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JPH0554090B2 - - Google Patents
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JPH0554090B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0554090B2
JPH0554090B2 JP57147171A JP14717182A JPH0554090B2 JP H0554090 B2 JPH0554090 B2 JP H0554090B2 JP 57147171 A JP57147171 A JP 57147171A JP 14717182 A JP14717182 A JP 14717182A JP H0554090 B2 JPH0554090 B2 JP H0554090B2
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
output
optical waveguides
phase
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57147171A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5936230A (en
Inventor
Maki Yamashita
Naohisa Inoe
Kazuhiko Mori
Masaharu Matano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Tateisi Electronics Co
Priority to JP14717182A priority Critical patent/JPS5936230A/en
Publication of JPS5936230A publication Critical patent/JPS5936230A/en
Publication of JPH0554090B2 publication Critical patent/JPH0554090B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、光論理回路に関する。 光通信、光情報処理の実用化をはかる上で光集
積回路技術は不可欠なものである。この技術のな
かにあつて、導波形光回路技術はとりわけ重要な
基本技術となつている。種々の光回路を導波形で
構成する試みが盛んにおこなわれているが、そう
したもののひとつに光論理回路がある。 この発明は、光を直接に論理演算し、したがつ
て高速処理の可能な光論理回路を提供することを
目的とする。 この発明による光論理回路は、等しい位相定数
を有する2つの単一モード光導波路が一端で互い
に交差することにより構成される対称側光導波路
対と、互いに異なる位相定数を有する2つの単一
モード光導波路が一端で互いに交差することによ
り構成される非対称側光導波路対とが、基板上に
形成されかつそれぞれの交差部で互いに結合され
ることによりX字形の光導波路(非対称X分岐光
導波路)を構成しており、対称側または非対称側
のいずれか一方の光導波路対が光入力側、他方が
光出力側として用いられ、光入力側の光導波路対
を構成する1対の光導波路に、あらかじめ定めら
れた位相関係を有する入射光が導入されるととも
に、この入射光の位相を論理値入力信号に応じて
制御する位相シフタが基板上に設けられ、光出力
側の光導波路対から論理値出力を表わす出力光が
得られることを特徴とする。 光入力側の光導波路対に位相シフタが設けられ
ており、この位相シフタによる入射光の位相のシ
フト状態に応じてある一定の論理にしたがつて、
光出力側光導波路対のいずれか一方の光導波路ま
たは両方の光導波路から出力光が得られる。光に
より直接に論理演算を行なつているから、非常に
高速の光論理演算を実現することができる。 またこの発明においては、非対称X分岐光導波
路を利用しているので消光比がよく、入射光と出
射光との位相関係が高精度のものとなる。 まず、この発明において用いられる2つの光導
波路対の動作原理について説明する。第1図にお
いて、1対の単一モード光導波路1と2がその一
端において微小角度θ1で交差している。これら
の光導波路1と2とは等しい巾W1,W2を有し
ており、したがつて位相定数が等しく設定されて
いる。もう1対の単一モード光導波路3と4とが
あり、これらの光導波路3と4もまた一端にて微
小角度θ2で交差している。光導波路3と4の巾
W3とW4とは異なり、光導波路4の巾W4は光
導波路3の巾W3よりも狭くなつている。したが
つて、光導波路3と4の位相定数は異なり、光導
波路3の方が大きい。光導波路1,2の巾W1,
W2と光導波路3の巾W3とは、第1図では等し
く設定されているが、必ずしも等しくなくてもよ
い。また、交差角はθ1>θ2に設定されているが、
θ1≦θ2であつてもよい。このような光導波路1,
2と光導波路3,4とは、これらの光導波路がほ
ぼ直線状になるように、それぞれの交差部で結合
されている。この結合部を符号5で示す。説明の
便宜のために、光導波路1,2から光導波路3,
4に向う方向をZ軸、紙面に垂直方向をX軸とし
て、XYZ座標軸をとる。また、光導波路1,2
を対称側、光導波路3,4を非対称側と呼ぶ。 簡単のために、X方向には変化のない2次元構
造を考える。また、2つの交差角θ1,θ2はい
ずれも十分に小さく、光波はほぼZ方向に進行
し、Z方向の微小変化に対して光導波路1と2の
間隔、および光導波路3と4の間隔の変化は無視
できるものとする。すなわち、結合部5を除い
て、微小区間を考えれば、2本の平行な光導波路
があり、Y方向に一様な5層構造が形成されてい
る、とみなすことができるものとする。このよう
な場合には、ローカル・ノーマル・モード
(Local Normal Mode)による解析法が適用で
きる。 よく知られているように、2つの単一モード光
導波路からなる5層光導波路の固有モードには、
偶モードと奇モードの2種類がある。第2図a,
bには、この5層光導波路構造における偶モード
と奇モードの伝搬状態がそれぞれ示されている。
第2図cには、この5層光導波路構造の偶、奇両
モードの位相定数の変化の様子が示されている。
光導波路1,2からなる対称側において、結合部
5から十分に遠く、光導波路1と2の間隔が広い
位置では、光導波路1と2の間の結合が無視でき
るため2つの固有モードは縮退し、両モードの位
相定数は等しい。結合部5に近づくにつれて縮退
がとけて両モードの位相定数の差が大きくなる。
結合部5では、2つの光導波路が1つになり、3
層光導波路構造となるため、偶モードは3層光導
波路の基本モード(位相定数の大きい方)に、奇
モードは1次モード(位相定数の小さい方)にそ
れぞれ移行する。結合部5を過ぎて、光導波路3
と4からなる非対称側にはいると、光導波路3と
4の間隔が再び拡大するため両モードの位相定数
の差は減少するが、光導波路3と4の位相定数が
異なるので偶、奇モードの位相定数はそれぞれ異
なる値に漸近する。この例では、光導波路3の幅
が光導波路4の幅より広くなつているから、位相
定数は光導波路3のほうで大きい。したがつて、
偶モードの光波パワーは光導波路3に、奇モード
の光波パワーは光導波路4にそれぞれ集中する。 上述の説明は、光が対称側から非対称側に伝搬
する場合のものであるが、非対称側から対称側に
光が進む場合には、上述の説明を逆にたどればよ
い。 第3図は、上述の光導波路に対称側から種々の
光波を入力したときに得られる光波出力を示して
いる。第3図aは、対称側の2つの光導波路1,
2に同相の光波が入力した場合である。対称側で
は偶モードが励振されて伝搬し、結合部5では基
本モードに、非対称側では再び偶モードにそれぞ
れ変化する。非対称側における偶モードの光波パ
ワーは光導波路3に集中しているため、出力光波
は光導波路3から得られる。この図において、対
称側に実線で示す位相で入射した光波は、光導波
路3を実線で示す位相で伝搬する。また波線で示
す位相で入射した光波は、破線で示す位相で光導
波路3から出射する。実線の光波と破線の光波と
は互いに逆相である。 第3図bは、互いに逆相の光波(たとえば実線
で示す光波同志、または鎖線で示す光波同志)を
対称側の2つの光導波路1,2に入力した場合で
ある。対称側では奇モードが励振されて伝搬し、
結合部5では1次モードに、非対称側では再び奇
モードにそれぞれ変化する。非対称側における奇
モードの光波パワーは光導波路4に集中している
ため、出力光波は光導波路4から得られる。実線
で示す入力光波による出力光波は実線で、鎖線で
示す入力光波による出力光波は鎖線でそれぞれ示
されている。 なお、光波を非対称側から入力することもで
き、この場合には上述した逆の過程をたどる。 さて論理回路の一例としてEx−NOR
(exclusive(排他的)NOR)回路を考える。2入
力Ex−NOR回路の記号は第4図に示されている
通りであり、2つの入力AおよびBに対する出力
Xの真理値表が次表に示されている。入力A,B
のいずれか一方のみが「1」の場合に出力Xは
「0」となる。
The present invention relates to optical logic circuits. Optical integrated circuit technology is essential for the practical application of optical communications and optical information processing. Among these technologies, waveguide optical circuit technology has become a particularly important basic technology. There are many attempts to construct various optical circuits using waveguides, one of which is optical logic circuits. An object of the present invention is to provide an optical logic circuit that directly performs logical operations on light and is therefore capable of high-speed processing. The optical logic circuit according to the present invention includes a pair of symmetrical optical waveguides constituted by two single-mode optical waveguides having the same phase constant crossing each other at one end, and a pair of symmetrical optical waveguides having two single-mode optical waveguides having mutually different phase constants. A pair of asymmetric optical waveguides constituted by waveguides crossing each other at one end are formed on a substrate and are coupled to each other at each intersection to form an X-shaped optical waveguide (asymmetrical X-branch optical waveguide). One pair of optical waveguides on the symmetric side or the asymmetric side is used as the optical input side, and the other side is used as the optical output side. Incident light having a predetermined phase relationship is introduced, and a phase shifter is provided on the substrate to control the phase of this incident light according to a logical value input signal, and a logical value is output from the optical waveguide pair on the optical output side. It is characterized by being able to obtain output light representing . A phase shifter is provided on the optical waveguide pair on the optical input side, and according to a certain logic, depending on the phase shift state of the incident light by this phase shifter,
Output light is obtained from one or both optical waveguides of the pair of optical output side optical waveguides. Since logical operations are performed directly using light, extremely high-speed optical logical operations can be realized. Further, in this invention, since an asymmetrical X-branch optical waveguide is used, the extinction ratio is good, and the phase relationship between the incident light and the output light is highly accurate. First, the operating principles of the two optical waveguide pairs used in this invention will be explained. In FIG. 1, a pair of single mode optical waveguides 1 and 2 intersect at one end at a small angle θ1. These optical waveguides 1 and 2 have equal widths W1 and W2, and therefore have equal phase constants. There is another pair of single mode optical waveguides 3 and 4, which also intersect at one end at a small angle θ2. Unlike the widths W3 and W4 of the optical waveguides 3 and 4, the width W4 of the optical waveguide 4 is narrower than the width W3 of the optical waveguide 3. Therefore, the phase constants of optical waveguides 3 and 4 are different, and optical waveguide 3 is larger. Width W1 of optical waveguides 1 and 2,
Although W2 and the width W3 of the optical waveguide 3 are set equal in FIG. 1, they do not necessarily have to be equal. Also, the intersection angle is set to θ1>θ2,
θ1≦θ2 may be satisfied. Such an optical waveguide 1,
2 and the optical waveguides 3 and 4 are coupled at their respective intersections so that these optical waveguides are substantially straight. This joint portion is designated by the reference numeral 5. For convenience of explanation, optical waveguides 1 and 2 to optical waveguides 3,
Take the XYZ coordinate axes, with the direction facing 4 as the Z axis and the direction perpendicular to the paper as the X axis. In addition, optical waveguides 1 and 2
is called the symmetric side, and the optical waveguides 3 and 4 are called the asymmetric side. For simplicity, consider a two-dimensional structure with no change in the X direction. Furthermore, both of the two crossing angles θ1 and θ2 are sufficiently small, the light wave travels approximately in the Z direction, and the distance between the optical waveguides 1 and 2 and the distance between the optical waveguides 3 and 4 changes with respect to minute changes in the Z direction. Changes are assumed to be negligible. That is, when considering a minute section excluding the coupling portion 5, it can be considered that there are two parallel optical waveguides and a uniform five-layer structure is formed in the Y direction. In such a case, a local normal mode analysis method can be applied. As is well known, the eigenmodes of a five-layer optical waveguide consisting of two single mode optical waveguides are:
There are two types: even mode and odd mode. Figure 2a,
Part b shows the propagation states of even mode and odd mode in this five-layer optical waveguide structure.
FIG. 2c shows how the phase constants of the even and odd modes of this five-layer optical waveguide structure change.
On the symmetric side consisting of the optical waveguides 1 and 2, at a position sufficiently far from the coupling part 5 and where the distance between the optical waveguides 1 and 2 is wide, the coupling between the optical waveguides 1 and 2 can be ignored, so the two eigenmodes are degenerated. However, the phase constants of both modes are equal. As the coupling portion 5 is approached, the degeneracy is broken and the difference in phase constants of both modes becomes larger.
In the coupling part 5, the two optical waveguides become one, and the 3
Since it has a layered optical waveguide structure, the even mode shifts to the fundamental mode (the one with the larger phase constant) of the three-layered optical waveguide, and the odd mode shifts to the primary mode (the one with the smaller phase constant). After passing through the coupling part 5, the optical waveguide 3
When the optical waveguides 3 and 4 enter the asymmetric side consisting of The phase constants of each asymptote to different values. In this example, since the width of the optical waveguide 3 is wider than the width of the optical waveguide 4, the phase constant of the optical waveguide 3 is larger. Therefore,
Even mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 3, and odd mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 4. The above explanation is for the case where the light propagates from the symmetric side to the asymmetric side, but when the light propagates from the asymmetric side to the symmetric side, the above explanation can be followed in reverse. FIG. 3 shows the light wave output obtained when various light waves are input into the above-mentioned optical waveguide from the symmetrical side. FIG. 3a shows two optical waveguides 1 on the symmetric side,
This is a case where light waves of the same phase are input to 2. The even mode is excited and propagates on the symmetrical side, and changes to the fundamental mode at the coupling portion 5, and to the even mode again on the asymmetrical side. Since the optical wave power of the even mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 3, the output optical wave is obtained from the optical waveguide 3. In this figure, a light wave incident on the symmetrical side with a phase indicated by a solid line propagates through the optical waveguide 3 with a phase indicated by a solid line. Furthermore, the light wave that has entered with the phase indicated by the broken line exits from the optical waveguide 3 with the phase indicated by the broken line. The light waves indicated by the solid line and the light waves indicated by the broken line are in opposite phase to each other. FIG. 3b shows a case where light waves having opposite phases to each other (for example, light waves shown by solid lines or light waves shown by chain lines) are input into two optical waveguides 1 and 2 on the symmetric side. On the symmetric side, the odd mode is excited and propagates,
At the coupling portion 5, the mode changes to the first-order mode, and on the asymmetric side, the mode changes again to the odd mode. Since the light wave power of the odd mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 4, the output light wave is obtained from the optical waveguide 4. An output light wave caused by an input light wave shown by a solid line is shown by a solid line, and an output light wave caused by an input light wave shown by a chain line is shown by a chain line. Note that it is also possible to input the light wave from the asymmetric side, and in this case, the reverse process described above is followed. Now, as an example of a logic circuit, Ex−NOR
Consider a (exclusive NOR) circuit. The symbol of the two-input Ex-NOR circuit is as shown in FIG. 4, and the truth table of the output X for the two inputs A and B is shown in the following table. Input A, B
If only one of them is "1", the output X becomes "0".

【表】 上述の2対の光導波路において、光導波路1,
2に位相が同じまたは180゜ずれた(逆相)光信号
を入力した場合の光導波路3からの出力について
考察する。光導波路1,2への入力光信号の論理
「0」「1」はその位相によつて表わされるものと
する。すなわち、第3図aにおいて、入力光信号
が実線で示す位相をもつ場合にこれを「1」、破
線で示す位相をもつ場合にこれを「0」とする。
入力側光導波路1,2を第4図に示す入力A,B
に対応させる。光導波路3から得られる光信号の
論理「0」「1」は、光パワーの有無によつて表
わされるものとする。すなわち、第3図aに示す
ように光導波路3から出力される光波がある場合
にはこれを「1」、第3図bに示すように光導波
路3から出力される光波がない場合にはこれを
「0」とする。光導波路3の出力をX1で表わす。
このように各光信号の論理を定めると、出力X1
は、入力A,BのEx−NORとなることが理解さ
れよう。すなわち、第3図aに示すように、入力
A,Bがともに「0」または「1」の場合には出
力X1は「1」であり、第3図bに示すように入
力A,Bのいずれか一方が「1」の場合には出力
X1は「0」となる。 このような光導波路において、光導波路4から
は出力X1の相補出力が得られる。光導波路4の
出力をX2で表わすと、出力X2は入力A,Bの
Ex−NORとなる。入力A,Bと出力X1および
X2との関係が上述の真理値表に示されている。 このように、光波の位相および光波の有無によ
り論理「0」「1」を表すことによつて、所定の
光論理演算が達成される。 第5図は実施例を示している。LiNbO3結晶基
板10の一面上に、Tiを熱拡散することにより、
第1図に示すような光導波路1と2の対、光導波
路3と4の対およびこれらの交差部の結合部5が
形成されている。これらの光導波路1〜4の結合
部5と反対側端部には、平行な光導波路11,1
2,13,14がそれぞれ連続している。また光
導波路21〜23からなるY字形光分岐路が形成
されている。光導波路21,22はそれぞれ光導
波路11,12に連続している。さらに、光導波
路11,12の両側には、これらの光導波路を挾
むように電極31,32がそれぞれ設けられてい
る。これらの電極31,32によつて位相シフタ
が構成される。各電極31,32には、制御回路
35のスイツチ33,34をそれぞれ介して適当
な電圧が印加される。電極31,32に電圧が印
加されると、光導波路11,12を伝搬する光の
位相がそれぞれ180゜ずれる。光導波路23側が入
力側であり、この光導波路23には発光器41た
とえば半導体レーザからの光が入射する。論理出
力は光導波路13または14から得られ、これら
の出力光は光検出器43,44によつてそれぞれ
受光され、電気信号に変換されたのち処理回路4
5に入力する。 光導波路23に入射した光はY字形光分岐路に
よつて等しい光パワーでかつ同位相で2つに分け
られ、光導波路21,22をそれぞれ経て光導波
路11,12に進む。スイツチ33,34がオフ
の場合(このとき、2つの入力A,Bをともに
「1」とする)には、光導波路11,12を伝搬
する光は互いに同相であるから、光導波路13の
みから出力光が得られる(出力X1は「1」、出
力X2は「0」となる)。両方のスイツチ33,
34がともにオンの場合(入力A,Bはともに
「0」)には、光導波路11,12を進む光はとも
にその位相が180゜ずれるから、この場合にも互い
に同相であり、光導波路13のみから出力光が得
られる。 スイツチ33,34のいずれか一方がオン(入
力A,Bのいずれか一方が「0」)の場合には、
光導波路11,12を伝搬する光のうちいずれか
一方の位相が反転されるから、これらの光導波路
11,12を伝搬する光は互いに逆相であり、光
導波路14のみから出力光が得られる(出力X1
は「0」、X2は「1」)。このようにして、光検
出器43,44には、Ex−NOR、Ex−OR論理
出力が得られ、非常に高速の光論理回路が実現さ
れる。 基板としてはLiNbO3以外にも他の多くの光学
材料を使用することができるのは言うまでもな
い。たとえば、ガラスを基板として用い、銀イオ
ンを拡散することにより光導波路を形成すること
ができる。 光波を非対称側から入力させた場合においても
同じように光論理演算が実現できることについて
簡単に触れておく。 第6図aおよびbは、第3図aおよびbに実線
で示す位相をもつ光を抽出して示すものである。 第6図cは、光波が光導波路2にのみ入力した
場合である。この場合には、対称側で偶モードと
奇モードとが等しいパワーで励振されたと考えら
れるから、第6図aとbの重ね合わせとなり(第
6図a,bにおいて光導波路1の光波は互いに逆
相であるから相殺される)、光導波路3と4に等
しいパワーでかつ同相の光波が出力される。第6
図dは、光波を光導波路1にのみ入力させた場合
を示し、この場合には第6図aと、第6図bの光
波の位相を反転させたもの(第3図bに鎖線で示
す光波)との重ね合わせとなり、光導波路3と4
に等しいパワーでかつ逆相の光波が出力される。 光波を非対称側から入力した場合には上記とは
逆の過程をたどるのは上述した通りである。すな
わち、光導波路3に光波が入力した場合には、対
称側の両光導波路1と2とから同相の光波が出力
される。(第6図aに破線の矢印で示す)。光導波
路4に光波を入力させた場合には光導波路1と2
から互いに逆相の光波が出力される(第6図bに
破線の矢印で示す)。さらに、非対称側の光導波
路3と4に同相の光波を導入した場合には対称側
の一方の光導波路2のみから光波が出力され、光
導波路3と4に逆相の光波を導入した場合には対
称側の他方の光導波路1にのみ出力光波が得られ
る(第6図c,dにそれぞれ破線の矢印で示す)。
以上のことから、光波を非対称側から入力した場
合にも同じようにEx−NORまたはEx−OR論理
演算が実現できることが分る。
[Table] In the above two pairs of optical waveguides, optical waveguide 1,
Let us consider the output from the optical waveguide 3 when optical signals having the same phase or 180° out of phase (opposite phase) are input to the optical waveguide 2. It is assumed that the logic "0" and "1" of the input optical signals to the optical waveguides 1 and 2 are expressed by their phases. That is, in FIG. 3a, if the input optical signal has a phase shown by a solid line, it is set as "1", and if it has a phase shown by a broken line, it is set as "0".
The input side optical waveguides 1 and 2 are inputs A and B shown in FIG.
correspond to It is assumed that the logic "0" or "1" of the optical signal obtained from the optical waveguide 3 is expressed by the presence or absence of optical power. That is, as shown in FIG. 3a, if there is a light wave output from the optical waveguide 3, it is set as "1", and as shown in FIG. This is set as "0". The output of the optical waveguide 3 is represented by X1.
If the logic of each optical signal is determined in this way, the output X1
It will be understood that is Ex-NOR of inputs A and B. That is, as shown in Fig. 3a, when inputs A and B are both "0" or "1", output X1 is "1", and as shown in Fig. 3b, when inputs A and B are both "0" or "1", output If either one is "1", the output X1 becomes "0". In such an optical waveguide, a complementary output to the output X1 is obtained from the optical waveguide 4. If the output of the optical waveguide 4 is represented by X2, the output X2 is the output of the inputs A and B.
Ex−NOR. The relationship between inputs A and B and outputs X1 and X2 is shown in the truth table described above. In this way, a predetermined optical logic operation is achieved by representing logical "0" and "1" according to the phase of the light wave and the presence or absence of the light wave. FIG. 5 shows an embodiment. By thermally diffusing Ti onto one surface of the LiNbO 3 crystal substrate 10,
As shown in FIG. 1, a pair of optical waveguides 1 and 2, a pair of optical waveguides 3 and 4, and a coupling portion 5 at the intersection of these are formed. Parallel optical waveguides 11 and 1 are provided at the ends of these optical waveguides 1 to 4 opposite to the coupling portion 5.
2, 13, and 14 are consecutive. Further, a Y-shaped optical branch path consisting of optical waveguides 21 to 23 is formed. The optical waveguides 21 and 22 are continuous with the optical waveguides 11 and 12, respectively. Furthermore, electrodes 31 and 32 are provided on both sides of the optical waveguides 11 and 12, respectively, so as to sandwich these optical waveguides. These electrodes 31 and 32 constitute a phase shifter. Appropriate voltages are applied to each electrode 31, 32 via switches 33, 34 of a control circuit 35, respectively. When a voltage is applied to the electrodes 31 and 32, the phases of the lights propagating through the optical waveguides 11 and 12 are shifted by 180 degrees, respectively. The optical waveguide 23 side is the input side, and light from a light emitter 41, such as a semiconductor laser, enters the optical waveguide 23. The logic output is obtained from the optical waveguide 13 or 14, and these output lights are received by photodetectors 43 and 44, respectively, and converted into electrical signals before being sent to the processing circuit 4.
Enter 5. The light incident on the optical waveguide 23 is split into two parts with equal optical power and the same phase by the Y-shaped optical branch path, and travels to the optical waveguides 11 and 12 via the optical waveguides 21 and 22, respectively. When the switches 33 and 34 are off (in this case, both inputs A and B are set to "1"), the light propagating through the optical waveguides 11 and 12 is in phase with each other, so that only the optical waveguide 13 Output light is obtained (output X1 is "1" and output X2 is "0"). Both switches 33,
34 are both on (both inputs A and B are "0"), the phases of the lights traveling through the optical waveguides 11 and 12 are shifted by 180 degrees, so in this case as well, they are in phase with each other, and the optical waveguides 13 and 13 are in phase with each other. Output light can be obtained only from the When either switch 33 or 34 is on (either input A or B is "0"),
Since the phase of one of the lights propagating through the optical waveguides 11 and 12 is inverted, the lights propagating through these optical waveguides 11 and 12 have opposite phases to each other, and output light can be obtained only from the optical waveguide 14. (Output X1
is “0” and X2 is “1”). In this way, Ex-NOR and Ex-OR logic outputs are obtained from the photodetectors 43 and 44, realizing a very high-speed optical logic circuit. It goes without saying that many other optical materials besides LiNbO 3 can be used as the substrate. For example, an optical waveguide can be formed by using glass as a substrate and diffusing silver ions. Let us briefly touch on the fact that optical logic operations can be realized in the same way even when light waves are input from the asymmetric side. FIGS. 6a and 6b show extracted light having the phase indicated by the solid line in FIGS. 3a and 3b. FIG. 6c shows a case where a light wave is input only to the optical waveguide 2. In FIG. In this case, it is considered that the even mode and the odd mode are excited with equal power on the symmetric side, so the light waves in the optical waveguide 1 are superposed on each other in Figure 6 a and b (in Figure 6 a and b, the light waves in the optical waveguide 1 (because they are out of phase, they cancel each other out), and light waves with equal power and the same phase are output to the optical waveguides 3 and 4. 6th
Figure d shows the case where the light wave is input only to the optical waveguide 1, and in this case, the phases of the light waves in Figure 6a and Figure 6b are reversed (shown by the chain line in Figure 3b). light wave), and optical waveguides 3 and 4
A light wave with a power equal to and with an opposite phase is output. As described above, when light waves are input from the asymmetric side, the process opposite to the above is followed. That is, when a light wave is input to the optical waveguide 3, light waves in the same phase are output from both optical waveguides 1 and 2 on the symmetric side. (Indicated by the dashed arrow in Figure 6a). When light waves are input to optical waveguide 4, optical waveguides 1 and 2
Light waves having mutually opposite phases are output from the two (indicated by broken line arrows in FIG. 6b). Furthermore, when optical waves of the same phase are introduced into the optical waveguides 3 and 4 on the asymmetric side, the optical wave is output from only one optical waveguide 2 on the symmetric side, and when optical waves of opposite phase are introduced into the optical waveguides 3 and 4, An output light wave is obtained only in the other optical waveguide 1 on the symmetrical side (indicated by broken arrows in FIGS. 6c and d, respectively).
From the above, it can be seen that the Ex-NOR or Ex-OR logical operation can be similarly realized even when light waves are input from the asymmetric side.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、2つの光導波路対の動作原理を示す
構成図、第2図a,bは、この光導波路対におけ
る固有モードの伝搬の様子を示す図、第2図cは
位相定数の変化を示すグラフ、第3図は、この光
導波路対への光波の入力と出力との種々の関係を
示す図、第4図はEx−NOR回路図、第5図は、
この発明の実施例を示す斜視図、第6図a,b,
c,dは光導波路対における光波の入力と出力と
の関係を、対称側および非対称側にそれぞれ光波
を導入したすべての場合についてまとめて示すも
のである。 1,2,3,4……光導波路、5……結合部、
10……基板、31,32……電極、θ1,θ2
……交差角。
Figure 1 is a configuration diagram showing the operating principle of two optical waveguide pairs, Figure 2 a and b are diagrams showing how the eigenmode propagates in this optical waveguide pair, and Figure 2 c is a diagram showing the change in phase constant. 3 is a diagram showing various relationships between the input and output of light waves to this optical waveguide pair, FIG. 4 is an Ex-NOR circuit diagram, and FIG. 5 is a graph showing the following:
A perspective view showing an embodiment of the invention, FIGS. 6a and 6b,
c and d collectively show the relationship between the input and output of light waves in a pair of optical waveguides for all cases in which light waves are introduced into the symmetrical side and the asymmetrical side, respectively. 1, 2, 3, 4... optical waveguide, 5... coupling part,
10... Substrate, 31, 32... Electrode, θ1, θ2
...intersection angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 等しい位相定数を有する2つの単一モード光
導波路が一端で互いに交差することにより構成さ
れる対称側光導波路対と、互いに異なる位相定数
を有する2つの単一モード光導波路が一端で互い
に交差することにより構成される非対称側光導波
路対とが、基板上に形成されかつそれぞれの交差
部で互いに結合されることによりX字形の光導波
路を構成しており、 対称側または非対称側のいずれか一方の光導波
路対が光入力側、他方が光出力側として用いら
れ、光入力側の光導波路対を構成する1対の光導
波路に、あらかじめ定められた位相関係を有する
入射光が導入されるとともに、この入射光の位相
を論理値入力信号に応じて制御する位相シフタが
基板上に設けられ、光出力側の光導波路対から論
理値出力を表わす出力光が得られる、光論理回
路。
[Claims] 1. A pair of symmetrical optical waveguides formed by two single-mode optical waveguides having the same phase constant crossing each other at one end, and two single-mode optical waveguides having mutually different phase constants. A pair of optical waveguides on the asymmetric side are formed on the substrate and are configured by crossing each other at one end, and are connected to each other at each intersection to form an X-shaped optical waveguide, and the optical waveguides on the symmetric side or One of the optical waveguide pairs on the asymmetric side is used as the optical input side, and the other is used as the optical output side. When light is introduced, a phase shifter is provided on the substrate to control the phase of this incident light according to a logic value input signal, and output light representing a logic value output is obtained from the optical waveguide pair on the light output side. Optical logic circuit.
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