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JP5547285B2 - Optical logic circuit, control method thereof and integrated circuit - Google Patents
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Description

本発明は、例えば量子ドット素子を用いて構成される光論理回路、その制御方法、及びそのような光論理回路を集積してなる集積回路の技術分野に関する。   The present invention relates to an optical logic circuit configured using, for example, quantum dot elements, a control method thereof, and a technical field of an integrated circuit formed by integrating such an optical logic circuit.

この種の光論理回路では、複数の量子ドットレイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部を備える。量子ドットレイヤーの夫々には、量子ドットが配列されている。これら量子ドット間における近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播により、入力光の入射の有無に対応して、出力光の有無(厳密には出力光の光強度の高低)が変化する。よって、デジタル情報の値に応じて入力光のうち信号光をオンオフさせて、出力光を検出することで、個々の量子ドットレイヤー部に固有の論理演算が実行可能とされる(例えば、特許文献1〜8参照)。   This type of optical logic circuit includes a quantum dot layer portion in which a plurality of quantum dot layers are stacked. Quantum dots are arranged in each quantum dot layer. The presence or absence of output light (strictly speaking, the intensity of the output light) changes depending on the presence or absence of input light due to the coupling of near-field light between these quantum dots or the propagation of light emission. . Therefore, by turning on / off the signal light of the input light according to the value of the digital information and detecting the output light, it is possible to perform a logical operation specific to each quantum dot layer unit (for example, Patent Document 1-8).

特開2004−528705号公報JP 2004-528705 A 特開2005− 93553号公報JP-A-2005-93553 特開2006−269886号公報JP 2006-269886 A 特開2007− 53322号公報JP 2007-53322 A 特開2007−157975号公報JP 2007-157975 A 特表2005−534164号公報JP 2005-534164 A 特開2009− 10425号公報JP 2009-10425 A 特開2009−231601号公報JP 2009-231601 A

しかしながら、特許文献に開示された技術では、個々の量子ドットレイヤー部にて利用される入力光は、設計上予め決められた波長(即ち、特定の或いは最もパワーの大きいPL発光ピーク波長)を有する光に限定されている。このため、該個々の量子ドットレイヤー部は、予め決められた一つの論理動作のみを行う論理回路を構築する。従って、要求される論理動作が異なれば、異なる量子ドットレイヤー部を構築する必要があり、或いは、要求される論理動作の数だけ、異なる量子ドットレイヤー部が必要となる。この結果、要求される論理動作が多くなればなる程、それに比例して量子ドットレイヤー部の個数が増える結果、回路規模が大きくならざるを得ない。   However, in the technique disclosed in the patent document, the input light used in each quantum dot layer portion has a wavelength predetermined in design (that is, a specific or largest PL emission peak wavelength). Limited to light. Therefore, each individual quantum dot layer unit constructs a logic circuit that performs only one predetermined logic operation. Therefore, if the required logical operations are different, it is necessary to construct different quantum dot layer portions, or as many different quantum dot layer portions as the required logical operations are required. As a result, as the required logical operation increases, the number of quantum dot layer portions increases in proportion thereto, resulting in an increase in circuit scale.

これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などを進める上での、本質的な阻害要因となるという技術的課題がある。   There is a technical problem that this is an essential impediment in the progress of circuit miniaturization, high-speed operation, low power consumption, etc., which are the greatest advantages of optical logic circuits.

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、回路規模の肥大化を抑制可能である、或いは効率的な論理動作が可能である光論理回路、その制御方法、及びそのような光論理回路を集積してなる集積回路を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, an optical logic circuit capable of suppressing the enlargement of the circuit scale or capable of efficient logic operation, its control method, and such An object is to provide an integrated circuit in which optical logic circuits are integrated.

本発明の光論理回路は上記課題を解決するために、
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、を備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第j(但し、jは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光レイヤーとしての第jレイヤーに向けて発し、前記第j信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第j信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている。
In order to solve the above problems, the optical logic circuit of the present invention provides
A quantum dot layer portion including a base light layer and a signal light layer laminated on the base light layer; base light source means for emitting base light toward the base light layer; and A signal light source unit that emits light toward the signal light layer, and the quantum dot layer unit is configured as the signal light layer in order from the base light layer side to the mth layer (where m is (Natural number of 2 or more) layers are laminated, and the i-th layer (where i is a natural number from 1 to m-1) as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths, The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic that is at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths. The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the signal light source means uses the jth (where j is a natural number from 1 to m) signal light as the signal light, Controlling the signal light source means to emit to the j-th layer as a signal light layer, and to change the j- th signal light according to the value of information provided to a logical operation to be performed, The base light source means and the signal light source means so as to switch each of the wavelength of the base light and the wavelength of the j-th signal light to one of the two or more PL emission peak wavelengths according to the type of the logical operation. further control means for controlling includes at least one layer of the first layer to the m layer as the base-light layer and layer for the signal light, (i) the base light and the wavelength of light corresponding to the at least one layer of the j signal light, when the a first wavelength of the two or more PL emission peak wavelength, the first type of logical operation is performed, (ii The second type different from the first type when the wavelength of the light corresponding to the at least one layer is a second wavelength different from the first wavelength among the two or more PL emission peak wavelengths. The logic operation is performed.

本発明の光論理回路の制御方法は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第j(但し、jは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光レイヤーとしての第jレイヤーに向けて発する光論理回路を制御する制御方法であって、前記第j信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御する変化工程と、前記ベース光の波長及び前記第j信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する切り替え工程とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている。 In order to solve the above-described problem, a method for controlling an optical logic circuit according to the present invention includes a base light layer , a quantum dot layer portion including a signal light layer laminated on the base light layer, and a base light. A base light source unit that emits light toward the base light layer; and a signal light source unit that emits signal light toward the signal light layer. The quantum dot layer unit includes the base light as the signal light layer. The first to m-th layers (where m is a natural number of 2 or more) are stacked in order from the first layer, and the i-th (where i is 1 to m−1) layer as the signal light layer. The (natural number) layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the m-th layer as the signal light layer has a PL emission at least partially different from the i-th layer. And the base light layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the signal light source means has the jth ( Here, j is a natural number from 1 to m) and is a control method for controlling an optical logic circuit that emits signal light toward the j-th layer as the signal light layer, and the j- th signal light is executed. A change step for controlling the signal light source means to change according to a value of information to be subjected to a power logical operation, and each of the wavelength of the base light and the wavelength of the j-th signal light as the type of the logical operation in response, the to switch to one of two or more PL emission peak wavelength, wherein the base light source means and the signal source and a switching step of controlling means, Les for the base-light layer and the signal light At least one layer of the first layer to the m layers as yer is, (i) a wavelength of light corresponding to the at least one layer of said base light and the j-th signal light, said two or more When the first wavelength of the PL emission peak wavelengths is the first wavelength , the first type of logical operation is performed, and (ii) the wavelength of the light corresponding to the at least one layer is the two or more PL emission peak wavelengths. The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength is different from the first wavelength .

本発明の集積回路は上記課題を解決するために、複数の上述した本発明の光論理回路が集積されてなる。   In order to solve the above problems, the integrated circuit of the present invention is formed by integrating a plurality of the above-described optical logic circuits of the present invention.

本発明の一の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。   In order to solve the above-described problems, an optical logic element of the present invention has the above-described quantum dot layer portion used in the above-described optical logic circuit according to the present invention.

本発明の他の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る集積回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。   In order to solve the above-described problems, another optical logic device of the present invention has the above-described quantum dot layer portion used in the above-described integrated circuit according to the present invention.

本発明の他の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る量子ドットレイヤー部であって、前記信号光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有する。   In order to solve the above-described problems, another optical logic element of the present invention is the above-described quantum dot layer portion according to the present invention, wherein the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths.

本発明のこのような作用及び利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。   Such an operation and gain of the present invention will be clarified from the embodiments described below.

本発明の光論理回路の第1実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a basic configuration of a first embodiment of an optical logic circuit of the present invention. 第1実施例における、量子ドットレイヤー部の、模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the quantum dot layer part in 1st Example. 第1実施例における、第1種類の論理動作を行う場合における、信号光とベース光との波長スペクトルを概略的に示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram schematically showing wavelength spectra of signal light and base light when a first type of logical operation is performed in the first embodiment. 第1実施例における、第1信号光の波長スペクトルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the wavelength spectrum of the 1st signal light in 1st Example. 第1実施例における、第1種類の論理動作を行う場合における、信号光と出力光との関係を示す真理値表である。It is a truth table which shows the relationship between signal light and output light in the case of performing the first type of logical operation in the first embodiment. 第1実施例における、第2種類の論理動作を行う場合における、信号光とベース光との波長スペクトルを概略的に示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram schematically showing wavelength spectra of signal light and base light when a second type of logical operation is performed in the first embodiment. 第1実施例における、第2種類の論理動作を行う場合における、信号光と出力光との関係を示す真理値表である。It is a truth table showing the relationship between signal light and output light when performing the second type of logical operation in the first embodiment. 本発明の光論理回路の制御方法の実施例における、論理動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a logic operation in the embodiment of the control method of the optical logic circuit of the present invention. 本発明の光論理回路の第2実施例における量子ドットレイヤー部の層構成及び動作原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the layer structure and operation principle of the quantum dot layer part in 2nd Example of the optical logic circuit of this invention. 本発明の集積回路の第1実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a basic configuration of a first embodiment of an integrated circuit of the present invention. 本発明の集積回路の第2実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the basic composition of 2nd Example of the integrated circuit of this invention. 本発明の実施例に係る、量子ドットレイヤー部の製造方法の工程の一部を示す工程図である。It is process drawing which shows a part of process of the manufacturing method of the quantum dot layer part based on the Example of this invention. 図12の工程に続くバッファ層形成工程を示す工程図である。FIG. 13 is a process diagram illustrating a buffer layer forming process subsequent to the process of FIG. 12. 図13の工程に続く量子ドット形成工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the quantum dot formation process following the process of FIG. 図14の工程に続くキャップ層形成工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the cap layer formation process following the process of FIG.

以下、発明を実施するための最良の形態として、光論理回路、その制御方法及び集積回路に係る実施形態について順に説明する。
(光論理回路の実施形態)
<1>
本実施形態の光論理回路は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させると共に、前記ベース光及び前記信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替える制御手段とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記少なくとも一つの光の波長が前記制御手段により第1波長に切り替えられている場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つの光の波長が前記制御手段により前記第1波長とは異なる第2波長に切り替えられている場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments relating to an optical logic circuit, a control method therefor, and an integrated circuit will be described below in order as the best mode for carrying out the invention.
(Embodiment of optical logic circuit)
<1>
In order to solve the above problems, the optical logic circuit of the present embodiment includes a quantum dot layer portion in which a base light layer and a signal light layer are stacked, and a base light source that emits base light toward the base light layer Means, signal light source means for emitting signal light toward the signal light layer, and changing the signal light according to a value of information to be subjected to a logical operation to be performed, and the base light and the Control means for appropriately switching the wavelength of at least one of the signal lights according to the type of the logical operation, and at least one of the base light layer and the signal light layer is (i) When the wavelength of the at least one light is switched to the first wavelength by the control means, a first type of logical operation is performed, and (ii) the at least When the wavelength of one light is switched to a second wavelength different from the first wavelength by the control means, a second type of logical operation different from the first type is performed. .

本実施形態の光論理回路によれば、その動作時には、例えば半導体レーザであるベース光源手段から、例えば1つ又は2つ以上のPL(Photo-Luminescence:フォトルミネッセンス)発光ピーク波長、即ち、PL発光の波長スペクトルにおいてピークを与える波長を有するベース光が、量子ドットレイヤー部のうちベース光用レイヤーに入力される。これと並行して、例えば半導体レーザである信号光源手段から、ベース光と同じ若しくは異なる、例えば1つ又は2つ以上のPL発光ピーク波長を有する信号光が、量子ドットレイヤー部のうち信号光用レイヤーに入力される。   According to the optical logic circuit of the present embodiment, at the time of operation, for example, one or two or more PL (Photo-Luminescence) emission peak wavelengths, that is, PL emission from the base light source means which is a semiconductor laser, for example. Base light having a wavelength that gives a peak in the wavelength spectrum is input to the base light layer in the quantum dot layer portion. In parallel with this, signal light having the same or different base light, for example, one or two or more PL emission peak wavelengths from signal light source means such as a semiconductor laser is used for signal light in the quantum dot layer portion. Input to the layer.

ここに「ベース光」とは、光論理回路において所定種類の論理演算に対応する光結合或いは光伝播が行われるように、デジタル情報或いはアナログ情報の値によらずに一定の光強度にて参照光入力用端子に入力される光を意味し、「信号光」とは、デジタル情報の値に応じてオンオフさせられつつ或いはアナログ情報の値に応じて光強度が変化させられつつ信号光入力用端子に入力される光を意味する。   Here, “base light” refers to a constant light intensity regardless of the value of digital information or analog information so that optical coupling or light propagation corresponding to a predetermined type of logical operation is performed in the optical logic circuit. This means light input to the optical input terminal. “Signal light” is used for signal light input while being turned on / off according to the value of digital information or light intensity is changed according to the value of analog information. It means light input to the terminal.

量子ドットレイヤー部において、ベース光用レイヤーは、典型的には一層、又は二層以上、例えば、GaN基板上に積層されている。更に、信号光用レイヤーは、典型的にはベース光用レイヤー上に、一層又は典型的には二層以上積層されている。特に、信号光用レイヤーが二層以上ある場合には、夫々に対して、相互に同一若しくは異なるPL発光特性を有する信号光が入力される。量子ドットレイヤー部には、これら各層の間や上に、例えばGaAs、InAs、InGaAs等を含んでなるバッファ層、キャップ層、パッシベーション層、保護層、下地層等が積層されてもよい。   In the quantum dot layer portion, the base light layer is typically a single layer or two or more layers, for example, laminated on a GaN substrate. Further, the signal light layer is typically laminated on the base light layer in a single layer or typically two or more layers. In particular, when there are two or more signal light layers, signal lights having the same or different PL emission characteristics are input to each. In the quantum dot layer portion, a buffer layer, a cap layer, a passivation layer, a protective layer, a base layer, or the like including, for example, GaAs, InAs, InGaAs, or the like may be stacked between or above these layers.

ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーの夫々には、複数の量子ドット(QD:Quantum Dots)が配列されている。複数の量子ドットは、一つのレイヤー内に2次元配列された量子ドットのうちの相隣接したもの同士間及び複数のレイヤーに3次元配列された量子ドットのうち相対面するもの同士間にて、ベース光の入力を条件として、近接場光の相互作用による結合が起こるように、或いは発光の伝播が起こるように構成されている。   A plurality of quantum dots (QD: Quantum Dots) are arranged in each of the base light layer and the signal light layer. A plurality of quantum dots are arranged between two adjacent ones of two-dimensionally arranged quantum dots in one layer and between ones facing each other among three-dimensionally arranged quantum dots. On the condition that the base light is input, the coupling is caused by the interaction of the near-field light, or the light emission is propagated.

ここで特に、例えばレーザー制御装置などの制御手段により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第1波長(例えば、2つ以上のPL発光ピーク波長のうちの一つ或いは一番目に大きいピークを与える波長など)に切り替えられているとする。又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。この状態で、制御手段により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。   Here, in particular, the wavelength of at least one of the base light and the signal light is set to a first wavelength (for example, one or one of two or more PL emission peak wavelengths by a control unit such as a laser control device). The wavelength that gives the second largest peak). Alternatively, it is assumed that default setting or initial setting is made. In this state, the signal light is changed by the control means in accordance with the value of information provided for the logical operation to be executed.

ここに「第1波長」や「第2波長」という場合における、光の「波長」とは、量子ドットレイヤー部にて近接場光を引き起こす単一の波長を中央に含む、ある幅を持った波長域或いは帯域を意味する。典型的には、PL発光におけるピークを与える一又は複数の波長のうちのいずれか一つを中心に含むと共に該一つの波長に係る波長スペクトル上の高パワー部分をカバーするだけの幅を持った波長域或いは帯域を意味する。   Here, in the case of “first wavelength” and “second wavelength”, the “wavelength” of light has a certain width including a single wavelength in the center that causes near-field light in the quantum dot layer portion. It means wavelength range or band. Typically, it includes at least one of one or more wavelengths giving a peak in PL emission, and has a width sufficient to cover a high power portion on the wavelength spectrum related to the one wavelength. It means wavelength range or band.

波長の「切り替え」は、例えば、半導体レーザ等から構成されるベース光源手段や信号光源手段に対して印加される、周波数信号、電源信号、発振条件等を切り替えることで、ベース光源手段や信号光源手段から出射される時点における光の波長を切り替えてもよい。例えば、発振周波数自体を切り替えてもよい。或いは、ベース光源手段や信号光源手段から出射られた後の光に対して、切り替え可能な帯域シャッターや帯域フィルタをかけることで、波長を切り替えてもよい。即ち、この場合には、半導体レーザ等のベース光源手段や信号光源手段では、波長の切り替えの前後で同一の発振状態とされる。   Wavelength "switching" is performed by switching a frequency signal, a power supply signal, an oscillation condition, etc. applied to a base light source means or a signal light source means composed of a semiconductor laser or the like, for example. The wavelength of light at the time of emission from the means may be switched. For example, the oscillation frequency itself may be switched. Alternatively, the wavelength may be switched by applying a switchable band shutter or band filter to the light emitted from the base light source means or the signal light source means. That is, in this case, the base light source means and the signal light source means such as a semiconductor laser are brought into the same oscillation state before and after the wavelength switching.

すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第1波長に対応するものとして予め想定されている、例えば量子ドットレイヤー部に固有の第1種類の論理動作(例えば、ANDゲート、ORゲート、NANDゲート、NOTゲートなどのうちの固定された一つ)の演算結果を表すことになる。第1種類の論理動作が具体的に何であるかは、量子ドットレイヤー部の設計事項に委ねられる。   Then, the intensity of the output light from the quantum dot layer part is assumed in advance to correspond to the first wavelength, for example, a first type of logical operation unique to the quantum dot layer part (for example, an AND gate) , OR gate, NAND gate, NOT gate, etc.). The specifics of the first type of logical operation are left to the design matters of the quantum dot layer portion.

その後、制御手段により、例えば外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンド等に従って、適宜に、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第2波長(例えば、2つ以上のPL発光ピーク波長のうちの他の一つ或いは二番目に大きいピークを与える波長など)に切り替えられる。或いは、制御手段により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第2波長に切り替えられている又はデフォールト設定若しくは初期設定されているとする。   Thereafter, the control means appropriately sets the wavelength of at least one of the base light and the signal light to a second wavelength (for example, two wavelengths) according to a command or the like given from the outside or generated internally. The other PL emission peak wavelength or the wavelength giving the second largest peak, etc.). Alternatively, it is assumed that the wavelength of at least one of the base light and the signal light is switched to the second wavelength or is set by default or initially by the control means.

この状態で、制御手段により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の高低或いは強弱が、例えば、第2波長に対応するものとして予め想定されている量子ドットレイヤー部に固有の第2種類の論理動作(例えば、ANDゲート、ORゲート、NANDゲート、NOTゲートなどのうちの、第1種類の論理動作とは異なる固定された、他の一つ)の演算結果を表すことになる。第2種類の論理動作が具体的に何であるかは、量子ドットレイヤー部の設計事項に委ねられる。   In this state, the signal light is changed by the control means in accordance with the value of information provided for the logical operation to be executed. Then, the light intensity level of the output light from the quantum dot layer part is, for example, a second type of logical operation inherent in the quantum dot layer part that is assumed in advance as corresponding to the second wavelength (for example, Of the AND gate, the OR gate, the NAND gate, the NOT gate, and the like, the operation result of the other one (fixed different from the first type of logical operation) is represented. The specifics of the second type of logic operation are left to the design matters of the quantum dot layer portion.

なお、制御手段は、信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように(例えば、オンオフの2値変化或いは多値変化させるように)、典型的には、信号光源手段を制御する。更に、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、要求される論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように、典型的には、ベース光源手段及び信号光源手段のうち少なくとも一方を制御する。   Note that the control means typically changes the signal light in accordance with the value of information provided to the logical operation to be executed (for example, to change the binary value of ON / OFF or multi-value change). Controls the signal light source means. Further, typically, at least one of the base light source means and the signal light source means is controlled so that the wavelength of at least one of the base light and the signal light is appropriately switched according to the type of logical operation required. To do.

以上の結果、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、複数種類の論理動作を行うことが可能となる。従って、要求される論理動作の数だけ、異なる量子ドットレイヤー部が必要でなくなる。この結果、要求される論理動作が多くなっても、それに比例して量子ドットレイヤー部の個数が増えないで済み、回路規模が相対的には大きくならなくて済む。これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに大きく貢献し得る。   As a result, a plurality of types of logical operations can be performed by using light of different wavelengths using a single quantum dot layer portion. Therefore, as many different quantum dot layer portions as the number of required logic operations are not required. As a result, even if the required logical operation is increased, the number of quantum dot layer portions does not increase in proportion to this, and the circuit scale does not have to become relatively large. This can greatly contribute to the greatest advantage of the optical logic circuit, such as circuit miniaturization, high-speed operation, and low power consumption.

このように、光論理回路において、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。
<2>
本実施形態の光論理回路の一態様では、前記少なくとも一つのレイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長である。
In this way, in the optical logic circuit, the enlargement of the circuit scale can be suppressed, and extremely efficient logic operation is possible.
<2>
In one aspect of the optical logic circuit of the present embodiment, the at least one layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the wavelength of the at least one light is the two or more PL emission peak wavelengths. It is a wavelength corresponding to at least one of the wavelengths.

この態様によれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第1波長に切り替えられている場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)少なくとも一つの光の波長が第2波長に切り替えられている場合に、第2種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、2つ以上のPL発光ピーク波長の、各々のピーク波長(例えば、一番目に大きいピーク波長及び二番目に大きいピーク波長)を積極的に利用することで、安定した或いは確実な論理動作が実行可能となる。
<3>
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、前記信号光源手段は、前記信号光の第i(但し、iは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光用レイヤーの第iレイヤーに向けて発する。
According to this aspect, for at least one layer, (i) when the wavelength of at least one light is switched to the first wavelength, the first type of logical operation is performed, and (ii) at least one layer When the wavelength of light is switched to the second wavelength, a configuration in which the second type of logical operation is performed can be realized relatively easily. In particular, by actively using each of the two or more PL emission peak wavelengths (for example, the first largest peak wavelength and the second largest peak wavelength), stable or reliable logic operation can be achieved. It becomes executable.
<3>
In another aspect of the optical logic circuit of the present embodiment, the quantum dot layer portion is formed by laminating the first layer to the m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) as the signal light layer, The signal light source means emits the i-th signal light (where i is a natural number from 1 to m) of the signal light toward the i-th layer of the signal light layer.

この態様によれば、信号光源手段から、第i信号光が、第iレイヤーに夫々入力される(但し、i=1、…、m)。例えば、単純な場合には、量子ドットレイヤー部は、信号光用レイヤーとして、第1レイヤー及び第2レイヤーが積層されてなり、信号光源手段から、第1信号光が第1レイヤーに入力され、第2信号光が、第2レイヤーに入力される。   According to this aspect, the i-th signal light is input to the i-th layer from the signal light source means (where i = 1,..., M). For example, in a simple case, the quantum dot layer part is formed by laminating a first layer and a second layer as a signal light layer, and the first signal light is input to the first layer from the signal light source means, The second signal light is input to the second layer.

すると、例えば、第i信号光の波長が、まとめて第1波長に切り替えられていると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第1種類の論理動作の演算結果を表すことになる。他方で、例えば、第i信号光の波長が、まとめて第2波長に切り替えられていると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第2種類の論理動作の演算結果を表すことになる。   Then, for example, when the wavelengths of the i-th signal light are collectively switched to the first wavelength, the intensity of the output light from the quantum dot layer portion represents the calculation result of the first type of logical operation. It will be. On the other hand, for example, when the wavelengths of the i-th signal light are collectively switched to the second wavelength, the light intensity of the output light from the quantum dot layer portion determines the calculation result of the second type of logical operation. Will represent.

なお、第i信号光の波長は、まとめて同一の波長に切り替えられる必要は必ずしもなく、それらのうちの少なくとも一つ若しくは全ての波長が、相異なるように切り替えられてもよい。ベース光及びベース光用レイヤーについては、夫々一つのみであってもよいし、夫々複数あってよい。
<4>
この態様では、前記信号光用レイヤーの第iレイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーの第j(但し、jはiと異なる1からmまでの自然数)レイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記2つ以上のPL発光ピーク波長及び前記1つ以上のPL発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長であってよい。
The wavelengths of the i-th signal light do not necessarily have to be switched to the same wavelength collectively, and at least one or all of them may be switched to be different. Regarding the base light and the base light layer, there may be only one or a plurality of layers.
<4>
In this aspect, the i-th layer of the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the j-th of the signal light layer (where j is a natural number from 1 to m different from i). The layer has a PL emission characteristic that is at least partially different from that of the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths, and the wavelength of the at least one light is the two or more PL emission peak wavelengths. And a wavelength corresponding to at least one of the one or more PL emission peak wavelengths.

このように構成すれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第1波長に切り替えられている場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)少なくとも一つの光の波長が第2波長に切り替えられている場合に、第2種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、2つ以上のPL発光ピーク波長の、各々のピーク波長を積極的に利用することで、少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有する複数の信号光用レイヤーを採用しつつ、安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。
<5>
この信号光用レイヤーとして第1レイヤーから第mレイヤーがある態様では、前記ベース光用レイヤー及び前記第1レイヤーから前記第mレイヤーのうち、一対をなす二つのレイヤーは、相互に対応するPL発光ピーク波長を少なくとも一つ有すると共に、前記量子ドットレイヤー部内において、近接場光の相互作用による結合が可能な位置に夫々配置されており、前記一対をなす二つのレイヤーが、一つ以上存在するように構成してもよい。
With this configuration, for at least one layer, (i) when the wavelength of at least one light is switched to the first wavelength, the first type of logical operation is performed, and (ii) at least one layer A configuration in which the second type of logical operation is performed when the wavelength of one light is switched to the second wavelength can be realized relatively easily. In particular, by actively using each peak wavelength of two or more PL emission peak wavelengths, a plurality of signal light layers having at least partially different PL emission characteristics can be adopted, and stable or reliable Multiple types of logical operations can be performed.
<5>
In the aspect in which the first layer to the m-th layer are used as the signal light layers, two layers of the base light layer and the first layer to the m-th layer have a pair of PL emission corresponding to each other. It has at least one peak wavelength, and is arranged in the quantum dot layer portion at a position where coupling by near-field light interaction is possible, so that at least one of the two layers forming the pair exists. You may comprise.

このように構成すれば、一対をなす二つのレイヤーについて言えば、上記相互に対応するPL発光ピーク波長に、信号光及びベース光の波長が切り替えられた場合には、近接場光の相互作用による結合が発生する。ここに「相互に対応するPL発光ピーク波長を少なくとも一つ有する」とは、PL発光スペクトルの全域が相互に同一である必要はなく、各々のPL発光スペクトル中におけるPL発光ピーク波長が、相互にぼぼ又は完全に一致している意味である。これに対して、上記相互に同一のPL発光ピーク波長ではない波長に、信号光及びベース光の波長が切り替えられた場合には、少なくともこの上記相互に同一のPL発光ピーク波長については、近接場光の相互作用による結合が発生しない。よって、これらの一対をなす二つのレイヤーについて言えば、近接場光の相互作用による結合に応じた光強度の強弱が、上記相互に同一のPL発光ピーク波長を利用する場合と利用しない場合とで、それらの出力光において如実に表れる。よって、これらの出力光を、複数種類の論理動作の結果を示す出力光として、利用できる。   If comprised in this way, if it says about two layers which make a pair, when the wavelength of a signal light and a base light is switched to the PL light emission peak wavelength corresponding to the mutual, it will depend on the interaction of near field light. Bonding occurs. Here, “having at least one PL emission peak wavelength corresponding to each other” does not require that the entire PL emission spectrum is mutually identical, and the PL emission peak wavelengths in each PL emission spectrum are mutually different. This means that it is roughly or exactly the same. On the other hand, when the wavelength of the signal light and the base light is switched to a wavelength that is not the same PL emission peak wavelength, the near field is at least about the same PL emission peak wavelength. No coupling occurs due to the interaction of light. Therefore, regarding the two layers forming a pair, the intensity of light according to the coupling due to the interaction of near-field light depends on whether the same PL emission peak wavelength is used or not. It appears clearly in their output light. Therefore, these output lights can be used as output lights indicating the results of a plurality of types of logic operations.

なお、近接場光の相互作用による結合が可能な配置とは、典型的には、他の信号光用レイヤーを間に介することなく直接積層されており且つ少なくとも部分的に量子ドットが相対面するような配置である。   The arrangement capable of coupling by interaction of near-field light is typically directly stacked without interposing another signal light layer, and at least partially facing the quantum dots. It is such an arrangement.

更に、このよう一対をなす二つのレイヤーが複数存在すれば、その分だけ、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、より複雑な論理動作を実行させることも可能となる。   Further, if there are a plurality of pairs of two layers as described above, it is possible to execute a more complicated logical operation by using a single quantum dot layer portion.

例えば、複数のPL発光波長のうち、第1番目のものについては、全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のPL発光波長のうち、第2番目のものについては、ベース光レイヤーから1番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のPL発光波長のうち、第3番目のものについては、ベース光レイヤーから1番目及び2番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のPL発光波長のうち、第4番目のものについては、ベース光レイヤーから1番目〜3番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、以下同様に、複数のPL発光波長のうち、第Nのものについては、ベース光レイヤーから1番目〜(N−1)番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成される。そして、間に他の信号光用レイヤーを介在することなく隣接して積層されたレイヤー間は、近接場光の相互作用による結合が可能であるとする。   For example, the first one of the plurality of PL emission wavelengths is configured to have all the signal light layers and the base light layer, and the second one of the plurality of PL emission wavelengths. Is configured to have all signal light layers and base light layers except the signal light layer that is the first farthest from the base light layer, and the third of the plurality of PL emission wavelengths Is configured to have all the signal light layers and the base light layers except the signal light layer that is the first and second farthest from the base light layer, and is the fourth of the PL emission wavelengths. For all signal light layers and base light layers except the signal light layer that is the first to third furthest from the base light layer. Similarly, for the Nth of the plurality of PL emission wavelengths, all except the signal light layer that is the first to (N−1) th farthest from the base light layer. The signal light layer and the base light layer are configured to have. Further, it is assumed that the layers stacked adjacently without interposing another signal light layer therebetween can be coupled by the interaction of near-field light.

このようにPL発光特性を有するように各信号光用レイヤー及びベースレイヤーを構成すれば、複数のPL発光波長のうちいずれの波長に信号光及びベース光の波長を切り替えた場合にも、ベース光用レイヤーから、近接場光の相互作用による結合が届く信号光用レイヤーの位置、或いは、該結合が届く総数が一義的に決まる。このため、いずれの波長を利用するかにより、出力光における近接場光に起因する光強度の強弱が変わる。よって、全ての信号光用レイヤーをあますところなく使って、各種の論理動作を行わせるのに極めて好都合な単一の量子ドットレイヤー部を構築可能となる。
<6>
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記信号光を変化させるように前記信号光源手段を制御し、前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段のうち少なくとも一方を制御する。
If each signal light layer and base layer are configured so as to have PL light emission characteristics in this way, the base light can be obtained even when the wavelength of the signal light and the base light is switched to any of the plurality of PL light emission wavelengths. The position of the signal light layer to which the coupling due to the interaction of the near-field light reaches, or the total number to which the coupling reaches is uniquely determined from the layer for the near field. For this reason, the intensity of the light intensity caused by the near-field light in the output light changes depending on which wavelength is used. Therefore, it is possible to construct a single quantum dot layer portion that is extremely convenient for performing various logical operations by using all the signal light layers.
<6>
In another aspect of the optical logic circuit of the present embodiment, the control means controls the signal light source means so as to change the signal light, and the base light source means so as to switch the wavelength of the at least one light. And at least one of the signal light source means.

この態様によれば、動作時に、例えばレーザー制御装置である制御手段により、信号光を、例えばオンオフの2値変化等にて、変化させるように、例えば半導体レーザである信号光源手段が制御される。更に、例えばレーザー制御装置である制御手段により、少なくとも一つの光の波長を、例えば第1及び第2波長間で、切り替えるように、例えば夫々半導体レーザであるベース光源手段及び信号光源手段のうち少なくとも一方が制御される。よって、安定的に且つ確実に複数種類の論理動作を実行することが可能となる。
<7>
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記ベース光及び前記信号光の全ての光の波長を同一波長へと切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する。
According to this aspect, during operation, the signal light source means, for example, a semiconductor laser is controlled so that the signal light is changed by, for example, a binary change of on / off, etc., by the control means, for example, a laser control device. . Furthermore, at least one of a base light source means and a signal light source means, each of which is a semiconductor laser, for example, is switched so that the wavelength of at least one light is switched between, for example, the first and second wavelengths by a control means, for example, a laser control device. One is controlled. Therefore, a plurality of types of logic operations can be executed stably and reliably.
<7>
In another aspect of the optical logic circuit of the present embodiment, the control unit switches the base light source unit and the signal light source unit so as to switch all wavelengths of the base light and the signal light to the same wavelength. Control.

この態様によれば、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって、ベース光及び信号光の全ての光の波長が、同一波長へと一斉に切り替えられる。このため、例えば、全てのレイヤーにてPL発光ピーク波長を統一して使うことで、安定的に且つ確実に論理動作を実行することが可能となる。
<8>
この態様では、前記少なくとも一つのレイヤーは、前記全ての波長が前記同一波長として前記第1波長に切り替えられている場合に、前記第1種類としてANDゲートの論理動作を行い、前記全ての光の波長が前記同一波長として前記第2波長に切り替えられている場合に、前記第2種類としてNOTゲートの論理動作を行うように構成されてもよい。
According to this aspect, under the control of the control means, the base light source means and the signal light source means switch all the wavelengths of the base light and the signal light to the same wavelength all at once. For this reason, for example, by using the PL emission peak wavelength in the same manner in all layers, it is possible to execute the logic operation stably and reliably.
<8>
In this aspect, the at least one layer performs a logical operation of an AND gate as the first type when all the wavelengths are switched to the first wavelength as the same wavelength, and When the wavelength is switched to the second wavelength as the same wavelength, a NOT gate logical operation may be performed as the second type.

このように構成すれば、一方で、少なくとも一つの光の波長が第1波長に切り替えられている場合に、ANDゲートの論理動作が行われる。他方で、少なくとも一つの光の波長が第2波長に切り替えられている場合に、NOTゲートの論理動作が行われる。即ち、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、ANDゲートの論理動作とNOTゲートの論理動作とを選択的に適宜に実行することが可能となる。これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに大きく貢献し得る。
<9>
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記量子ドットレイヤー部からの前記ベース光及び前記信号光に起因する出力光を、前記量子ドットレイヤー部の積層方向にて受光する垂直受光素子及び前記量子ドットレイヤー部の水平方向にて受光する水平受光素子のうち少なくとも一つの受光素子を更に備える。
With this configuration, when the wavelength of at least one light is switched to the first wavelength, the logical operation of the AND gate is performed. On the other hand, the logical operation of the NOT gate is performed when the wavelength of at least one light is switched to the second wavelength. That is, by using light of different wavelengths using a single quantum dot layer portion, it is possible to selectively execute the logical operation of the AND gate and the logical operation of the NOT gate appropriately. This can greatly contribute to the greatest advantage of the optical logic circuit, such as circuit miniaturization, high-speed operation, and low power consumption.
<9>
In another aspect of the optical logic circuit of the present embodiment, a vertical light receiving element that receives the base light from the quantum dot layer part and output light resulting from the signal light in the stacking direction of the quantum dot layer part, and It further comprises at least one light receiving element among horizontal light receiving elements that receive light in the horizontal direction of the quantum dot layer portion.

この態様によれば、第1種類や第2種類の論理動作が行われた結果に対応して、光強度に強弱が付与された出力光が、量子ドットレイヤー部から出射される。出力光の一つとして「水平出力光」が、例えば量子ドットレイヤー部の側面から各層に沿った水平方向に出射されて、水平受光素子によって受光される。或いは、出力光の他の一つとして「垂直出力光」が、例えば量子ドットレイヤー部の上面から該上面に垂直な方向に出射されて、垂直受光素子によって受光される。よって、受光素子の受光出力として、論理動作の演算結果を引き出せる。   According to this aspect, corresponding to the result of the first type or second type logical operation being performed, the output light to which the intensity of light is given is emitted from the quantum dot layer unit. As one of the output lights, for example, “horizontal output light” is emitted in the horizontal direction along each layer from the side surface of the quantum dot layer portion and received by the horizontal light receiving element. Alternatively, “vertical output light” as another output light is emitted, for example, from the upper surface of the quantum dot layer portion in a direction perpendicular to the upper surface, and is received by the vertical light receiving element. Therefore, the operation result of the logic operation can be extracted as the light reception output of the light receiving element.

このように出力光を、受光素子で受光する構成を採用することなく、次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。このようにすれば、連続的な論理動作が可能となる。或いは、出力光の一部を、受光素子で受光し、出力光の他部を、次段の光論理回路へ入力させる構成を採用してもよい。   As described above, a configuration in which the output light is input directly or through a light guide to the optical logic circuit in the next stage may be employed without adopting a configuration in which the output light is received by the light receiving element. In this way, continuous logical operation is possible. Alternatively, a configuration may be adopted in which a part of the output light is received by the light receiving element and the other part of the output light is input to the optical logic circuit in the next stage.

なお、複数の信号光用レイヤーが積層されている場合には、夫々の信号光用レイヤーの側面から出力される水平出力光を夫々、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよいし、ベース光用レイヤーの側面から出力される水平出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよい。更に、量子ドットレイヤー部の一端に位置する信号光用レイヤーから出射される垂直出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよいし、量子ドットレイヤー部の他端に位置するベース光用レイヤーから出射される垂直出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよい。
<10>
この態様では、前記制御手段は、前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することに加えて又は代えて、前記少なくとも一つの受光素子で受光する段階にて、前記論理演算に用いられる前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように、前記少なくとも一つの受光素子を制御してもよい。
When a plurality of signal light layers are stacked, the horizontal output light output from the side surface of each signal light layer may be used as output light that indicates the calculation result in some form. Then, the horizontal output light output from the side surface of the base light layer may be used as output light indicating the calculation result in some form. Furthermore, the vertical output light emitted from the signal light layer positioned at one end of the quantum dot layer portion may be used as output light indicating the calculation result in some form, or positioned at the other end of the quantum dot layer portion. The vertical output light emitted from the base light layer may be used as output light that indicates the calculation result in some form.
<10>
In this aspect, the control means receives light by the at least one light receiving element in addition to or instead of controlling the base light source means and the signal light source means to switch the wavelength of the at least one light. Then, the at least one light receiving element may be controlled so as to switch a wavelength of the at least one light used for the logical operation.

このように構成すれば、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって少なくとも一つの光の波長が切り替えられることに加えて、受光素子で受光する段階にて、論理演算に用いられる少なくとも一つの光の波長が切り替えられる。或いは、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって光の波長が切り替えられることなく、受光素子で受光する段階にて、論理演算に用いられる少なくとも一つの光の波長が切り替えられる。   If comprised in this way, in addition to the wavelength of at least one light being switched by the base light source means and the signal light source means under the control of the control means, it is used for logical operation at the stage of receiving light by the light receiving element. The wavelength of at least one light is switched. Alternatively, under the control of the control means, the wavelength of light is not switched by the base light source means and the signal light source means, but at the stage of receiving light by the light receiving element, the wavelength of at least one light used for the logical operation is switched.

ここに「受光素子で受光する段階」とは、受光素子に受光されるときだけでなく、出力光が量子ドットレイヤー部から出射されたとき、出力光が受光素子に受光されて受光信号とされたときなど、量子ドットレイヤー部から出射された後の任意の段階を意味する。即ち、出射された出力光に対して、切り替え可能な帯域シャッターや帯域フィルタをかけることで、波長を切り替えてもよい。帯域性を有する受光素子を切り替えることで或いは分光後に受光する帯域性を有する受光素子を選択的に用いることで、波長を切り替えてもよい。受光信号に対して、帯域フィルタをかけることで、又は帯域フィルタを透過した信号成分を利用することで、波長を切り替えてもよい。   Here, “the stage of receiving light by the light receiving element” means not only when the light receiving element receives light but also when the output light is emitted from the quantum dot layer part, the output light is received by the light receiving element and used as a light receiving signal. It means an arbitrary stage after being emitted from the quantum dot layer part. That is, the wavelength may be switched by applying a switchable band shutter or band filter to the emitted output light. The wavelength may be switched by switching a light receiving element having band characteristics or selectively using a light receiving element having band characteristics for receiving light after spectroscopy. The wavelength may be switched by applying a band filter to the received light signal or using a signal component that has passed through the band filter.

いずれの場合にも、切り替えられた波長を受光素子にて安定して且つ確実に受光することができ、よって安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。
<11>
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記信号光を、前記情報としてのデジタル情報及びアナログ情報の少なくとも一方の値に応じて変化させる。
In any case, the switched wavelength can be stably and surely received by the light receiving element, so that a plurality of kinds of stable or reliable logic operations can be executed.
<11>
In another aspect of the optical logic circuit of this embodiment, the control means changes the signal light according to at least one value of digital information and analog information as the information.

この態様によれば、制御手段によって、信号光がデジタル情報の「1」及び「0」に対応する形で、オンオフに2値変化される。或いは、制御手段によって、信号光が、アナログ的に、中間調を含めた多値変化される。即ち、信号光の光強度が、アナログ情報の値に応じて連続的又は断続的に多値変化される。この結果、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、デジタル的な又はアナログ的な、複数種類の論理動作を行うことも可能となる。
(光論理回路の制御方法の実施形態)
<12>
本実施形態の光論理回路の制御方法は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備えた光論理回路を制御する制御方法であって、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させる変化工程と、前記ベース光及び前記信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替える切替工程とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記少なくとも一つの光の波長が前記切替工程により第1波長に切り替えられている場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つの光の波長が前記切替工程により前記第1波長とは異なる第2波長に切り替えられている場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている。
According to this aspect, the signal light is binary-changed on and off by the control means in a form corresponding to “1” and “0” of the digital information. Alternatively, the signal light is analog-changed in multiple values including a halftone by the control means. That is, the light intensity of the signal light is changed in multiple values continuously or intermittently according to the value of the analog information. As a result, by using light of different wavelengths using a single quantum dot layer portion, it is also possible to perform a plurality of types of logical operations such as digital or analog.
(Embodiment of control method of optical logic circuit)
<12>
In order to solve the above problems, the optical logic circuit control method of the present embodiment has a quantum dot layer portion in which a base light layer and a signal light layer are laminated, and directs the base light toward the base light layer. A control method for controlling an optical logic circuit comprising a base light source means for emitting and a signal light source means for emitting signal light toward the signal light layer, wherein the signal light is subjected to a logical operation to be executed. A change step that changes according to the value of the information to be performed, and a switching step that appropriately switches the wavelength of at least one of the base light and the signal light according to the type of the logical operation, and the base light At least one of the signal layer and the signal light layer is: (i) when the wavelength of the at least one light is switched to the first wavelength by the switching step; In addition, when the first type of logical operation is performed and (ii) the wavelength of the at least one light is switched to the second wavelength different from the first wavelength by the switching step, the first type A second type of logical operation different from the above is performed.

本実施形態の光論理回路の制御方法によれば、例えば外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンド等に従って、切替工程により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第1又は第2波長に、適宜に切り替えられる。これに相前後して、ベース光源手段からベース光がベース光用レイヤーに入力され、信号光源手段から信号光が信号光用レイヤーに入力される。この際、変化工程により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、現在切り替えられているところの第1又は第2波長に対応するものとして予め想定されている量子ドットレイヤー部に固有の第1又は第2種類の論理動作(例えば、ANDゲート又はNOゲート)の演算結果を表すことになる。   According to the control method of the optical logic circuit of the present embodiment, the wavelength of at least one of the base light and the signal light is changed by the switching step according to a command given from the outside or internally generated arithmetic processing, for example. , And appropriately switched to the first or second wavelength. At the same time, base light is input from the base light source means to the base light layer, and signal light is input from the signal light source means to the signal light layer. At this time, the signal light is changed according to the value of the information provided for the logical operation to be executed by the changing step. Then, the intensity or intensity of the output light from the quantum dot layer portion is first or inherent to the quantum dot layer portion assumed in advance as corresponding to the first or second wavelength that is currently switched. It represents the operation result of the second type of logical operation (for example, AND gate or NO gate).

このように、上述した本発明の光論理回路の場合と同様に、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、複数種類の論理動作を行うことが可能となる。
(集積回路の実施形態)
<13>
本実施形態の集積回路は上記課題を解決するために、複数の光論理回路が集積されてなり、前記複数の光論理回路は夫々、上述した本実施形態にかかる光論理回路(但し、その各種態様を含む)である。
Thus, as in the case of the optical logic circuit of the present invention described above, a plurality of types of logical operations can be performed by using light of different wavelengths using a single quantum dot layer portion. It becomes.
(Embodiment of integrated circuit)
<13>
In order to solve the above problems, the integrated circuit of the present embodiment is formed by integrating a plurality of optical logic circuits, and each of the plurality of optical logic circuits is an optical logic circuit according to the above-described embodiment (however, various types thereof) Embodiment).

本実施形態の集積回路によれば、上述した本実施形態の光論理回路を複数集積してなるので、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに適している。   According to the integrated circuit of the present embodiment, a plurality of the optical logic circuits of the present embodiment described above are integrated, which is suitable for reducing the size of the circuit, increasing the operation speed, and reducing the power consumption.

この際特に、複数の光論理回路間で、量子ドットレイヤー部、ベース光源手段、信号光源手段及び制御手段のうち少なくとも一つが、少なくとも部分的に共用されてもよい。また、少なくとも一部の光論理回路における入力光及び出力光の少なくとも一部については、一の光論理回路からの出力光を、そのまま次段の光論理回路の入力光として用いてもよい。或いは、少なくとも一部の光論理回路における入力光及び出力光の少なくとも一部については、一の光論理回路からの出力光を受光素子で受光し、これに対応する入力光を新たに信号光源手段から発生させて次段の光論理回路に入力させてもよい。   In particular, at least one of the quantum dot layer unit, the base light source unit, the signal light source unit, and the control unit may be shared at least partially between the plurality of optical logic circuits. Further, for at least a part of the input light and the output light in at least some of the optical logic circuits, the output light from one optical logic circuit may be used as it is as the input light of the next stage optical logic circuit. Alternatively, for at least a part of the input light and the output light in at least some of the optical logic circuits, the output light from one optical logic circuit is received by the light receiving element, and the corresponding input light is newly signal light source means May be input to the optical logic circuit in the next stage.

いずれにせよ、集積回路全体の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。
(光論理素子の実施形態)
<14>
本発明の第1の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。
In any case, enlargement of the entire integrated circuit can be suppressed, and extremely efficient logic operation is possible.
(Embodiment of optical logic element)
<14>
In order to solve the above problems, the first optical logic element of the present invention has the above-described quantum dot layer portion used in the above-described optical logic circuit according to the present invention.

本発明の第1の光論理素子によれば、上述した本発明に係る光論理回路の場合と同様に、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。特に、ベース光源手段及び信号光源手段の少なくとも一方が、光論理回路から離間して配置されており、ベース光、信号光などの光が、光論理回路まで、例えば光ファイバー、導波回路等を介して送られてくる場合などにも、対応可能となる。制御手段による制御についても、少なくとも部分的に遠隔操作による制御であってよい。
<15>
本発明の第2の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る集積回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。
According to the first optical logic element of the present invention, as in the case of the optical logic circuit according to the present invention described above, enlargement of the circuit scale can be suppressed, and extremely efficient logic operation is possible. In particular, at least one of the base light source means and the signal light source means is disposed apart from the optical logic circuit, and the light such as the base light and the signal light is transmitted to the optical logic circuit via, for example, an optical fiber or a waveguide circuit. It is also possible to respond to cases such as The control by the control means may be at least partially controlled by remote operation.
<15>
In order to solve the above problems, the second optical logic element of the present invention has the above-described quantum dot layer portion used in the above-described integrated circuit according to the present invention.

本発明の第2の光論理素子によれば、上述した本発明に係る集積回路の場合と同様に、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに適している。特に、ベース光源手段及び信号光源手段の少なくとも一方が、光論理回路から離間して配置されており、ベース光、信号光などの光が、光論理回路まで、例えば光ファイバー、導波回路等を介して送られてくる場合などにも、対応可能となる。制御手段による制御についても、少なくとも部分的に遠隔操作による制御であってよい。
<16>
本発明の第3の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有し、前記信号光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有する。
According to the second optical logic element of the present invention, as in the case of the integrated circuit according to the present invention described above, it is suitable for downsizing of the circuit, high-speed operation, low power consumption, and the like. In particular, at least one of the base light source means and the signal light source means is disposed apart from the optical logic circuit, and the light such as the base light and the signal light is transmitted to the optical logic circuit via, for example, an optical fiber or a waveguide circuit. It is also possible to respond to cases such as The control by the control means may be at least partially controlled by remote operation.
<16>
In order to solve the above-described problem, a third optical logic element of the present invention has the above-described quantum dot layer portion used in the above-described optical logic circuit according to the present invention, and the signal light layer includes two or more layers. PL emission peak wavelength.

本発明の第3の光論理素子によれば、上述した本発明に係る光論理回路の場合と同様に、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。特に、信号光用レイヤーが有する2つ以上のPL発光ピーク波長を適宜利用することで、より効率的な論理動作が可能となる。
<17>
本発明の第3の光論理素子の一態様では、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、前記信号光源手段は、前記信号光の第i(但し、iは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光用レイヤーの第iレイヤーに向けて発し、前記信号光用レイヤーの第iレイヤーは、前記2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーの第j(但し、jはiと異なる1からmまでの自然数)レイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記2つ以上のPL発光ピーク波長及び前記1つ以上のPL発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長である。
According to the third optical logic element of the present invention, as in the case of the optical logic circuit according to the present invention described above, enlargement of the circuit scale can be suppressed, and extremely efficient logic operation is possible. In particular, more efficient logic operation can be performed by appropriately using two or more PL emission peak wavelengths of the signal light layer.
<17>
In one aspect of the third optical logic element of the present invention, the quantum dot layer portion is formed by laminating a first layer to an m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) as the signal light layer. The signal light source means emits the i-th signal light (where i is a natural number from 1 to m) of the signal light toward the i-th layer of the signal light layer, The i layer has the two or more PL emission peak wavelengths, and the jth layer (where j is a natural number from 1 to m different from i) of the signal light layer is at least a portion of the i layer. And having at least one PL emission peak wavelength, the at least one light wavelength being the two or more PL emission peak wavelengths and the one or more PL emission peak wavelengths. No It is a wavelength corresponding to at least one wavelength of.

このように構成すれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第1波長に切り替えられている場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)少なくとも一つの光の波長が第2波長に切り替えられている場合に、第2種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、2つ以上のPL発光ピーク波長の、各々のピーク波長を積極的に利用することで、少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有する複数の信号光用レイヤーを採用しつつ、安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。   With this configuration, for at least one layer, (i) when the wavelength of at least one light is switched to the first wavelength, the first type of logical operation is performed, and (ii) at least one layer A configuration in which the second type of logical operation is performed when the wavelength of one light is switched to the second wavelength can be realized relatively easily. In particular, by actively using each peak wavelength of two or more PL emission peak wavelengths, a plurality of signal light layers having at least partially different PL emission characteristics can be adopted, and stable or reliable Multiple types of logical operations can be performed.

本実施形態のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present embodiment will be clarified from examples described below.

以上説明したように、本実施形態に係る光論理回路によれば、量子ドットレイヤー部、ベース光源手段、信号光源手段、及び制御手段を備えるので、回路規模の肥大化を抑制可能となり、極めて効率的な論理動作が可能となる。本実施形態に係る光論理回路の制御方法によれば、変化工程及び切替工程を備えるので、単一の量子ドットレイヤー部を用いて複数種類の論理動作を行うことが可能となる。本実施形態に係る集積回路によれば、上述した本実施形態の光論理回路を備えるので、集積回路全体の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。本実施形態に係る光論理素子によれば、量子ドットレイヤー部を備えるので、回路規模の肥大化を抑制可能となり、極めて効率的な論理動作が可能となる。   As described above, according to the optical logic circuit according to the present embodiment, since the quantum dot layer unit, the base light source unit, the signal light source unit, and the control unit are provided, the enlargement of the circuit scale can be suppressed and extremely efficient. Logical operation is possible. According to the control method of the optical logic circuit according to the present embodiment, since the change process and the switching process are provided, it is possible to perform a plurality of types of logic operations using a single quantum dot layer unit. According to the integrated circuit according to the present embodiment, since the optical logic circuit of the present embodiment described above is provided, enlargement of the entire integrated circuit can be suppressed, and extremely efficient logical operation is possible. According to the optical logic device according to the present embodiment, since the quantum dot layer portion is provided, the enlargement of the circuit scale can be suppressed, and extremely efficient logic operation is possible.

以下、図面を参照しながら、本発明の各種実施例について説明する。尚、以下では、本発明に係る光論理回路を、信号光の波長を切り替えることにより、ANDゲート及びNOTゲートとして利用できる例について説明する。
<光論理回路の第1実施例>
初めに、図1から図7を参照して、本発明に係る光論理回路の第1実施例について説明する。本実施例は、単一の量子ドットレイヤー部を、ANDゲートとNOTゲートとの二種類の論理動作を適宜に実行可能な論理回路に関する。
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an example in which the optical logic circuit according to the present invention can be used as an AND gate and a NOT gate by switching the wavelength of signal light will be described.
<First Embodiment of Optical Logic Circuit>
First, a first embodiment of the optical logic circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment relates to a logic circuit capable of appropriately executing two types of logic operations of an AND gate and a NOT gate on a single quantum dot layer portion.

図1において、光論理回路は、量子ドットレイヤー部10、レーザー制御装置20、信号光レーザー21及び22、ベース光レーザー25、水平受光素子31、並びに垂直受光素子32を備える。   In FIG. 1, the optical logic circuit includes a quantum dot layer unit 10, a laser control device 20, signal light lasers 21 and 22, a base light laser 25, a horizontal light receiving element 31, and a vertical light receiving element 32.

量子ドットレイヤー部10は、信号光用レイヤー11及び12、並びにベース光用レイヤー15が、基板14上に積層されてなる。   The quantum dot layer unit 10 is formed by laminating signal light layers 11 and 12 and a base light layer 15 on a substrate 14.

図2に示すように、信号光用レイヤー1には、複数の量子ドット51が配列されている。信号光用レイヤー1には、動作時に、信号光Li1が側面(図中、左側)から入力される。信号光用レイヤー1は例えば、GaNを含む基板14上に積層され、GaAsバッファ層上にInAsの量子ドットが形成されてなる。量子ドット51の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温PL特性或いは低温PL特性が決められる。 As shown in FIG. 2, a plurality of quantum dots 51 are arranged in the signal light layer 11 . The signal light Li1 is input to the signal light layer 11 from the side surface (left side in the figure) during operation. For example, the signal light layer 11 is laminated on a substrate 14 containing GaN, and InAs quantum dots are formed on a GaAs buffer layer. The room temperature PL characteristic or the low temperature PL characteristic is determined by the material, position, size, density, and the like of the quantum dot 51.

図3に模式的に示すように、本実施例では、信号光Li1が入射される信号光用レイヤー1(図3中2段目)は、二つのPL発光ピークP1及びP2を有する量子ドットとして形成される。図3中、第1の(即ち、最大の)発光ピークP1を与える波長はλ2であり、第2の発光ピークP2を与える波長はλ1(λ1<λ2)である。 As shown schematically in Figure 3, in this embodiment, the layer for signal light signal light Li1 is incident 1 1 (second stage in FIG. 3) is, quantum dots with two PL emission peaks P1 and P2 Formed as. In Figure 3, the first (i.e., maximum) wavelength giving an emission peak P1 is .lambda.2, wavelength giving a second peak emission P2 is λ1 (λ1 <λ2).

図2に示すように、信号光用レイヤー2には、複数の量子ドット52が配列されている。信号光用レイヤー2には、動作時に、信号光Li2が側面(図中、左側)から入力される。信号光用レイヤー2は例えば、GaNを含む基板14上に積層され、GaAsバッファ層上にInAsの量子ドットが形成されてなる。量子ドット52の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温PL特性或いは低温PL特性が決められる。 As shown in FIG. 2, a plurality of quantum dots 52 are arranged in the signal light layer 12 . The signal light Li2 is input to the signal light layer 12 from the side surface (left side in the figure) during operation. For example, the signal light layer 12 is laminated on a substrate 14 containing GaN, and InAs quantum dots are formed on a GaAs buffer layer. The room temperature PL characteristic or the low temperature PL characteristic is determined by the material, position, size, density, and the like of the quantum dot 52.

図3に模式的に示すように、本実施例では、信号光Li2が入射される信号光用レイヤー2(図3中で最上段)は、一つのPL発光ピークP1を有する量子ドットとして形成される。図3中、第1の発光ピークP1を与える波長はλ2である。 As schematically shown in FIG. 3, in this embodiment, the signal light layer 12 (the uppermost stage in FIG. 3) on which the signal light Li2 is incident is formed as a quantum dot having one PL emission peak P1. Is done. In FIG. 3, the wavelength giving the first emission peak P1 is λ2.

図2に示すように、ベース光用レイヤー5には、複数の量子ドット55が配列されている。ベース光用レイヤー5には、動作時に、ベース光LiBが側面(図中、左側)から入力される。ベース光用レイヤー5は例えば、GaNを含む基板14上に積層され、GaAsバッファ層上にInAsの量子ドットが形成されてなる。量子ドット55の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温PL特性或いは低温PL特性が決められる。 As shown in FIG. 2, a plurality of quantum dots 55 are arranged in the base light layer 15 . The for the layer 1 5 base light, during operation, the base light LiB is inputted from the side (left side in the figure). Base light for Layer 1 5 example, are stacked on the substrate 14 including GaN, the quantum dots of InAs is formed on the GaAs buffer layer. The room temperature PL characteristic or the low temperature PL characteristic is determined by the material, position, size, density, and the like of the quantum dot 55.

図3に模式的に示すように、本実施例では、信号光LiBが入射されるベース光用レイヤー5(図3中で最下段)は、二つのPL発光ピークP1及びP2を有する量子ドットとして形成される。図3中、第1の(即ち、最大の)発光ピークP1を与える波長はλ2であり、第2の発光ピークを与える波長はλ1(λ1<λ2)である。 As shown schematically in Figure 3, in this embodiment, the base light for Layer 1 5 the signal light LiB is incident (the bottom in FIG. 3) is, quantum dots with two PL emission peaks P1 and P2 Formed as. In Figure 3, the first (i.e., maximum) wavelength giving an emission peak P1 is .lambda.2, wavelength giving a second peak emission is λ1 (λ1 <λ2).

図4に示すように、より詳細には、信号光用レイヤー1及びベース光用レイヤー5は夫々、二つのピークP1及びP2のみならず、第3のピークP3を有するPL発光を行うように、量子ドット51及び55が形成されている。なお図4では、縦軸は、発光強度[intensity a.u.]であり、横軸は波長[nm]である。具体的には、信号光用レイヤー1は、波長1100nm付近に第1のピークP1があり、波長880n付近に第2のピークP2があり、波長1360nm付近に第3のピークP3があるように、量子ドット51が形成されている。ベース光用レイヤー5についても同様に、量子ドット55が形成されている。但し、本実施例では、第1のピークP1及び第2のピークP2が利用され、第3のピークP3は利用されない。 As shown in FIG. 4, and more particularly, s signal light layer 1 1 and the base light for Layer 1 5 husband, not only two peaks P1 and P2, so as to perform PL emission having a third peak P3 In addition, quantum dots 51 and 55 are formed. In FIG. 4, the vertical axis represents emission intensity [intensity au], and the horizontal axis represents wavelength [nm]. Specifically, the signal light layer 11 has a first peak P1 near the wavelength 1100 nm, a second peak P2 near the wavelength 880n, and a third peak P3 near the wavelength 1360 nm. , Quantum dots 51 are formed. Similarly, quantum dots 55 are formed in the base light layer 15 . However, in the present embodiment, the first peak P1 and the second peak P2 are used, and the third peak P3 is not used.

ここで特に、同一レイヤー(即ち、信号光用レイヤー11、信号光用レイヤー12又はベース光用レイヤー5)における相隣接する量子ドット間では、近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播が、ベース光用レイヤー5へのベース光LiBの入射を条件に、信号光の入力に応じて起こるように、夫々の量子ドットの材料、位置、サイズ、厚味、密度などが規定されている。更に、異なるレイヤーにおける相対面する量子ドット間でも(即ち、信号光用レイヤー12及びベース光用レイヤー5における相対面する量子ドット間、並びに、信号光用レイヤー11及び信号光用レイヤー12における相対面する量子ドット間でも)、近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播が、ベース光用レイヤー5へのベース光LiBの入射を条件に、信号光の入力に応じて起こる夫々の量子ドットの材料、位置、サイズ、厚味、密度などが規定されている。 Here, in particular, the same layer (i.e., signal light layer 11, the layer 1 5 for the signal light layer 12 or the base light) Between mutually adjacent quantum dots in binding due to the interaction of the near-field light, or emission of propagation However, the material, position, size, thickness, density, etc. of each quantum dot are defined so as to occur in response to the input of the signal light on condition that the base light LiB is incident on the base light layer 15. Yes. Further, even between the quantum dots facing each other in different layers (that is, between the quantum dots facing each other in the signal light layer 12 and the base light layer 15 , and in the signal light layer 11 and the signal light layer 12) (Even between the facing quantum dots), coupling due to the interaction of near-field light, or propagation of light emission occurs depending on the input of the signal light on condition that the base light LiB is incident on the base light layer 15 . The material, position, size, thickness, density, etc. of the quantum dot are specified.

なお、これら各レイヤーの成膜工程を含む製造方法及び各層の組成などついては、後で詳述する(図12〜図15参照)。   In addition, the manufacturing method including the film forming process of each layer and the composition of each layer will be described in detail later (see FIGS. 12 to 15).

再び図1において、ベース光レーザー25は、本発明に係る「ベース光源手段」の一例を構成しており、入力信号の値に寄らずに、動作時には、演算動作毎に波長λ2又はλ1に設定されたベース光LiBを定常的に発する。ベース光レーザー25は、例えば、半導体レーザーから構成されている。   In FIG. 1 again, the base light laser 25 constitutes an example of the “base light source means” according to the present invention, and is set to the wavelength λ2 or λ1 for each arithmetic operation during operation without depending on the value of the input signal. The emitted base light LiB is steadily emitted. The base light laser 25 is composed of, for example, a semiconductor laser.

信号光レーザー21は、本発明に係る「信号光源手段」の一例を構成しており、レーザー制御装置20による制御下で、入力信号の値に応じて、即ち、入力信号にかかるデジタル情報の「1」又は「0」の値に応じて、信号光Li1をオンオフ変化させつつ発光する。しかも、発光或いは発振される信号光Li1の波長は、演算動作毎に波長λ2又はλ1に設定されている。信号光レーザー21は、例えば、半導体レーザーから構成されている。 The signal light laser 21 constitutes an example of the “signal light source means” according to the present invention, and is controlled according to the value of the input signal under the control of the laser controller 20, that is, “ Depending on the value of “1” or “0”, the signal light Li1 is turned on and off to emit light. In addition, the wavelength of the signal light Li1 emitted or oscillated is set to the wavelength λ2 or λ1 for each calculation operation. The signal light laser 21 is composed of, for example, a semiconductor laser.

信号光レーザー22は、本発明に係る「信号光源手段」の他の一例を構成しており、レーザー制御装置20による制御下で、入力信号の値に応じて、即ち、入力信号にかかるデジタル情報の「1」又は「0」の値に応じて、信号光Li2をオンオフ変化させつつ発光する。しかも、発光或いは発振される信号光Li1の波長は、演算動作毎に波長λ2又はλ1に設定されている。信号光レーザー21は、例えば、半導体レーザーから構成されている。 The signal light laser 22 constitutes another example of the “signal light source means” according to the present invention, and is controlled according to the value of the input signal under the control of the laser controller 20, that is, digital information relating to the input signal. Depending on the value of “1” or “0”, the signal light Li2 emits light while being turned on and off. In addition, the wavelength of the signal light Li1 emitted or oscillated is set to the wavelength λ2 or λ1 for each calculation operation. The signal light laser 21 is composed of, for example, a semiconductor laser.

これら信号光レーザー21及び22を夫々、どの場合にオンし、どの場合にオフするかは、予め決められている光論理回路で実行すべき論理動作の種類による。   Which of these signal light lasers 21 and 22 is turned on and in which case is turned off depends on the type of logic operation to be executed by a predetermined optical logic circuit.

図1において、レーザー制御装置20は、ベース光LiB並びに信号光Li1及びLi2の波長を、実行すべき論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように構成されている。量子ドットレイヤー部10は、(i)これらの波長が、本発明に係る「第1波長」の一例である、第1のPL発光ピークP1に対応する波長である波長λ2(図3及び図4参照)に統一的に切り替えられている場合に、ANDゲートの論理動作が行われると共に、(ii)これらの波長が、本発明に係る「第2波長」の一例として、第2のPL発光ピークP2に対応する波長である波長λ1に統一的に切り替えられている場合に、NOTゲート(言い換えれば、スイッチング素子)の論理動作が行われるように構成されている。   In FIG. 1, the laser controller 20 is configured to switch the wavelengths of the base light LiB and the signal lights Li1 and Li2 as appropriate according to the type of logical operation to be executed. The quantum dot layer unit 10 (i) has a wavelength λ2 (FIG. 3 and FIG. 4) in which these wavelengths are wavelengths corresponding to the first PL emission peak P1, which is an example of the “first wavelength” according to the present invention. And (ii) these wavelengths are the second PL emission peak as an example of the “second wavelength” according to the present invention. When the wavelength is switched to the wavelength λ1, which is a wavelength corresponding to P2, in a unified manner, the logical operation of the NOT gate (in other words, the switching element) is performed.

以上のように構成されているので、本実施例の光論理回路の動作時には、ベース光レーザー25から、ベース光LiBが入力され、これと並列に、信号光レーザー21及び22から、信号光Li1及びLi2が信号光用レイヤー1及び2に夫々入力される。 Since the optical logic circuit of this embodiment is operated as described above, the base light LiB is input from the base light laser 25, and in parallel with this, the signal light lasers 21 and 22 transmit the signal light Li1. and Li2 are respectively input to the signal light layer 1 1 and 1 2.

ここで特に、レーザー制御装置20により、信号光用レーザー21及び22並びにベース光用レーザー25の出力波長が、波長λ2(図3及び図4参照)に切り替えられている、又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。   Here, in particular, the output wavelengths of the signal light lasers 21 and 22 and the base light laser 25 are switched to the wavelength λ2 (see FIGS. 3 and 4) by the laser controller 20, or the default setting or the initial setting is made. Suppose that it is set.

この波長の「切り替え」は、例えば、レーザー制御装置20から、信号光用レーザ21及び22並びにベース光用レーザー25を駆動するために供給される、周波数信号、電源信号、発振条件等を切り替えることで行われる。   This “switching” of the wavelength, for example, switches the frequency signal, the power supply signal, the oscillation condition, etc. supplied from the laser controller 20 to drive the signal light lasers 21 and 22 and the base light laser 25. Done in

図5の真理値表に示すように、この状態で、レーザー制御装置20により、信号光Li1が、入力信号に対応するデジタル情報の値に応じて、オンオフに2値変化される。   As shown in the truth table of FIG. 5, in this state, the signal light Li <b> 1 is binary-changed on and off according to the value of the digital information corresponding to the input signal.

すると、量子ドットレイヤー部10からの出力光である、信号光用レイヤー1からの出力光Lo1(図1参照)は、図5の真理値表の最下段に示した通りとなる。即ち、図5の真理値表から明らかなように、この状況では、本実施例の光論理回路は、“ANDゲート”として機能する。 Then, the output light Lo1 (see FIG. 1) from the signal light layer 11 which is the output light from the quantum dot layer unit 10 is as shown in the bottom of the truth table of FIG. That is, as apparent from the truth table of FIG. 5, in this situation, the optical logic circuit of this embodiment functions as an “AND gate”.

この出力光Lo1を水平受光素子31で受光すれば、その光強度の強弱として、演算結果が得られる。このような本状況下で、第1種類の論理動作が“ANDゲート”となることは、量子ドットレイヤー部10の設計事項に委ねられており、動作時には、信号光Li1及びLi2並びにベース光LiBの波長が波長λ2(即ち、第1PL発光ピークP1に対応する波長)に設定されることで、ANDゲートとして機能することになる。   When the output light Lo1 is received by the horizontal light receiving element 31, the calculation result is obtained as the intensity of the light. Under such circumstances, it is left to the design matters of the quantum dot layer unit 10 that the first type of logic operation becomes an “AND gate”. During operation, the signal lights Li1 and Li2 and the base light LiB Is set to the wavelength λ2 (that is, the wavelength corresponding to the first PL emission peak P1), thereby functioning as an AND gate.

他方で、レーザー制御装置20により、信号光用レーザー21及び22並びにベース光用レーザー25の出力波長が、波長λ1(図3及び図4参照)に切り替えられている、又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。   On the other hand, the output wavelengths of the signal light lasers 21 and 22 and the base light laser 25 are switched to the wavelength λ1 (see FIGS. 3 and 4) by the laser control device 20, or the default setting or the initial setting. Suppose that

但し、この場合、図6に示すように、信号光用レイヤー2(図6中、最上段)に対して、波長λ1の光を入射しても、PL発光が起こらないので無意味である。このため、レーザー光の無駄使いをしないように、信号光レーザー22は、レーザー制御装置20によって、発光動作を行わないように制御される。 However, in this case, as shown in FIG. 6, even if light of wavelength λ1 is incident on the signal light layer 12 (the uppermost stage in FIG. 6), PL light emission does not occur, which is meaningless. . For this reason, the signal light laser 22 is controlled by the laser control device 20 so as not to perform a light emitting operation so as not to waste the laser light.

図6に示すように、他方で、信号光レーザー21は、レーザー制御装置20によって、波長λ1にて発光動作を行うように制御され、信号光Li1が信号光用レイヤー1(図6中、上から二段目)に入力される。すると、信号光用レイヤー1では、波長λ1にてPL発光が可能となる。同様に、ベース光レーザー25は、レーザー制御装置20によって、波長λ1にて発光動作を行うように制御され、ベース光LiBがベース光用レイヤー15(図6中、最下段)に入力される。すると、ベース光用レイヤー15では、波長λ1にてPL発光が可能となる。 As shown in FIG. 6, on the other hand, the signal light laser 21, the laser controller 20 is controlled to perform a light emitting operation at a wavelength .lambda.1, among the signal light Li1 signal light for Layer 1 1 (FIG. 6, It is input in the second row from the top). Then, the signal light layer 11 can emit PL at the wavelength λ1. Similarly, the base light laser 25 is controlled to perform a light emission operation at the wavelength λ1 by the laser controller 20, and the base light LiB is input to the base light layer 15 (the lowermost stage in FIG. 6). Then, the base light layer 15 can emit PL at the wavelength λ1.

図5の真理値表に示すように、この状態で、レーザー制御装置20により、信号光Li1が、入力信号に対応するデジタル情報の値に応じて、オンオフに2値変化される。   As shown in the truth table of FIG. 5, in this state, the signal light Li <b> 1 is binary-changed on and off according to the value of the digital information corresponding to the input signal.

すると、量子ドットレイヤー部10からの出力光である、信号光用レイヤー1からの出力光Lo1及び出力光LvO(図1参照)は、図7の真理値表の最下段に示した通りとなる。この真理値表中、最下段の「水平」とは、水平受光素子31にて受光(より厳密には相対的に高強度の出力光Lo1の受光)が行われる意味であり、最下段の「垂直」とは、垂直受光素子32にて受光(より厳密には相対的に高強度の出力光LoVの受光)が行われる意味である。即ち、図7の真理値表から明らかなように、この状況では、本実施例の光論理回路は、“NOTゲート”として機能する。 Then, the output light Lo1 and the output light LvO (see FIG. 1) from the signal light layer 11 which are the output lights from the quantum dot layer unit 10 are as shown in the bottom of the truth table of FIG. Become. In the truth table, “horizontal” in the lowermost stage means that the horizontal light receiving element 31 receives light (more strictly, reception of relatively high-intensity output light Lo1). The term “perpendicular” means that the vertical light receiving element 32 receives light (more strictly, reception of relatively high intensity output light LoV). That is, as apparent from the truth table of FIG. 7, in this situation, the optical logic circuit of this embodiment functions as a “NOT gate”.

この出力光Lo1を水平受光素子31及び垂直受光素子32で受光すれば、その光強度の高低若しくは強弱として及び出力光の出射の方向として、演算結果が得られる。このような本状況下で、第2種類の論理動作が“NOTゲート”となることは、量子ドットレイヤー部10の設計事項に委ねられており、動作時には、信号光Li1及びベース光LiBの波長が波長λ1(即ち、第2PL発光ピークP2に対応する波長)に設定されることで、NOTゲートとして機能することになる。   When the output light Lo1 is received by the horizontal light receiving element 31 and the vertical light receiving element 32, the calculation result can be obtained as the intensity or intensity of the light intensity and as the direction of emission of the output light. In such a situation, it is left to the design matter of the quantum dot layer unit 10 that the second type of logical operation becomes a “NOT gate”. During operation, the wavelengths of the signal light Li1 and the base light LiB Is set to the wavelength λ1 (that is, the wavelength corresponding to the second PL emission peak P2), thereby functioning as a NOT gate.

以上のように本実施例によれば、単一の量子ドットレイヤー部10を用いて、波長λ2及びλ1の光を利用することによって、2種類の論理動作を行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform two types of logical operations by using light of wavelengths λ2 and λ1 using a single quantum dot layer unit 10.

なお、本実施例では、全てのレーザーを同一波長に揃えて切り替えているが、相互に異なる波長に切り替えて、論理動作を行わせることも可能である。或いは、本実施例では、水平受光素子31により、演算結果を示す出力光として、出力光Lo1又は出力光LoVを得ているが、演算結果を示す出力光として、他のレイヤー(例えば、信号光用レイヤー2、ベース光用レイヤー5)からの出力光を利用してもよい。このように構成すれば、同一の量子ドットレイヤー部10に更に異なる論理動作を行わせることも可能である。 In this embodiment, all the lasers are switched to the same wavelength, but it is also possible to switch to different wavelengths to perform a logical operation. Alternatively, in the present embodiment, the horizontal light receiving element 31 obtains the output light Lo1 or the output light LoV as the output light indicating the calculation result. However, as the output light indicating the calculation result, another layer (for example, signal light) is obtained. use layer 1 2, it may be used the output light from a base optical layer 1 5). With this configuration, it is possible to cause the same quantum dot layer unit 10 to perform further different logical operations.

更に、このような水平受光素子31及び垂直受光素子32の少なくとも一方を配置するのに代えて、出力光Lo1及び出力光LoVの少なくとも一方を、次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。更に、信号光用レイヤー2からの出力光Lo2や、ベース光用レイヤー5からの出力光LoBを次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。 Further, instead of arranging at least one of the horizontal light receiving element 31 and the vertical light receiving element 32, at least one of the output light Lo1 and the output light LoV is input directly or through a light guide path to the optical logic circuit in the next stage. You may employ | adopt the structure to make. Furthermore, and output light Lo2 from signal light Layer 1 2, may be adopted to input either directly or through the light guide path an output light LoB from a Layer 1 5 based light next stage of the optical logic circuits.

加えて、レーザー制御装置20によって、信号光レーザー21及び22並びにベース光レーザー25の波長が波長λ2及びλ1間で切り替えられることに加えて又は代えて、受光素子にて受光する段階にて或いは量子ドットレイヤー部10を出射した後の段階にて、受光される光Lo1やLoVの波長が波長λ2及びλ1間で切り替えられるように、水平受光素子31及び垂直受光素子32が構成されてもよい。
<光論理回路の制御方法の実施例>
以下、図8を参照して、図1〜図7を参照して説明した光論理回路の制御方法について説明する。図8は、本実施例の制御方法のフローチャートを示す。
In addition, in addition to or instead of switching the wavelengths of the signal light lasers 21 and 22 and the base light laser 25 between the wavelengths λ2 and λ1 by the laser control device 20, or at the stage of receiving light by the light receiving element or quantum The horizontal light receiving element 31 and the vertical light receiving element 32 may be configured so that the wavelength of the received light Lo1 or LoV is switched between the wavelengths λ2 and λ1 at a stage after exiting the dot layer portion 10.
<Example of Control Method of Optical Logic Circuit>
Hereinafter, the control method of the optical logic circuit described with reference to FIGS. 1 to 7 will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a flowchart of the control method of the present embodiment.

図8において、先ず、外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンドに従って、今回要求されている論理演算の種類が、レーザー制御装置20に、フラグがとして設定される(ステップS1)。   In FIG. 8, first, the type of logical operation requested this time is set as a flag in the laser controller 20 according to a command given from outside or internally generated arithmetic processing (step S1).

続いて、設定された種類がANDゲートであるか否かが判定され(ステップS12)、ANDゲートであると判定されれば(ステップS12:YES)、信号光レーザー21及び22並びにベース光レーザー25の波長が「第1波長」である、第1PL発行ピークP1を与える波長λ2に設定される(ステップS13)。   Subsequently, it is determined whether or not the set type is an AND gate (step S12). If it is determined that the set type is an AND gate (step S12: YES), the signal light lasers 21 and 22 and the base light laser 25 are determined. Is set to the wavelength λ2 that gives the first PL issuance peak P1, which is the “first wavelength” (step S13).

他方、ステップS12にて、ANDゲートでないと判定されれば(ステップS12:NO)、信号光レーザー21及びベース光レーザー25の波長が「第2波長」である、第2PL発行ピークP2を与える波長λ1に設定される(ステップS14)。   On the other hand, if it is determined in step S12 that it is not an AND gate (step S12: NO), the wavelength that gives the second PL emission peak P2 in which the wavelengths of the signal light laser 21 and the base light laser 25 are “second wavelengths”. λ1 is set (step S14).

続いて、いずれの場合にも、レーザー制御装置20による制御下で、信号光レーザー21又は、信号光レーザー21及び22が、入力信号に応じてオンオフされる。これにより、波長λ2又は波長λ1の信号光Li1及び信号光Li2、又は信号光Li1が量子ドットレイヤー部10に入力される。更に、このような信号光の入力の間中、波長λ2又は波長λ1のベース光LiBが、ベース光レーザー25から継続的に入力される(ステップS15)。   Subsequently, in any case, the signal light laser 21 or the signal light lasers 21 and 22 are turned on / off according to the input signal under the control of the laser control device 20. As a result, the signal light Li1 and the signal light Li2 having the wavelength λ2 or the wavelength λ1 or the signal light Li1 are input to the quantum dot layer unit 10. Furthermore, during the input of such signal light, the base light LiB having the wavelength λ2 or the wavelength λ1 is continuously input from the base light laser 25 (step S15).

これと殆ど同時に、水平受光素子31又は、水平受光素子31及び垂直受光素子32によって、量子ドットレイヤー部10からの出力光Lo1又は、出力光Lo1及び出力光LoVが受光される(ステップS16)。更に、この受光された出力光の強度を示す受光信号に対応する演算結果が出力される(ステップS17)。ここでは、出力光Lo1又はLoVの光強度における相対的な強弱が、適当なスレッシュホールドにかけられることで、入力信号に対するANDゲート又はNOTゲートの論理演算の結果を「1」又は「0」のデジタル値で示す結果として出力される。   Almost at the same time, the horizontal light receiving element 31 or the horizontal light receiving element 31 and the vertical light receiving element 32 receive the output light Lo1 or the output light Lo1 and the output light LoV from the quantum dot layer unit 10 (step S16). Further, a calculation result corresponding to the received light signal indicating the intensity of the received output light is output (step S17). Here, the relative intensity in the light intensity of the output light Lo1 or LoV is applied to an appropriate threshold, so that the result of the logical operation of the AND gate or the NOT gate for the input signal is converted to a digital value of “1” or “0”. Output as a result indicated by a value.

続いて、要求されている演算が最後であるか否かが判定され(ステップS18)、最後でなければ(ステップS18:NO)、ステップS11に戻り、以降の処理が繰り返される。他方、最後であれば、一連の演算処理が完了する。   Subsequently, it is determined whether or not the requested calculation is the last (step S18). If not the last (step S18: NO), the process returns to step S11 and the subsequent processing is repeated. On the other hand, if it is the last, a series of arithmetic processing is completed.

このように、単一の量子ドットレイヤー部10を用いて、波長λ2及びλ1の光を利用することによって、2種類の論理動作を行うことが可能となる。
<光論理回路の第2実施例>
図9を参照して、光論理回路の第2実施例について説明する。ここに図9は、光論理回路の第2実施例における量子ドットレイヤー部の層構成及び動作原理を説明する模式図である。特に、図9では、左側には、量子ドットレイヤー部10の層構成に対してベース光及び第1〜第4信号光が入力される様子が図示され、右側には、各層に対応する波長スペクトル200(特に、PL発光ピークP1〜P4)と共にベース光及び第1〜第4信号出力光が出力される様子が図示されている。
As described above, two types of logical operations can be performed by using light of wavelengths λ2 and λ1 by using a single quantum dot layer unit 10.
<Second Embodiment of Optical Logic Circuit>
A second embodiment of the optical logic circuit will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the layer configuration and operation principle of the quantum dot layer portion in the second embodiment of the optical logic circuit. In particular, in FIG. 9, the left side shows a state in which the base light and the first to fourth signal lights are input to the layer configuration of the quantum dot layer unit 10, and the right side shows the wavelength spectrum corresponding to each layer. A state in which base light and first to fourth signal output lights are output together with 200 (particularly, PL emission peaks P1 to P4) is illustrated.

図9に示すように、本実施例に係る量子ドットレイヤー部10は、図中下から順に、量子ドット55を有するベース光用レイヤー、量子ドット51を有する第1信号光用レイヤー、量子ドット52を有する第2信号光用レイヤー、量子ドット53を有する第3信号光用レイヤー、量子ドット54を有する第4信号光用レイヤーの5層構造を有する。   As illustrated in FIG. 9, the quantum dot layer unit 10 according to this embodiment includes, in order from the bottom in the figure, a base light layer having quantum dots 55, a first signal light layer having quantum dots 51, and quantum dots 52. A five-layer structure of a second signal light layer having quantum dots 53, a third signal light layer having quantum dots 53, and a fourth signal light layer having quantum dots 54.

更に、量子ドット55を有するベース光用レイヤーに対しては、ベース光LiBが入力され、量子ドット51を有する第1信号光用レイヤーに対しては、第1信号光Li1が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット52を有する第2信号光用レイヤーに対しては、第2信号光Li1が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット53を有する第3信号光用レイヤーに対しては、第3信号光Li3が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット54を有する第4信号光用レイヤーに対しては、第4信号光Li4が適宜にオンオフされつつ入力される。   Further, the base light LiB is input to the base light layer having the quantum dots 55, and the first signal light Li1 is appropriately turned on and off to the first signal light layer having the quantum dots 51. For the second signal light layer having the quantum dots 52, the second signal light Li1 is input while being appropriately turned on and off, and for the third signal light layer having the quantum dots 53, The third signal light Li3 is input while being appropriately turned on and off, and the fourth signal light Li4 is input to the fourth signal light layer having the quantum dots 54 while being appropriately turned on and off.

図9中、波長スペクトル200で示すように、量子ドット55を有するベース光用レイヤーは、波長スペクトル200上で、4つのPL発光ピークP1、P2、P3及びP4を有するように構成されている。具体的には、量子ドット55は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、4つのPL発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光LoBが出力され、受光信号に供される。   In FIG. 9, the base light layer having the quantum dots 55 is configured to have four PL emission peaks P1, P2, P3, and P4 on the wavelength spectrum 200, as indicated by the wavelength spectrum 200. Specifically, the quantum dots 55 are formed to have four PL emission peaks depending on the material, position, size, density, and the like. From this layer, output light LoB is output and used for a light reception signal.

量子ドット51を有する第1信号光用レイヤーは、波長スペクトル200上で、3つのPL発光ピークP1、P2、P3及びP4を有するように構成されている。具体的には、量子ドット51は、量子ドット55の場合と同じように、その材料、位置、サイズ、密度などにより、4つのPL発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Lo1が出力され、受光信号に供される。   The first signal light layer having the quantum dots 51 is configured to have three PL emission peaks P 1, P 2, P 3 and P 4 on the wavelength spectrum 200. Specifically, as in the case of the quantum dot 55, the quantum dot 51 is formed to have four PL emission peaks depending on its material, position, size, density, and the like. From this layer, output light Lo1 is output and used for a light reception signal.

量子ドット52を有する第2信号光用レイヤーは、波長スペクトル200上で、3つのPL発光ピークP1、P2及びP3を有するように構成されている。具体的には、量子ドット52は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、3つのPL発光ピークを有するように形成されている。より具体的には、例えば、図4に示した如き、3つのピークを有するように形成される。但し、図4の場合とは異なり、発光ピークP3についての利用が容易となるように、発光ピークP3についても、図4に示した場合よりも相対的に高強度の(概ね、他のピークと同程度の光強度の)ピークである方が好ましい。このレイヤーからは、出力光Lo2が出力され、受光信号に供される。   The second signal light layer having the quantum dots 52 is configured to have three PL emission peaks P1, P2, and P3 on the wavelength spectrum 200. Specifically, the quantum dots 52 are formed to have three PL emission peaks depending on the material, position, size, density, and the like. More specifically, for example, it is formed to have three peaks as shown in FIG. However, unlike the case of FIG. 4, the emission peak P3 has a relatively higher intensity than the case shown in FIG. A peak having a similar light intensity) is preferred. From this layer, output light Lo2 is output and used for a light reception signal.

量子ドット53を有する第3信号光用レイヤーは、波長スペクトル200上で、2つのPL発光ピークP1及びP2を有するように構成されている。具体的には、量子ドット53は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、2つのPL発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Lo3が出力され、受光信号に供される。   The third signal light layer having the quantum dots 53 is configured to have two PL emission peaks P 1 and P 2 on the wavelength spectrum 200. Specifically, the quantum dots 53 are formed to have two PL emission peaks depending on the material, position, size, density, and the like. From this layer, output light Lo3 is output and used for a light reception signal.

量子ドット54を有する第4信号光用レイヤーは、波長スペクトル200上で、1つのPL発光ピークP1のみを有するように構成されている。具体的には、量子ドット54は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、1つのPL発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Lo4が出力され、受光信号に供される。   The fourth signal light layer having the quantum dots 54 is configured to have only one PL emission peak P1 on the wavelength spectrum 200. Specifically, the quantum dots 54 are formed so as to have one PL emission peak depending on the material, position, size, density, and the like. From this layer, output light Lo4 is output and used for a light reception signal.

なお、第1実施例の場合と同じく、量子ドットレイヤー部10の上面から、垂直な方向へ出射される出力光LoVが、出力され、受光信号に供されてもよい。   As in the case of the first embodiment, the output light LoV emitted in the vertical direction from the top surface of the quantum dot layer unit 10 may be output and used as a light reception signal.

ここで特に、図9中、波長スペクトル200で示すように、これらのレイヤーにおける発光ピークP1〜P4は、レイヤー間にて、これらを与える波長が夫々揃えられている。   Here, in particular, as shown by the wavelength spectrum 200 in FIG. 9, the emission peaks P1 to P4 in these layers have the same wavelength between the layers.

本実施例によれば、その動作時には、信号光及びベース光が発光ピークP1〜P4のうちのいずれかを与える波長に設定される。即ち、第1実施例の場合と同様にレーザー制御装置の制御下で、論理動作に応じて信号光及びベース光の波長が、統一的に切り替えられる。   According to the present embodiment, at the time of the operation, the signal light and the base light are set to a wavelength that gives any one of the emission peaks P1 to P4. That is, the wavelengths of the signal light and the base light are switched uniformly according to the logical operation under the control of the laser control device as in the first embodiment.

例えば本実施例において、一方で、信号光及びベース光が全て、発光ピークP3を与える波長に統一的に切り替えられるとする。この場合、矢印AR1で示したように、図9中下から3段に当る、ベース光用レイヤー、第1信号光用レイヤー及び第2信号光用レイヤーの三つのレイヤーまでは、積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生する。このとき、図9中上から2段に当る、第3信号光用レイヤー及び第4信号光用レイヤーの二つのレイヤーまでは、下方の三つのレイヤーから積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生しない。よって、出力光Lo1〜Lo4には、近接場光の相互作用による結合の発生の有無に応じて、それらの光強度における強弱が発生する。この場合は特に、出力光Lo3は、出力光Lo2と比べて、近接場光の結合がない分だけ、光強度に劣ることになる。   For example, in the present embodiment, on the other hand, it is assumed that the signal light and the base light are all switched to a wavelength that gives the emission peak P3. In this case, as indicated by the arrow AR1, the three layers of the base light layer, the first signal light layer, and the second signal light layer, which are in the three stages from the bottom in FIG. 9, are close to each other in the stacking direction. Coupling occurs due to the interaction of field light. At this time, the two layers of the third signal light layer and the fourth signal light layer, which are two steps from the top in FIG. 9, are coupled by the interaction of near-field light from the lower three layers in the stacking direction. Does not occur. Therefore, in the output light Lo1 to Lo4, the intensity of the light intensity is generated according to the presence or absence of the coupling due to the interaction of the near-field light. In this case, in particular, the output light Lo3 is inferior to the output light Lo2 in light intensity due to the absence of near-field light coupling.

これらの結果、論理動作としては、入力される信号光Li1〜Li4に対する、出力光Lo1〜Lo4の光強度の強弱を、論理動作に関連付けておけば、予め想定されている第1種類の論理動作を実行可能となる。   As a result, as the logical operation, if the intensity of the output light Lo1 to Lo4 with respect to the input signal light Li1 to Li4 is associated with the logical operation, the first type of logical operation assumed in advance is assumed. Can be executed.

本実施例において、他方で、信号光及びベース光が全て、発光ピークP1を与える波長に統一的に切り替えられるとする。この場合、矢印AR2で示したように、5段全てのベース光用レイヤー及び第1〜第4信号光用レイヤーまでは、積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生する。よって、出力光Lo1〜Lo4には全て、近接場光の相互作用による結合の発生の有無に応じて、それらの光強度における強弱が発生する。この場合は特に、全ての出力光Lo1〜Lo4について、何らの近接場光の結合がない場合と比べて、光強度に優ることになる。   In this embodiment, on the other hand, it is assumed that the signal light and the base light are all switched uniformly to a wavelength that gives the emission peak P1. In this case, as indicated by the arrow AR2, coupling due to the interaction of near-field light occurs in the stacking direction in all five layers of the base light layers and the first to fourth signal light layers. Therefore, all of the output lights Lo1 to Lo4 have their light intensities depending on the presence or absence of coupling due to the interaction of near-field light. In this case, in particular, all of the output lights Lo1 to Lo4 are superior in light intensity as compared to the case where no near-field light is coupled.

これらの結果、論理動作としては、入力される信号光Li1〜Li4に対する、出力光Lo1〜Lo4の光強度の強弱を、論理動作に関連付けておけば、予め想定されていると共に(上述の如く発光ピークP3を与える波長の場合における第1種類の論理動作とは明確に異なる)第2種類の論理動作を実行可能となる。   As a result, as the logical operation, if the intensity of the output light Lo1 to Lo4 with respect to the input signal light Li1 to Li4 is associated with the logical operation, it is assumed in advance (emission as described above). A second type of logical operation (which is clearly different from the first type of logical operation in the case of the wavelength giving peak P3) can be performed.

このように、第2実施例によれば、相互にPL発光特性の異なる(具体的には、相互にPL発光ピークを与える波長が異なる)信号光用レイヤーを多数含んでなる単一の量子ドットレイヤー部を用いて、各種のPL発光ピークに対応する各種の波長を利用することによって、各種の論理動作を行うことが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, a single quantum dot including a number of signal light layers having different PL emission characteristics (specifically, different wavelengths giving different PL emission peaks). By using various wavelengths corresponding to various PL emission peaks using the layer unit, various logical operations can be performed.

加えて、本実施例において、例えば、ベース光LiB及び入力される信号光Li2〜Li4として、発光ピークP1を与える波長の光と発光ピークP3を与える波長の光を同時に入射すれば、出力光Lo2と出力光Lo4とが夫々出力される。この際、発光ピークP1と発光ピークP3との強度比を、例えば5対1にすれば、この比に応じて出力光Lo2と出力光Lo4との出力比は、1対5になる。これを利用すれば、出力先に接続されたデバイスの感度、数や接続距離などが変更された場合、本デバイスで必要な信号強度を変化させて割り振ることが可能となる。
<集積回路の実施例>
図10及び図11を参照して、集積回路の各種実施例について説明する。
In addition, in this embodiment, for example, if light having a wavelength that gives the emission peak P1 and light having a wavelength that gives the emission peak P3 are incident simultaneously as the base light LiB and the input signal lights Li2 to Li4, the output light Lo2 And output light Lo4 are respectively output. At this time, if the intensity ratio between the emission peak P1 and the emission peak P3 is set to 5 to 1, for example, the output ratio between the output light Lo2 and the output light Lo4 becomes 1 to 5 according to this ratio. By using this, when the sensitivity, number, connection distance, etc. of the device connected to the output destination are changed, it is possible to change the signal intensity required for this device and assign it.
<Example of integrated circuit>
Various embodiments of the integrated circuit will be described with reference to FIGS.

図10に示す集積回路の一の実施例は、複数の量子ドットレイヤー部10(図1及び図2参照)が直接的に隣接配置される形で集積されてなる。レーザー制御装置20、信号光用レーザー21及び22、ベース光用レーザー25、並びに、水平受光素子31及び垂直受光素子32については、最初の段及び最終段の量子ドットレイヤー部10に対して取り付けられている。   One embodiment of the integrated circuit shown in FIG. 10 is formed by integrating a plurality of quantum dot layer portions 10 (see FIGS. 1 and 2) so as to be directly adjacent to each other. The laser controller 20, the signal light lasers 21 and 22, the base light laser 25, and the horizontal light receiving element 31 and the vertical light receiving element 32 are attached to the quantum dot layer unit 10 in the first stage and the last stage. ing.

なお、出力光としては、最終段の量子ドットレイヤー部10における、信号光用レイヤー1からの出力光Lo1、信号光用レイヤー2からの出力光Lo2、ベース光用レイヤー5からの出力光LoB、及び上面からの出力光LoVのうち、実現しようとする論理動作に応じていずれの一つ若しくは複数の出力光を用いることも可能である。 As the output light, the quantum dot layer 10 of the final stage, the output light Lo1 from signal light layer 1 1, the output from the output light Lo2, Layer 1 5 for the base light from signal light Layer 1 2 Of the light LoB and the output light LoV from the upper surface, any one or a plurality of output lights can be used according to the logical operation to be realized.

更に不図示のレーザーを最初の段以外の段に位置する量子ドットレイヤー部10の信号光用レイヤー1及び2並びにベース光用レイヤー5の少なくとも一つから、更なる信号光として又は更なるベース光として、入力することも可能である。 Furthermore at least one quantum dot layer portion layer signal light 1 1 10 and 1 2 and the base light for Layer 1 5 positioned the laser (not shown) to the first stage except stage, or further as a further signal light It is also possible to input as the base light.

この際、入力する信号光やベース光は、相異なる波長のレーザーを用いて、相異なる論理動作を行わせることが可能である。   At this time, the input signal light and base light can be made to perform different logic operations using lasers having different wavelengths.

或いは不図示の受光素子を最終段以外の段に位置する量子ドットレイヤー部10の信号光用レイヤー1及び2並びにベース光用レイヤー5の少なくとも一つから、更なる水平出力光又は垂直出力光として出力させることも可能である。 Or a light receiving element (not shown) from at least one quantum dot layer portion layer signal light 1 1 10 and 1 2 and the base light for Layer 1 5 positioned stages other than the final stage, a further horizontal output light or vertical It is also possible to output as output light.

このように本実施例の集積回路によれば、コンパクトな全体構成を採用しつつ、より複雑な論理動作又は複数の論理動作を組み合わせてなる論理動作の実行が可能となる。   As described above, according to the integrated circuit of this embodiment, it is possible to execute a more complicated logic operation or a logic operation combining a plurality of logic operations while adopting a compact overall configuration.

図11に示す集積回路の他の実施例は、複数の量子ドットレイヤー部10(図1及び図2参照)が間に、受光素子31及び32並びにレーザー制御装置20を挟む形で集積されてなる。   In another embodiment of the integrated circuit shown in FIG. 11, a plurality of quantum dot layer portions 10 (see FIGS. 1 and 2) are integrated with the light receiving elements 31 and 32 and the laser control device 20 interposed therebetween. .

なお、最終的な出力光及び途中で受け渡しされる中間的な出力光としては、各量子ドットレイヤー部10における、信号光用レイヤー1からの出力光Lo1、信号光用レイヤー2からの出力光Lo2、ベース光用レイヤー5からの出力光LoB、及び上面からの出力光LoVのうち、実現しようとする論理動作に応じていずれの一つ若しくは複数の出力光を用いることも可能である。 Note that the final as the output light and intermediate output light that is passed on the way, in each of the quantum dot layer 10, the output light Lo1 from signal light layer 1 1, the output from the signal light Layer 1 2 light Lo2, the output light LoB from a layer 1 5 based light, and out of the output light LoV from the upper surface, it is possible to use any one or more of the output light in accordance with the logic operation to be realized .

このように本実施例の集積回路によれば、より複雑な論理動作又は複数の論理動作を組み合わせてなる論理動作の実行が可能となる。   As described above, according to the integrated circuit of this embodiment, it is possible to execute a more complex logic operation or a logic operation combining a plurality of logic operations.

なお、図10の実施例と図11の実施例とを組み合わせて一つの集積回路を構築することも可能である。
<量子ドットレイヤー部の製造方法の実施例>
本実施形態に係る光論理回路のうち特に、量子ドットレイヤー部10(図1及び図2参照)の製造方法について、図12乃至図15を参照して説明する。
It is also possible to construct one integrated circuit by combining the embodiment of FIG. 10 and the embodiment of FIG.
<Example of Manufacturing Method of Quantum Dot Layer>
Among the optical logic circuits according to the present embodiment, a method for manufacturing the quantum dot layer unit 10 (see FIGS. 1 and 2) will be described with reference to FIGS.

先ず、図12に示すように、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル)成長装置200の成長室201内における基板回転加熱機構211上に、GaAs基板110が設置される。図12は、本実施形態に係る形成方法の工程の一部を示す工程図である。尚、図12では、MBE成長装置200の詳細な部材については適宜省略し、直接関連のある部材のみを示している。   First, as shown in FIG. 12, a GaAs substrate 110 is installed on a substrate rotation heating mechanism 211 in a growth chamber 201 of an MBE (Molecular Beam Epitaxy) growth apparatus 200. FIG. 12 is a process diagram showing a part of the process of the forming method according to the present embodiment. In FIG. 12, detailed members of the MBE growth apparatus 200 are omitted as appropriate, and only directly related members are shown.

図12において、次に、成長室201内が、例えば1×10−9Torr以下にされる。続いて、GaAs基板110に対し、蒸発源214からAsが、例えば約1×10−5Torrの照射量で照射される。As照射下において、基板回転加熱機構211によって、GaAs基板110の基板温度が、例えば摂氏600度程度に加熱され、GaAs基板110の表面が清浄にされる。In FIG. 12, next, the inside of the growth chamber 201 is set to 1 × 10 −9 Torr or less, for example. Subsequently, As is irradiated from the evaporation source 214 to the GaAs substrate 110 at an irradiation amount of, for example, about 1 × 10 −5 Torr. Under As irradiation, the substrate temperature of the GaAs substrate 110 is heated to, for example, about 600 degrees Celsius by the substrate rotation heating mechanism 211, and the surface of the GaAs substrate 110 is cleaned.

次に、基板温度が、例えば摂氏560度にされる。続いて、GaAs基板110に対し、蒸発源214及び212から夫々As及びGaが、例えば約10分間照射される。この結果、図13に示すように、GaAs基板110の(001)面上に、GaAsバッファ層120が形成される。図13は、図12の工程に続くバッファ層形成工程を示す工程図である。尚、図13では、MBE成長装置200に係る部材については図示を省略している(以降同じ)。   Next, the substrate temperature is set to, for example, 560 degrees Celsius. Subsequently, As and Ga are irradiated to the GaAs substrate 110 from the evaporation sources 214 and 212, respectively, for about 10 minutes, for example. As a result, a GaAs buffer layer 120 is formed on the (001) plane of the GaAs substrate 110 as shown in FIG. FIG. 13 is a process diagram showing a buffer layer forming process subsequent to the process of FIG. In FIG. 13, members related to the MBE growth apparatus 200 are not shown (the same applies hereinafter).

図13において、As及びGa各々の照射量は、例えばGaAsバッファ層120が1ML/s程度の成長速度で成長可能な照射量として設定される。形成されたGaAs層の厚さは、例えば約150nmである。   In FIG. 13, the doses of As and Ga are set as doses that allow the GaAs buffer layer 120 to grow at a growth rate of about 1 ML / s, for example. The thickness of the formed GaAs layer is, for example, about 150 nm.

次に、基板温度が、本発明に係る「第1成長温度」の一例としての490℃以上530℃以下の温度にされる。続いて、GaAsバッファ層120上に、蒸発源214及び213から夫々As及びInが照射される。ここで、InAs層130の成長に伴い、InAs層130の上面130aに、InAsを含んでなる複数の量子ドット131(図2に示した量子ドット51、52又は55に相当する)が自己組織化成長により形成される。この結果、図14に示すように、GaAsバッファ層120上に、InAs層130が形成される。図14は、図13の工程に続く量子ドット形成工程を示す工程図である。   Next, the substrate temperature is set to a temperature of 490 ° C. or higher and 530 ° C. or lower as an example of the “first growth temperature” according to the present invention. Subsequently, As and In are irradiated from the evaporation sources 214 and 213 onto the GaAs buffer layer 120, respectively. Here, as the InAs layer 130 grows, a plurality of quantum dots 131 containing InAs (corresponding to the quantum dots 51, 52, or 55 shown in FIG. 2) are self-organized on the upper surface 130a of the InAs layer 130. Formed by growth. As a result, an InAs layer 130 is formed on the GaAs buffer layer 120 as shown in FIG. FIG. 14 is a process diagram showing a quantum dot forming process following the process of FIG.

図14において、As及びIn各々の照射量は、InAs層130が0.02ML/s以上0.4ML/s以下の成長速度で成長可能な照射量として設定される。InAs層130の成長量は、例えば1.8MLである。また、量子ドット131の直径は、30nm以上60nm以下であり、量子ドット131の高さは、15nm以下である。   In FIG. 14, the doses of As and In are set as doses that allow the InAs layer 130 to grow at a growth rate of 0.02 ML / s to 0.4 ML / s. The growth amount of the InAs layer 130 is, for example, 1.8 ML. Moreover, the diameter of the quantum dot 131 is 30 nm or more and 60 nm or less, and the height of the quantum dot 131 is 15 nm or less.

図15は、図14の工程に続くキャップ層形成工程を示す工程図である。   FIG. 15 is a process diagram showing a cap layer forming process subsequent to the process of FIG.

図15において、As及びGa各々の照射量は、GaAsキャップ層140が0.1ML/s以上0.5ML/s以下の成長速度で成長可能な照射量として設定される。形成されたキャップ層140の厚さは、例えば24nmである。   In FIG. 15, the doses of As and Ga are set as doses that allow the GaAs cap layer 140 to grow at a growth rate of 0.1 ML / s to 0.5 ML / s. The formed cap layer 140 has a thickness of 24 nm, for example.

以上の結果、量子ドットレイヤー部24の一例が完成される。   As a result, an example of the quantum dot layer unit 24 is completed.

なお以上と同様の成膜工程をGaAs基板110上にて繰り返すことで、信号光用レイヤーの層数については所望の数だけ、GaAs基板110上に形成可能となる。或いは、このような量子ドットレイヤー部24を複数用意して、相互に光学的にカップリングがとれるように又は単純に積み重ねることで、単一の量子ドットレイヤー部を構築することも可能である。   By repeating the film forming process similar to the above on the GaAs substrate 110, a desired number of signal light layers can be formed on the GaAs substrate 110. Alternatively, it is also possible to construct a single quantum dot layer portion by preparing a plurality of such quantum dot layer portions 24 and stacking them so that they can be optically coupled to each other or simply.

また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光論理回路、その制御方法、及び集積回路もまた本発明の技術思想に含まれる。   Further, the present invention can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and an optical logic circuit, a control method thereof, and an integrated circuit accompanied with such a change. Is also included in the technical idea of the present invention.

10 量子ドットレイヤー部
11 信号光用レイヤー
12 信号光用レイヤー
14 基板
15 ベース光用レイヤー
20 レーザー制御装置
21、22 信号光レーザー
25 ベース光レーザー
31 水平受光素子
32 垂直受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Quantum dot layer part 11 Signal light layer 12 Signal light layer 14 Substrate 15 Base light layer 20 Laser control device 21, 22 Signal light laser 25 Base light laser 31 Horizontal light receiving element 32 Vertical light receiving element

Claims (12)

ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、
ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、
信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、
を備え、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光源手段は、前記信号光として、第j(但し、jは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光レイヤーとしての第jレイヤーに向けて発し、
前記第j信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第j信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理回路。
A quantum dot layer portion comprising a signal layer optical laminated on the base-light layer and the base-light on a layer,
Base light source means for emitting base light toward the base light layer;
Signal light source means for emitting signal light toward the signal light layer;
With
The quantum dot layer portion is formed by laminating a first layer to an m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) in order from the base light layer side, as the signal light layer.
The i-th layer (where i is a natural number from 1 to m−1) layer as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths,
The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The signal light source means emits j-th (where j is a natural number from 1 to m) signal light as the signal light toward the j-th layer as the signal light layer,
The signal light source means is controlled to change the j-th signal light according to the value of information to be subjected to a logical operation to be executed, and each of the wavelength of the base light and the wavelength of the j-th signal light Further comprising a control means for controlling the base light source means and the signal light source means so as to switch to any one of the two or more PL emission peak wavelengths according to the type of the logical operation ,
At least one of the first layer to the m-th layer as the base light layer and the signal light layer corresponds to (i) the at least one layer of the base light and the j-th signal light. When the light wavelength is the first wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths , the first type of logical operation is performed, and (ii) the light wavelength corresponding to the at least one layer is The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths is a second wavelength different from the first wavelength . An optical logic circuit characterized by
前記ベース光用レイヤー及び前記第1レイヤーから前記第mレイヤーのうち、一対をなす二つのレイヤーは、相互に対応するPL発光ピーク波長を少なくとも一つ有すると共に、前記量子ドットレイヤー部内において、近接場光の相互作用による結合が可能な位置に夫々配置されており、
前記一対をなす二つのレイヤーが、一つ以上存在する
ことを特徴とする請求項に記載の光論理回路。
Of the base light layer and the first layer to the m-th layer, two layers forming a pair have at least one PL emission peak wavelength corresponding to each other, and in the quantum dot layer portion, It is arranged at a position where coupling by light interaction is possible,
The optical logic circuit according to claim 1 , wherein at least one of the two layers forming the pair exists.
前記制御手段は、前記ベース光及び前記第i信号光の全ての光の波長を同一波長へと切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の光論理回路。 The control means controls the base light source means and the signal light source means so as to switch all wavelengths of the base light and the i-th signal light to the same wavelength. The optical logic circuit described. 前記少なくとも一つのレイヤーは、
前記全ての波長が前記同一波長として前記第1波長に切り替えられている場合に、前記第1種類としてANDゲートの論理動作を行い
前記全ての光の波長が前記同一波長として前記第2波長に切り替えられている場合に、前記第2種類としてNOTゲートの論理動作を行う
ように構成されていることを特徴とする請求項に記載の光論理回路。
The at least one layer comprises:
When all the wavelengths are switched to the first wavelength as the same wavelength, an AND gate logical operation is performed as the first type, and all the wavelengths of the light are switched to the second wavelength as the same wavelength. 4. The optical logic circuit according to claim 3 , wherein the optical logic circuit is configured to perform a logical operation of a NOT gate as the second type.
前記量子ドットレイヤー部からの前記ベース光及び前記信号光に起因する出力光を、前記量子ドットレイヤー部の積層方向にて受光する垂直受光素子及び前記量子ドットレイヤー部の水平方向にて受光する水平受光素子のうち少なくとも一つの受光素子を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の光論理回路。   A vertical light receiving element that receives the base light and the signal light from the quantum dot layer portion in the stacking direction of the quantum dot layer portion and a horizontal light receiving in the horizontal direction of the quantum dot layer portion The optical logic circuit according to claim 1, further comprising at least one light receiving element among the light receiving elements. 前記制御手段は、前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長を切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することに加えて又は代えて、前記少なくとも一つの受光素子で受光する段階にて、前記論理演算に用いられる前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長を切り替えるように、前記少なくとも一つの受光素子を制御することを特徴とする請求項に記載の光論理回路。 The control means receives light by the at least one light receiving element in addition to or instead of controlling the base light source means and the signal light source means so as to switch a wavelength of light corresponding to the at least one layer. The optical logic circuit according to claim 5 , wherein the at least one light receiving element is controlled to switch a wavelength of light corresponding to the at least one layer used for the logical operation. 前記制御手段は、前記第i信号光を、前記情報としてのデジタル情報及びアナログ情報の少なくとも一方の値に応じて変化させることを特徴とする請求項1に記載の光論理回路。 2. The optical logic circuit according to claim 1, wherein the control means changes the i-th signal light according to at least one of digital information and analog information as the information. ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第j(但し、jは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光レイヤーとしての第jレイヤーに向けて発する光論理回路を制御する制御方法であって、
前記第j信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御する変化工程と、
前記ベース光の波長及び前記第j信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する切り替え工程と
を備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理回路の制御方法。
A quantum dot layer portion including a base light layer and a signal light layer laminated on the base light layer; base light source means for emitting base light toward the base light layer; and A signal light source unit that emits light toward the signal light layer , wherein the quantum dot layer unit is the signal light layer in order from the base light layer side to the mth layer (where m is 2). The above (natural number) layer is laminated, and the i-th layer (where i is a natural number from 1 to m−1) layer as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths, The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic that is at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths. The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths, and the signal light source means uses the jth (where j is a natural number from 1 to m) signal light as the signal light. A control method for controlling an optical logic circuit that emits toward a j-th layer as an optical layer ,
A changing step of controlling the signal light source means so as to change the j-th signal light according to a value of information to be subjected to a logical operation to be executed;
The base light source means and the signal light source are configured to switch each of the wavelength of the base light and the wavelength of the j-th signal light to one of the two or more PL emission peak wavelengths according to the type of the logical operation. A switching step for controlling the means ,
At least one of the first layer to the m-th layer as the base light layer and the signal light layer corresponds to (i) the at least one layer of the base light and the j-th signal light. When the light wavelength is the first wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths , the first type of logical operation is performed, and (ii) the light wavelength corresponding to the at least one layer is The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths is a second wavelength different from the first wavelength . A method for controlling an optical logic circuit.
複数の光論理回路が集積されてなり、
前記複数の光論理回路は夫々、
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤーの上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、
ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、
信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、
を備え、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光源手段は、前記信号光として、第j(但し、jは1からmまでの自然数)信号光を、前記信号光レイヤーとしての第jレイヤーに向けて発し、
前記第j信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第j信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする集積回路。
A plurality of optical logic circuits are integrated,
Each of the plurality of optical logic circuits is
A quantum dot layer portion comprising a signal layer optical stacked on the layer for the base-light layer and the base light,
Base light source means for emitting base light toward the base light layer;
Signal light source means for emitting signal light toward the signal light layer;
With
The quantum dot layer portion is formed by laminating a first layer to an m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) in order from the base light layer side, as the signal light layer.
The i-th layer (where i is a natural number from 1 to m−1) as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths,
The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The signal light source means emits j-th (where j is a natural number from 1 to m) signal light as the signal light toward the j-th layer as the signal light layer,
The signal light source means is controlled to change the j-th signal light according to the value of information to be subjected to a logical operation to be executed, and each of the wavelength of the base light and the wavelength of the j-th signal light Further comprising a control means for controlling the base light source means and the signal light source means so as to switch to any one of the two or more PL emission peak wavelengths according to the type of the logical operation ,
At least one of the first layer to the m-th layer as the base light layer and the signal light layer corresponds to (i) the at least one layer of the base light and the j-th signal light. When the light wavelength is the first wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths , the first type of logical operation is performed, and (ii) the light wavelength corresponding to the at least one layer is The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths is a second wavelength different from the first wavelength . An integrated circuit characterized by.
ベース光を発するベース光源手段と、信号光を発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記信号光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段とを備える光論理回路用の量子ドットレイヤー部を有する光論理素子であって、
前記量子ドットレイヤー部は、
記ベース光源手段から発せられる前記ベース光が向けられるベース光用レイヤーと、
前記ベース光用レイヤー上に積層され、前記信号光源手段から発せられる前記信号光が向けられる信号光用レイヤーと、
を有し、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理素子。
Base light source means for emitting base light, signal light source means for emitting signal light, and controlling the signal light source means to change the signal light according to the value of information to be subjected to a logical operation to be executed with the wavelength of the wavelength and the signal light of the base light, quantum for optical logic circuits and a control means for controlling the base light source means and said signal source means to switch according to the type of the logic operation An optical logic element having a dot layer portion,
The quantum dot layer part is
And layer for the base beam to be directed to the base light emitted from the front SL based light source means,
A signal light layer that is laminated on the base light layer and to which the signal light emitted from the signal light source means is directed ;
Have
The quantum dot layer portion is formed by laminating a first layer to an m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) in order from the base light layer side, as the signal light layer.
The i-th layer (where i is a natural number from 1 to m−1) as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths,
The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
At least one of the first layer to the m-th layer as the base light layer and the signal light layer corresponds to (i) the at least one layer of the base light and the j-th signal light. When the light wavelength is the first wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths , the first type of logical operation is performed, and (ii) the light wavelength corresponding to the at least one layer is The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths is a second wavelength different from the first wavelength . An optical logic device characterized by.
ベース光を発するベース光源手段と、信号光を発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記信号光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段とを夫々備える複数の光論理回路が集積されてなる集積回路用の量子ドットレイヤー部を有する光論理素子であって、
前記量子ドットレイヤー部は、
記ベース光源手段から発せられる前記ベース光が向けられるベース光用レイヤーと、
前記ベース光用レイヤー上に積層され、前記信号光源手段から発せられる前記信号光が向けられる信号光用レイヤーと、
を有し、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第1レイヤーから第m(但し、mは2以上の自然数)レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第i(但し、iは1からm−1までの自然数)レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第mレイヤーは、前記第iレイヤーと少なくとも部分的に異なるPL発光特性を有すると共に、1つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、2つ以上のPL発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第1レイヤー乃至第mレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第j信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち第1波長である場合に、第1種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記2つ以上のPL発光ピーク波長のうち前記第1波長とは異なる第2波長である場合に、前記第1種類とは異なる第2種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理素子。
Base light source means for emitting base light, signal light source means for emitting signal light, and controlling the signal light source means to change the signal light according to the value of information to be subjected to a logical operation to be executed together with the wavelength of the wavelength and the signal light based light, the logical said to switch according to the type of computing-based light source means and the signal a plurality of optical logic circuits and control means comprise respective controlling the light source means An optical logic device having a quantum dot layer portion for an integrated circuit in which are integrated,
The quantum dot layer part is
And layer for the base beam to be directed to the base light emitted from the front SL based light source means,
A signal light layer that is laminated on the base light layer and to which the signal light emitted from the signal light source means is directed ;
Have
The quantum dot layer portion is formed by laminating a first layer to an m-th layer (where m is a natural number of 2 or more) in order from the base light layer side, as the signal light layer.
The i-th layer (where i is a natural number from 1 to m−1) layer as the signal light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
The m-th layer as the signal light layer has a PL emission characteristic at least partially different from the i-th layer and has one or more PL emission peak wavelengths,
The base light layer has two or more PL emission peak wavelengths,
At least one of the first layer to the m-th layer as the base light layer and the signal light layer corresponds to (i) the at least one layer of the base light and the j-th signal light. When the light wavelength is the first wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths , the first type of logical operation is performed, and (ii) the light wavelength corresponding to the at least one layer is The second type of logical operation different from the first type is performed when the second wavelength of the two or more PL emission peak wavelengths is a second wavelength different from the first wavelength . An optical logic device characterized by.
ベース光が入射されるベース光用レイヤーと、第1信号光が入射される第1信号光レイヤーと、第2信号光が入射される第2信号光レイヤーと、がこの順で積層されてなる量子ドットレイヤー部と、前記ベース光、前記第1信号光及び前記第2信号光各々を発する光源を制御する制御手段と、を備える光論理回路であって、
前記第1信号光用レイヤーは、第1PL発光ピーク及び第2PL発光ピークを有する第1量子ドットを含み、
前記第2信号光用レイヤーは、前記第1PL発光ピークを有する第2量子ドットを含み、
前記ベース光用レイヤーは、前記第1PL発光ピーク及び前記第2PL発光ピークを有する第3量子ドットを含み、
前記第1PL発光ピークを与える光の第1波長は、前記第2発光ピークを与える光の第2波長より大きく、
前記制御手段は、前記第1信号光及び前記第2信号光各々を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記光源を制御すると共に、前記ベース光、前記第1信号光及び前記第2信号光各々の波長が、前記論理演算の種類に応じて、前記第1波長及び前記第2波長のいずれかに切り替えるように、前記光源を制御する
ことを特徴とする光論理回路。
A base light layer into which base light is incident, a first signal light layer into which first signal light is incident, and a second signal light layer into which second signal light is incident are laminated in this order. An optical logic circuit comprising: a quantum dot layer unit; and a control unit that controls a light source that emits each of the base light, the first signal light, and the second signal light ,
The first signal light layer includes a first quantum dot having a first PL emission peak and a second PL emission peak,
The second signal light layer includes a second quantum dot having the first PL emission peak,
The base light layer includes a third quantum dot having the first PL emission peak and the second PL emission peak,
A first wavelength of light that provides the first PL emission peak is greater than a second wavelength of light that provides the second emission peak;
The control means controls the light source so as to change each of the first signal light and the second signal light according to a value of information to be subjected to a logical operation to be performed, and the base light, The light source is controlled so that the wavelength of each of the first signal light and the second signal light is switched to one of the first wavelength and the second wavelength according to the type of the logical operation. An optical logic circuit.
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