JPS61259235A

JPS61259235A - 光シフトレジスタ回路

Info

Publication number: JPS61259235A
Application number: JP10059085A
Authority: JP
Inventors: Isatake Sawano; 澤野　驍武
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-05-14
Filing date: 1985-05-14
Publication date: 1986-11-17
Also published as: JPH0584492B2

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〕本発明は光シフトレジスタ回路に関し、特に光通信、光
情報処理、光交換の各システム及び光コンピュータに適
する光シフトレジスタ回路に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

近年光フアイバ技術及び光半導体技術等の光技術の発達
によって、基幹伝送を目的とする長距離光通信システム
、分散処理装置間を高効率で接続する光ＬＡＮなどが実
用化されている。これらのシステムでは、光技術は主に
機能装置間の接続手段として使用され、機能装置自体は
専らＬＳＩを中心とする電子回路によって構成されてい
た。

近い将来では処理情報の多様化及び大容量化が進み、そ
の処理速度の超高速化、処理の複雑化が要求され、この
要求に対処するためには、光技術を単に接続手段として
のみではなく論理処理手段として使用する必要が生じる
。すなわち、伝送されてきた光デイジタル信号を光のま
までディジタル演算処理し、その結果を光で出力し、他
の装置へ伝送できるという、光の有する高速性・広帯域
性・無誘導性等の特長を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）が不可欠になる。

かかる光処理装置を実現するには、インバータ回路・Ｏ
Ｒ回路・ＡＮＤ回路・排他的ＯＲ回路等の各機能を有す
る光ゲート・光フリツプフロツプ回路・光シフトレジス
タ回路・光カウンタ等の光論理機能ブロックが構成され
なければならない。

しかしながら、従来においては実用に足る十分な光論理
機能ブロックが存在しなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光双安定半導体レーザを複数個用いて
実現される実用性に富んだ光シフトレジスタ回路を提供
するものである。

〔発明の構成〕

本発明に係る光シフトレジスタ回路は、第１電極に第１
クロック信号を与え且つ第２電極に第２クロック信号を
与えることによって光Ｄフリップフロップ回路として動
作する光双安定半導体レーザを、複数個縦続に接続“し
、前記光双安定半導体レーザの各出力を各ビットの出力
として取り出すように構成したものである。

〔実施例〕

以下に、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す光シフトレジスタ回路
であり、第２図はこの光シフトレジスタ回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

光シフトレジスタ回路１はこの実施例においては４個の
光Ｄフリップフロップ回路２Ａ、２Ｂ。

２Ｃ，２Ｄから構成される。この光シフトレジスタ回路
１を説明する前に、まず光Ｄフリップフロップ回路２の
構成を明らかにする必要がある。光Ｄフリップフロップ
回路は、Ｄフリップフロップの機能を有する光回路であ
り、光双安定半導体レーザに下記の如き所定の値を有す
る２種の電流クロック信号を与えることによって実現さ
れるものであり、第３図、第４図、第５図に基づいて詳
述する。

第３図は本発明に係る駆動方法を適用して光Ｄフリップ
フロップ回路を実現する光双安定半導体レーザを示し、
第４図、第５図は光双安定半導体レーザの入出力間等の
各種の光双安定関係を示す特性図、第６図は光Ｄフリッ
プフロップ回路としての動作特性を説明するための波形
図及びその関係特性図を示す。

第３図において、光双安定半導体レーザ３は、ファベリ
ペロ共振器面４．５に対して平行に設けられたスリット
６により電気的に絶縁されたＰ側、電極７，８を備える
。電極７．８に与えられる電流をＩＩ、Ｉ２とするとき
、電流Ｉｔを所定の値に設定すると、電流■２と光出力
Ｐｏｕｔの間において光双安定特性を持たせることがで
きる。

第４図は電流Ｉ２と光出力ＰｏｕｔＯ間の光双安定特性
を示すものであり、Ｉ　＋＝　ＩＣＩ、　　ＩＣ２（Ｉ
ＣＩ＞ＩＣ２）の場合の２種類の光双安定特性９．１０
を示している。図中横軸は電流工２、縦軸は光出力Ｐｏ
ｕｔを表わすものとしている。光双安定特性９は、電流
■１を一定値Ｉｃ２に設定した場合に生じ、電流Ｉ２が
増加して閾値Ｉ　ｔｈ２に達すると光出力Ｐｏｕｔが急
に増加し、点Ｐ１に到達する。その後電流Ｉ２を増加さ
てせも光出力Ｐｏｕｔは漸増するのみでほぼ一定値をと
る。反対に、かかる高い値の状態において電流Ｉ２が減
少して閾値Ｉｔｈ＋に達すると点Ｐ２で光出力Ｐｏｕ　
ｔが急に減少する。このように電流Ｉ２のＩ　ｔｒｉｌ
ｌ　Ｉ　ｔｈ２の２つの値に基づいて光出力Ｐｏｕｔは
２つの安定状態をとる。

光双安定特性１０は、電流１１を一定値Ｉｃ２に設定し
た場合に生じるもので、電流Ｉ２における２つの閾値Ｉ
い。＋Ｉｔｈ４に基づいて光出力Ｐｏｕｔは２つの安定
状態をとる。この場合１ｃ２＜Ｉｃ＋の関係にあり、且
つ閾値Ｉ　ｃｈ３．　Ｉ　ｔｈａは前記閾値Ｉｔｈ＋＋
Ｉ　ｔｈ２よりも大きい値をとる。

次に第５図に基づき光双安定半導体レーザ３の光入力Ｐ
ｉｎと光出力Ｐｏｕｔの間の光双安定特性について説明
する。この場合には電流１１．Ｉ２は共に固定した値を
とる。まず光双安定特性１１は、電流Ｉ、を前記ＩＣＩ
に設定し、電流■２を前記閾値Ｉ　ｔｈｌよりも小さい
値ｒｂ＋に設定したときに得られる特性である。この光
双安定特性１１では、光入力Ｐｉｎが点Ｑ１から増大し
て閾値Ｐｔｈｌに達すると、光出力Ｐｏｕｔが急に増大
し高い値ＰＨをとる。その後光人力Ｐｉｎが増加しても
光出力Ｐｏｕｔはほぼ一定値Ｐ。

に保持される。反対に、かかる高い状態において光入力
Ｐｉｎを減少させると、閾値Ｐｔｈｌより小さい閾値Ｐ
　ｔｈ２で急に光出力Ｐｏｕｔが低い値ＰＬをとる。

また光双安定特性１２は、電流１１を前記工。２に設定
し、電流Ｉ２を前記閾値Ｉ　ｔｈ３とＩい、の中間値Ｉ
ｂ２に設定した時に得られる特性である。光双安定特性
１２では、光入力Ｐｌｎが増大して閾値Ｐ　ｔｈ３に到
達すると光出力Ｐｏｕｔが急に高い値Ｐ）Ｉとなり、そ
の後はほぼ一定値Ｐ、Ｉを保持する。反対に、かかる高
い値ＰＨをとる状態において光入力Ｐｉｎを減少させる
と、この場合には、光入力Ｐｉｎがゼロになっても光出
力Ｐｏｕｔは点Ｑ２に位置し、高い値Ｐｏに保持された
ままとなる。

上記において、光双安定特性１１の閾値Ｐｔｈｌは、光
双安定特性１２の閾値Ｐ　ｔｈ３よりも小さい値となる
ように、前記各電流値Ｉ　Ｃ＋、’　ＩＣ２ｒ　　Ｉｂ
ｌ＋　　Ｉｂ２は設定される。

次に上記の如く光双安定半導体レーザ３に生じる各種の
光双安定特性９　、１０．１１．１２を利用して、人力
される光デイジタル信号を電流クロック信号の立上り時
に同期させて出力させ、これによって光双安定半導体レ
ーザ３を光Ｄフリップフロップ回路として機能させる駆
動方法について説明する。

第６図において、振幅値Ａ、を有する光デイジタル信号
り、を、光双安定半導体レーザ３の光入力Ｐｉｎとして
入力させる。振幅値Ａ、は光双安定特性１１の閾値Ｐ　
ｔｈｌと光双安定特性１２の閾値Ｐ　ｔｈ３との中間値
に設定される。電極５に与えられる電流Ｉ、は正の電流
クロック信号１．（第１クローツク信号）として使用さ
れ、論理値“０″には電流値Ｉ。２を、論理値“１”に
は電流値■。、を設定する。一方電極８に与えられる電
流■２は負の電流クロック信号Ｉｇ（第２クロック信号
）として使用され、論理値“０”には電流値Ｉｂｌを、
論理値“１″には電流値Ｉｂ２を設定する。この負の電
流クロック信号Ｉｋの位相には正の電流クロック信号■
２の位相と反転関係にある。上記の信号関係において、
光デイジタル信号り、は電流クロック信号Ｉ８によって
同期され、光出力Ｐｏｕｔとして信号Ｌｏが得られる。

時間ｔについてｔ、〜ｔ、の順に従って、第６図を説明
する。まず時間１＝１．より以前では、光デイジタル信
号り、の振幅値は０（論理値“０”）、電流クロック信
号ＩｘはＩＣ２、電流クロック信号ＩｘはＩｂ２である
。従って、光入力Ｐｉｎと光出力ｐｏｕｔの関係は光双
安定特性１２で支配され、このため光出力Ｐｏｕｔは低
い値ＰＬに保持される。故に光出力信号し。は論理値“
０”をとる。

時間１＝１．では、光デイジタル信号Ｌｎは振幅値がＡ
ｆｌ（論理値“１”）となる。このとき正の電流クロッ
ク信号ＩＫと負の電流クロック信号下にはそのままＩＣ
２、ｒｂ２のまま維持されているので、光双安定半導体
レーザ３は、光双安定特性１２において点Ｑ、に励振さ
れるが、光出力Ｐｏｕｔは依然として低い値Ｐｔ、に保
持される。すなわち、光デイジタル信号Ｌ０が論理値“
１”となっても、光出力信号し、は論理値“０”のまま
である。

時間１＝１．で、正の電流クロック信号ＩＫがＩＣＩに
、負の電流クロック信号ＴつがＩｂｌに変化すると、光
双安定半導体レーザ３は光双安定特性１１で支配される
。このため、光デイジタル信号り、の振幅値がＡｏであ
るで動作点は点Ｑ４となり、光出力Ｐｏｕｔは高い値Ｐ
□へ変化する。従って光出力信号Ｌｏは、この時点で論
理値“１”となる。このことは、正の電流クロック信号
ＩＭの立上りｃｌに光出力信号し。の立上りが同期した
ことを意味する。

時間１＝１３では、正の電流クロック信号下、がＩＣ２
に、負の電流クロック信号ＴイがＩｂ２に変化する。こ
の結果、光双安定半導体レーザ３は光双安定特性１２で
支配されることになり、光デイジタル信号り、は高い値
Ａｎを保持したままであるので、その動作点は点Ｑ４か
ら点Ｑｓに変化するが、光出力ｐｏｕｔは高い値Ｐａに
保持される。

従って、光出力信号し。は論理値“１”に保持される。

時間１＝１．では、各電流クロック信号１＊、Ｉｘは上
記と同じ値に保たれ、光デイジタル信号Ｌｏのみがその
振幅値を０に変化する。しかし、光双安定半導体レーザ
３は光双安定特性１２によって支配されているので、動
作点は点Ｑ５から点Ｑ２に移動し、光出力Ｐｏｕｔは高
い値ｐＨに保持される。このことは、光デイジタル信号
り。が論理値“０”に変化しても光出力信号り。は論理
値“１”に保持されることを意味する。

時間ｔ＝ｔｓでは、光デイジタル信号Ｌｏの振幅値が０
のままで正の電流クロック信号Ｉ８が工。１へ、負の電
流クロック信号Ｔ、がＩｂ＋へそれぞれ変化する。光双
安定半導体レーザ３は、これによって光双安定特性１１
に支配されることになり、動作点は点Ｑ２から点Ｑ、に
変化する。従って、この時点で光出力信号し。は論理値
“１＃から論理値″０”へと変化する。このことは、正
の電流クロック信号Ｉつの立上りＣ２に対応して、これ
に同期して光出力信号Ｌｏが論理値“０＃になることを
意味する。

時間１＝１．以降ｔ７＋　ｔ、、　ｔ９では上述の動作
が繰り返えされる。

上記動作によれば、光出力Ｐｏｕｔである信号り。

は、光入力Ｐｉｎである光デイジタル信号Ｌｎが電流ク
ロック信号Ｉｇの立上りＣＩｎ　Ｃ２＋　Ｃ３＋　Ｃ４
＋　ＣＳ。

・・・に同期して一定時間遅れることによって発生する
。従って光双安定半導体レーザ３は、所定の電流値を論
理値“１”、“０”と設定して電極７゜８に与えられた
電流Ｉ＋　Ｈｚ）、Ｉ２　（Ｉつ）によって制御され、
且つ所定の振幅値Ａｌ１１を有する光デイジタル信号り
。を光入力とすることによって、光Ｄフリップフロップ
回路、すなわちＤフリップフロップの機能を有する光回
路として動作することができる。

次に上記の如く実現される光Ｄフリップフロップ回路２
を４個用いて構成される４ビツトの光シフトレジスタ回
路を第１図に基づいて説明する。

第１図において、光Ｄフリップフロップ回路は４個（図
中２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ）が導光路１３゜１４、１５
を介して縦続に接続される。１６は入光部である。また
導光路１３．１４．１５．　　には光分岐部１７゜１８
、１９が設けられ、分岐導光路２０．２１．２２が形成
され、こうして出光部２３．２４．２５．２６が設けら
れる。光Ｄフリップフロップ回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃ。

２Ｄはそれぞれ電極７，８を有し、各電極７にはクロッ
ク電源２７（電圧Ｅｃ）より増幅器２８を介して正の電
流クロック信号■つが与えられ、また各電極８には反転
増幅器２９を介して負の電流クロック信号Ｔ、が与えら
れ、このようにして光Ｄフリップフロップ回路２Ａ、２
Ｂ、２Ｃ，２Ｄは正負の電流クロック信号ＩＭ、ＩＭに
よって駆動される。

光デイジタル信号Ｌｏは入光部１６に入力され、第１段
目の光Ｄフリップフロップ回路２Ａにおいて、第２図に
示すように電流クロック信号工。の立上り時Ｃ１に同期
して立上ることにより光出力信号し。１が得られる。こ
の光出力信号し。１は導光路１３を介して第２段目の光
Ｄフリップフロップ回路２Ｂに入力されると共に、光分
岐部１７を介して分岐導光路２０へ導びかれ、出力部２
３より光出力信号り、とじて取り出される。第２段目の
光Ｄフリップフロップ回路２Ｂでは、光Ｄフリップフロ
ップ回路２Ａから与えられる光信号し。１を入力信号と
して、第１段目の場合と同様に電流クロック信号Ｉｆに
同期して光出力信号り。２を得ることができる。このよ
うにして順次に第３段目の光Ｄフリップフロップ回路２
Ｃでは光出力信号ＬＯ３、第４段目の光Ｄフリップフロ
ップ回路２Ｄでは光出力信号し、を得ることができる。

この結果出力部２３゜２４、２５．２６には、第２図に
示すように入力される光デイジタル信号ＬＩｌｌに基づ
いて光出力信号Ｌ　ｌ　＋Ｌ　２．　Ｌ　！ｌ、　Ｌ　
４を得ることができることになる。この場合にふいて、
各段の光Ｄフリップフロップ回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２
Ｄにおいては論理値“１”が確実に信号として得られる
ように各光Ｄフリップフロップ回路を成す光双安定半導
体レーザの光出力Ｐｏｕｔのレベルは適当に調整されて
いるものとする。

従って、上記説明及び第２図で明らかなように、第１図
に示された光回路は、光デイジタル信号ＬＩｌｌを基と
して１ビツト遅延、２ビツト遅延、３ビツト遅延、４ビ
ツト遅延させた光信号Ｌ　ｌ＊　Ｌ　２１　Ｌ　３　ｒ
Ｌ４を発生する機能を有しており、このようにして光シ
フトレジスタ回路ｌとして構成されるものである。

以上の説明では光Ｄフリップフロップ回路２を構成する
光双安定半導体レーザ３と分岐部１７．１８゜１９とは
便宜上別部品として取扱ったが、これらの機能を一枚の
基板上で集積化すれば、小型且つ経済的で、実用に富む
光シフトレジスタ回路を実現することができる。また光
分岐部１７．１８．１９として方向性結合器を想定して
いるが、これに限定されることはなく、同様な機能を有
するものであれば任意の手段を用いることができる。更
に、上記実施例では４ビツトの光シフトレジスタ回路を
説明したが、これに限定されることなく任意の個数の光
Ｄフリップフロップ回路２を縦続接続すれば、任意のビ
ット数の光シフトレジスタ回路を実現することが可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、光双安定
半導体レーザにおいて所定の２種の電流クロック信号を
与え且つ所定値の光入力を用いることによって光Ｄフリ
ップフロップ回路を構成し、この光Ｄフリップフロップ
回路を導光路、光分岐部を介して縦続的に接続すること
により、小型で、集積化に適した実用性に富む光シフト
レジスタ回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光シフトレジスタ回路の構成図、第２図は光シフトレジスフ回路の動作を説明するタイミ
ングチャート、第３図は光Ｄフリップフロップ回路を実現する光双安定
半導体レーザの斜視図、第４図は電極に与えられる電流と光出力との間に生じる
光双安定特性を示す図、第５図は光入力と光出力との間に生じる光双安定特性を
示す図、第６図は光Ｄフリップフロップ回路としての動作特性を
説明するための波形図及びこれに関係する光双安定特性
図である。１・・・光シフトレジスタ回路２．２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ・・・光Ｄフリップフロッ
プ回路３・・・光双安定半導体レーザ７．８・・・電極９、１０．１１．１２・・・光双安定特性Ｉ、、Ｉ２・
・・電流Ｐｉｎ・・・光入力Ｐｏｕｔ・・・光出力 ■、・・・正の電流クロック信号（第１クロック号）Ｔ、・・・負の電流クロック信号（第２クロック号）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１電極に第１クロック信号を与え且つ第２電極
に第２クロック信号を与えることによって光Ｄフリップ
フロップ回路として動作する光双安定半導体レーザを、
複数個縦続に接続し、前記光双安定半導体レーザの各出
力を各ビットの出力として取り出したことを特徴とする
光シフトレジスタ回路。