Pout37 79図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1入力端と第2入力端と出力端とを有する2×
    1光スイッチと前記出力端よりの光出力を光入力とする
    光双安定素とから成る光フリップフロップ回路を、光双
    安定素子からの光出力を次段の第1入力端に入力するよ
    うにして複数個縦続接続したことを特徴とする光シフト
    レジスタ回路。
  2. (2)第1入力端と第2入力端と出力端とを有する2×
    1光スイッチと前記出力端からの光出力を光入力とする
    光双安定素子とから成る光フリップフロップ回路を、光
    分岐器を介して複数個縦続接続し、前記光分岐器の光フ
    リップフロップ回路に接続していない方の出力端を中間
    タップ出力端としたことを特徴とする光シフトレジスタ
    回路。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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