フォトニック結晶光ビットメモリアレイ
【課題】本発明の目的は、波長変換を介さず、シリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込み、シリアルデータをパラレルデータに変換し、共振器に取り込まれたデータをパルス列として読み出すことも可能にするフォトニック結晶光ビットメモリおよびフォトニック結晶光ビットメモリアレイを提供することを目的とする。
【解決手段】複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【解決手段】複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を使用した光ビットメモリ、および光ビットメモリアレイ、及び、これらを使用したデータの書き込み方法、読み出し方法、及びシリアルパラレル変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、フォトニック結晶を使用したビットメモリ１００を示す図である。図１において、フォトニック結晶共振器１０１を使用した光メモリフォトニック結晶中の共振器１０１の脇にバス導波路１０２を配置すると、バス導波路１０２より入力された光は共振器１０１に共鳴するとき、その光は共振器１０１にトラップ（共鳴）される。フォトニック結晶により構成される共振器１０１は、極めて小型であるため光密度が従来の光デバイスよりも極めて高くすることができ、双安定現象などの非線形効果を効率よく引き出すことが可能であるため、光メモリとして期待されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、フォトニック結晶光メモリには、以下の問題点がある。
図２は、共鳴波長が同じである同一共振器をシリアルに配置した時の問題点を示す図であり、図２（ａ）は、問題点１を説明するためのフォトニック結晶２００を示す図であり、図２（ｂ）は、問題点２を説明するためのフォトニック結晶２１０を示す図である。
【０００４】
図２（ａ）に示すフォトニック結晶２００において、バス導波路２０２より入力された光は、共振器２０１にトラップされ（共鳴し）、反射される。多ビットメモリを構成するため、バス導波路２０２の脇に複数の共振器２０１を配置した場合、バス導波路２０２から導入された光は、一番手前の共振器２０１と共鳴し反射されるため、奥の共振器２０１に到達することができず、期待した多ビットの効果を得ることができないという問題点がある（問題点１）。
【０００５】
また、図２（ｂ）に示すフォトニック結晶２１０において、奥の共振器２１１に光を到達させるために、それぞれの共振器２１１に専用の導波路２１３を設置し、その導波路２１３より光を入力した場合、光はバス導波路２１２を伝わって隣の共振器に侵入することができる。つまり、隣り合う共振器２１１は、バス導波路２１２を介して互いに干渉しあう。例えば、“１”と“０”のデータを２つの共振器で記憶させた場合、この干渉により、データが消滅してしまうため、ビットメモリとしての機能を達成できないとい問題点もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. Faith et al.,”High-contrast all-optical bistable switching in photonic crystal microcavities” Appl. Phys. Lett. 83, 2739 (2003))。
【非特許文献２】Paul E. Barclay et al., “Efficient input and output fiber coupling to a photonic crystal waveguide” OPTICS LETTERS 29, 697 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題を解決するためには、共振器は光学的に互いに十分に独立であり、かつ、それぞれの共振器を連結する１本のバス導波路を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込む機構を備えなければならない。
【０００８】
このような上記の問題を解決する１つの方法として、シリアルデータをビット毎に波長の異なるパルス列に変換し、それらの波長に対応した共鳴周波数を有する共振器をシリアルに配置し、１本のバス導波路を介して、ビット毎に共振器に光を取り込む方法がある。これにより、共振器は光学的に互いに完全に独立とすることができ、かつ、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込むことができる。しかし、この手法は、ビット毎に波長変換が必要になるため、技術的に難しく、消費エネルギーも高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、このような波長変換を介さず、シリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込み、シリアルデータをパラレルデータに変換し、共振器に取り込まれたデータをパルス列として読み出すことも可能にする光ビットメモリおよび光ビットメモリアレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイは、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように上記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ上記共振器の脇に配置されるバス導波路と、上記複数の共振器を上記バス導波路と挟むように上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とする。
【００１１】
また、上記ドロップ導波路は、上記バス導波路と同じ平面内に配置され、上記共振器に対して上記バス導波路の反対側に配置され、上記フォトニック結晶の側面のうち上記バス導波路の貫通していない側面から入力し同じ面に戻るようにＵ字型の形状を有するものとしてもよい。
【００１２】
また、上記ドロップ導波路は、上記共振器の上側の面に配置され、上記フォトニック結晶の側面のうち上記バス導波路の貫通していない側面を貫通するように配置されるものとしてもよい。
【００１３】
また、上述のフォトニック結晶光ビットメモリアレイを縦にパラレルに配置し、２次元多ビットメモリアレイを構成するものとしてもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリは、フォトニック結晶中に配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する共振器と、上記共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように上記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ上記共振器の脇に配置されるバス導波路と、上記共振器を上記バス導波路と挟むように上記共振器の脇に配置されるドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法であって、シリアルデータを上記複数の共振器に、上記バス導波路から供給する段階と、上記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて上記複数のドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階とを備え、上記シリアルデータは、上記３つの共振モードのうち、上記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、上記バイアス光は、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法であって、上記複数のドロップ導波路から、上記共振器がＯＦＦ状態の時のディップ位置に対応する波長を有するリードパルスを入力する段階と、上記複数のドロップ導波路の透過側で、上記リードパルスの波長を検出し、上記複数の共振器のＯＮ−ＯＦＦを読み取る段階とを備え、上記リードパルスは、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法であって、シリアルデータを上記複数の共振器に、上記バス導波路から供給する段階と、上記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて上記ドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階と、上記ドロップ導波路で上記バイアス光の反射を読み取ることにより、上記シリアルデータのパルス列のパラレルデータを読み取る段階とを備え、上記シリアルデータは、上記３つの共振モードのうち、上記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、上記バイアス光は、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波長変換を介さず、共振器を光学的に互いに十分に独立とし、かつ、それぞれの共振器を連結する１本のバス導波路を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込む機構を備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術によるフォトニック結晶を使用したビットメモリの構成を示す図である。
【図２】従来技術による共鳴波長が同じ同一共振器をシリアルに配置した時の問題点を示す図であり、図２（ａ）は、問題点１を説明する構成を示す図であり、図２（ｂ）は、問題点２を説明する構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ３００の基本構成を示す図であり、図３（ａ）は、光ビットメモリ３００の構成を示し、図３（ｂ）は、光子密度を示し、図３（ｃ）は、バス導波路の透過率を示し、図３（ｄ）は、ドロップ導波路の透過率を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルデータの書き込み動作を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換（シリアルデータの書き込み）動作を説明する図であり、図５（ａ）は、光ビットメモリアレイ５００の構成を示し、図５（ｂ）は、入力パルスを示し、図５（ｃ）は出力パルスを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのパラレルデータの読み出し動作を説明する図であり、図６（ａ）は、光ビットメモリアレイ６００の構成を示し、図６（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図６（ｃ）は、入力パルスを示し、図６（ｄ）は出力パルスを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）は、手前側側面図を示し、図７（ｃ）は、右側側面図を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図８（ａ）は、光子密度を示し、図８（ｂ）は、バス導波路の透過率を示し、図８（ｃ）は、ドロップ導波路の透過率を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み動作を説明する図であり、図９（ａ）は、光ビットメモリアレイ９００の構成を示し、図９（ｂ）は、入力パルスを示し、図９（ｃ）は出力パルスを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による光ビットメモリアレイの読み出し（パラレル）動作を説明する図であり、図１０（ａ）は、光ビットメモリアレイ１０００の構成を示し、図１０（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図１０（ｃ）は、入力パルスを示し、図１０（ｄ）は出力パルスを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの２次元配列メモリの構成を示す図であり、図１１（ａ）は、光ビットメモリアレイ１１００の構成を示し、図１１（ｂ）は、縦配列毎にそれぞれ異なる共鳴波長を有する光子密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図３乃至図６を参照して説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ３００を示す図であり、図３（ａ）は、光ビットメモリ３００の構成を示す図であり、図３（ｂ）は、光子密度を示し、図３（ｃ）は、バス導波路の透過率を示し、図３（ｄ）は、ドロップ導波路の透過率を示す。
【００２１】
図３（ａ）において、光ビットメモリ３００は、１つの共振器３０１と、共振器３０１を挟むように配置された２本の導波路であるバス導波路３０２、ドロップ導波路３０３と、基板となるフォトニック結晶３０４とを備える。共振器３０１は、図３（ｂ）に示すように３つの共鳴モード（共鳴波長λW、λR、λB）を有し、そのうちの２つ（λR、λB）がバス導波路３０２を伝播できないように、バス導波路の導波帯域が調整される（図３（ｃ）参照）。これらの波長（λR、λB）のうち一方は共振器が双安定動作をするためのバイアス光λBとし、他方を、データ読み出しのためのリードパルスλRとする。メモリに書き込みたいシリアルデータは３つ目の共鳴モードの波長λWを有し、バス導波路３０２を通して共鳴モードに結合させる。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ４００のシリアルデータの書き込み動作を説明する図である。
図４において、光ビットメモリアレイ４００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように２個配列した構成である。シリアルデータは、先頭から（１）、（２）・・のパルス列として入力され、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２・・の共振器３０１に格納されるものとする。ここで、Ｃ１、Ｃ２・・へのバイアス光をＢ１、Ｂ２・・とする。バイアス光だけが共振器３０１に入っている時、共振器３０１は双安定のＯＦＦ状態にあり、シリアルデータのパルスが入ったときに、双安定のＯＮ状態になるものとする。共振器３０１がＯＮ状態になると、シリアルデータのパルスが１度共振器３０１にトラップされた後、入力ポートに反射される。これにより、後段のパルス列がすでにＯＮ状態にある共振器３０１に入ることを防ぐことができる。
【００２３】
ここで注意しなければならない点は、ゼロレベルのパルスが入ってきたときの取り扱いである。例えば、（２）パルスが“０”、（３）パルスが“１”の場合、（２）パルスはＣ２をＯＮ状態に切り替えることができないため、（３）パルスがＣ２にトラップされてしまう。この誤動作をなくすため、パルスが所望の共振器３０１に届いたときに、バイアス光が供給されるように、タイミングを調整する。つまり、パルスの繰り返し周期に対応した時間遅れでＣ１から順次バイアス光を供給する。これにより、（１）、（２）・・のパルスがそれぞれに対応した共振器３０１のＣ１、Ｃ２・・にトラップされ複数ビットデータが保存される。つまり、それぞれの共振器３０１を接続する１本のバス導波路３０２を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器３０１に取り込むことが可能である。さらに本構成では、バイアス光は各共振器３０１に独立に供給し、かつ、バイアス光がバス導波路３０２を伝播できない設定とすることにより、バイアス光で保持されている“０”、“１”の情報が混ざり合い、情報が消滅することを防ぐことができる。
【００２４】
図５は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ５００のシリアルパラレル変換（シリアルデータの書き込み）動作を説明する図であり、図５（ａ）は、光ビットメモリアレイ５００の構成を示し、図５（ｂ）は、入力パルスを示し、図５（ｃ）は出力パルスを示す。
【００２５】
図５（ａ）において、光ビットメモリアレイ５００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように３個配列した構成である。上述したように、共振器３０１がＯＮ状態になると、入力光は一度共振器３０１にトラップされた後、入力ポートに反射される。つまり、シリアルデータの全ビット列が各共振器３０１に格納された後、バイアス光（Ｂ１、Ｂ２・・（図５（ｂ）））の反射・透過を観測すれば、反射側では格納されたパルス列のパラレルデータ（Ｑ１、Ｑ２・・（図５（ｃ）））を、透過側ではその反転を得ることができる。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ６００のパラレルデータの読み出し動作を説明する図であり、図６（ａ）は、光ビットメモリアレイ６００の構成を示し、図６（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図６（ｃ）は、入力パルスを示し、図６（ｄ）は出力パルスを示す。
【００２７】
図６（ａ）において、光ビットメモリアレイ６００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように３個配列した構成である。上述したバイアス光（Ｂ１、Ｂ２・・）の反射光をモジュレータでパルス状に切り出せば、パラレルデータをパルス列として取り扱うこともできるが、ここではその他の方法について述べる。図６（ｂ）に示すように、共振器３０１がＯＦＦからＯＮに切り替わるとき、共振器３０１の屈折率（透過率）が変化するため、共鳴モードの透過スペクトルのディップ位置が変化する。ここでは、共振器３０１がＯＦＦ状態のときのスペクトルのディップに対応する波長の光をリードパルス（Ｒ１、Ｒ２・・（図６（ｃ）））として入力し、このパルスでは共振器３０１が双安定ＯＦＦからＯＮに切り替わらないように設定する。この場合、共振器３０１がＯＦＦ状態であれば、光は共振器３０１にトラップされ反射される。一方共振器３０１がＯＮ状態であれば、スペクトルのディップの位置がシフトし、透過率が高い状態に移行しているので、光は透過側に出力される。以上の方法により、リードパルス（Ｒ１、Ｒ２・・）により、パラレルデータをパルス列（Ｑ１、Ｑ２・・（図６（ｄ）））として読み出すことができる。
【００２８】
さらに、パラレルデータの反転を得ることも可能である。この場合には、共振器３０１がＯＮ状態のときのスペクトルのディップに対応する波長の光をリードパルスとして入力すれば、パラレルデータの反転をパルス列（Ｑ１、Ｑ２・・）として読み出すことができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図７乃至図１１を参照して説明する。
図３乃至図６に示される第１の実施形態の多ビットメモリでは、バイアスおよびリードパルス用のドロップ導波路３０３が共振器３０１と同じ面内に配置されているため、ビット数が多くなるとこれらの導波路３０３の配置がメモリの集積度向上のボトルネックとなる。第２の実施形態では、非特許文献２の手法を参考に、バイアスおよびリードパルス用のドロップ導波路を３次元的に配置することでこの問題を回避する。
【００３０】
第１の実施形態では、共振器３０１内にトラップされた信号を共鳴トンネル現象により、隣接する導波路３０２に取り出している。この現象は、共振器３０１から染み出している消滅波が導波路モードとオーバーラップすることにより、また、逆に導波路から染み出している消滅波が共振器のモードにオーバーラップすることにより、達成される。つまり、図７、図８、図９、図１０のように導波路が共振器の上に配置されても、共鳴モードとのフィールドの重なりがあれば、共鳴トンネル現象により光の出し入れが可能となり、図５、図６で示された原理により、シリアルデータの書き込み、読み出しを行うことが可能となる。
【００３１】
図７は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ７００の基本構成を示す図であり、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）は、手前側側面図を示し、図７（ｃ）は、右側側面図を示す。
【００３２】
図７において、光ビットメモリ７００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３と、基板となるフォトニック結晶７０４とを備える。ドロップ導波路７０３は、図７（ｂ）の前方側側面図７１０に示すように、共振器７０１の上に３次元的に配置され、図７（ｃ）の右側側面図７２０に示すように、共振器７０１上方に配置される導波路と共振器７０１の相対距離は、共振器上部では距離が近く（間隔Δ＜波長λ）、それ以外の部分では遠く配置される。これは、導波モードの消滅波が共振器７０１以外のフォトニック結晶７０４の部分に触れることは、導波モードの散乱の原因となるため好ましくないからである。
【００３３】
図８は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図８（ａ）は、光子密度を示し、図８（ｂ）は、バス導波路の透過率を示し、図８（ｃ）は、ドロップ導波路の透過率を示す。図８に示す、光ビットメモリの特性については、図３に示す第１の実施形態と同じである。
【００３４】
図９は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み動作を説明する図であり、図９（ａ）は、光ビットメモリアレイ９００の構成を示し、図９（ｂ）は、入力パルスを示し、図９（ｃ）は出力パルスを示す。
図９（ａ）において、光ビットメモリアレイ９００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように４個配列した構成である。その他については、図４、図５に示す第１の実施形態の書き込み動作と同様である。
【００３５】
図１０は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し（パラレル）動作を説明する図であり、図１０（ａ）は、光ビットメモリアレイ１０００の構成を示し、図１０（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図１０（ｃ）は、入力パルスを示し、図１０（ｄ）は出力パルスを示す。
図１０（ａ）において、光ビットメモリアレイ１０００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように４個配列した構成である。その他については、図６に示す第１の実施形態の読み出し動作と同様である。
【００３６】
図１１は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの２次元配列メモリの構成を示す図であり、図１１（ａ）は、光ビットメモリアレイ１１００の構成を示し、図１１（ｂ）は、縦配列毎にそれぞれ異なる共鳴波長を有する光子密度を示す。
図１１において、光ビットメモリアレイ１１００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように横方向にシリアルに４個配列し、さらにそれを、縦に４列パラレルに４列配置した構成である。
【００３７】
図１１において、ドロップ導波路７０３は、上述した共鳴トンネル現象を使用するため、反射ミラー、ハーフミラー等を使用してドロップ導波路７０３を伝播する光を垂直下方向に光を曲げる構造を必要としない。これは、バス導波路７０２方向にシリアルに共振器を接続できることを示唆するものであり、本構造の最大の利点である。
【００３８】
図１１に、縦方向にフォトニック結晶上空を走るドロップ導波路７０３により、その列の共振器７０１にバイアス光およびリードパルスが導入される。ここで、このドロップ導波路７０３を介して隣接する共振器７０１に保存された情報が混線しないように、シリアル接続されたフォトニック結晶の共鳴波長は、図１１（ｂ）に示すように、縦配列方向にそれぞれ異なるよう設定されている。
【００３９】
以上の手法により、フォトニック結晶共振器で、２次元配列されたビットメモリアレイを構成し、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込むことを可能にする。
【００４０】
以上のように本発明によれば、ビット列毎に波長変換されたシリアルデータ群を、ＡＷＧ等を使用して波長毎にシリアル接続フォトニック結晶メモリ列に振り分け、フォトニック結晶上方に配置された導波路により、記憶されたデータを読み取ることができる。また、シリアルデータをパラレルデータに変換することも可能にする。さらに本発明は、共振器に取り込まれたデータをパルス列として読み出すことも可能にする。
【符号の説明】
【００４１】
３００，７００ フォトニック結晶光ビットメモリ
３０１，７０１ 共振器
３０２，７０２ バス導波路
３０３，７０３ ドロップ導波路
３０４，７０４ フォトニック結晶
４００，５００，６００，９００，１０００，１１００ フォトニック結晶光ビットメモリアレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を使用した光ビットメモリ、および光ビットメモリアレイ、及び、これらを使用したデータの書き込み方法、読み出し方法、及びシリアルパラレル変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、フォトニック結晶を使用したビットメモリ１００を示す図である。図１において、フォトニック結晶共振器１０１を使用した光メモリフォトニック結晶中の共振器１０１の脇にバス導波路１０２を配置すると、バス導波路１０２より入力された光は共振器１０１に共鳴するとき、その光は共振器１０１にトラップ（共鳴）される。フォトニック結晶により構成される共振器１０１は、極めて小型であるため光密度が従来の光デバイスよりも極めて高くすることができ、双安定現象などの非線形効果を効率よく引き出すことが可能であるため、光メモリとして期待されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、フォトニック結晶光メモリには、以下の問題点がある。
図２は、共鳴波長が同じである同一共振器をシリアルに配置した時の問題点を示す図であり、図２（ａ）は、問題点１を説明するためのフォトニック結晶２００を示す図であり、図２（ｂ）は、問題点２を説明するためのフォトニック結晶２１０を示す図である。
【０００４】
図２（ａ）に示すフォトニック結晶２００において、バス導波路２０２より入力された光は、共振器２０１にトラップされ（共鳴し）、反射される。多ビットメモリを構成するため、バス導波路２０２の脇に複数の共振器２０１を配置した場合、バス導波路２０２から導入された光は、一番手前の共振器２０１と共鳴し反射されるため、奥の共振器２０１に到達することができず、期待した多ビットの効果を得ることができないという問題点がある（問題点１）。
【０００５】
また、図２（ｂ）に示すフォトニック結晶２１０において、奥の共振器２１１に光を到達させるために、それぞれの共振器２１１に専用の導波路２１３を設置し、その導波路２１３より光を入力した場合、光はバス導波路２１２を伝わって隣の共振器に侵入することができる。つまり、隣り合う共振器２１１は、バス導波路２１２を介して互いに干渉しあう。例えば、“１”と“０”のデータを２つの共振器で記憶させた場合、この干渉により、データが消滅してしまうため、ビットメモリとしての機能を達成できないとい問題点もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. Faith et al.,”High-contrast all-optical bistable switching in photonic crystal microcavities” Appl. Phys. Lett. 83, 2739 (2003))。
【非特許文献２】Paul E. Barclay et al., “Efficient input and output fiber coupling to a photonic crystal waveguide” OPTICS LETTERS 29, 697 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題を解決するためには、共振器は光学的に互いに十分に独立であり、かつ、それぞれの共振器を連結する１本のバス導波路を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込む機構を備えなければならない。
【０００８】
このような上記の問題を解決する１つの方法として、シリアルデータをビット毎に波長の異なるパルス列に変換し、それらの波長に対応した共鳴周波数を有する共振器をシリアルに配置し、１本のバス導波路を介して、ビット毎に共振器に光を取り込む方法がある。これにより、共振器は光学的に互いに完全に独立とすることができ、かつ、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込むことができる。しかし、この手法は、ビット毎に波長変換が必要になるため、技術的に難しく、消費エネルギーも高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、このような波長変換を介さず、シリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込み、シリアルデータをパラレルデータに変換し、共振器に取り込まれたデータをパルス列として読み出すことも可能にする光ビットメモリおよび光ビットメモリアレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイは、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように上記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ上記共振器の脇に配置されるバス導波路と、上記複数の共振器を上記バス導波路と挟むように上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とする。
【００１１】
また、上記ドロップ導波路は、上記バス導波路と同じ平面内に配置され、上記共振器に対して上記バス導波路の反対側に配置され、上記フォトニック結晶の側面のうち上記バス導波路の貫通していない側面から入力し同じ面に戻るようにＵ字型の形状を有するものとしてもよい。
【００１２】
また、上記ドロップ導波路は、上記共振器の上側の面に配置され、上記フォトニック結晶の側面のうち上記バス導波路の貫通していない側面を貫通するように配置されるものとしてもよい。
【００１３】
また、上述のフォトニック結晶光ビットメモリアレイを縦にパラレルに配置し、２次元多ビットメモリアレイを構成するものとしてもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリは、フォトニック結晶中に配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する共振器と、上記共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように上記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ上記共振器の脇に配置されるバス導波路と、上記共振器を上記バス導波路と挟むように上記共振器の脇に配置されるドロップ導波路とを備え、上記バス導波路は、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、上記ドロップ導波路は、上記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法であって、シリアルデータを上記複数の共振器に、上記バス導波路から供給する段階と、上記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて上記複数のドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階とを備え、上記シリアルデータは、上記３つの共振モードのうち、上記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、上記バイアス光は、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法であって、上記複数のドロップ導波路から、上記共振器がＯＦＦ状態の時のディップ位置に対応する波長を有するリードパルスを入力する段階と、上記複数のドロップ導波路の透過側で、上記リードパルスの波長を検出し、上記複数の共振器のＯＮ−ＯＦＦを読み取る段階とを備え、上記リードパルスは、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明のフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法は、複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、上記複数の共振器をシリアルに接続するために、上記複数の共振器の脇に配置され、上記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、上記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、上記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法であって、シリアルデータを上記複数の共振器に、上記バス導波路から供給する段階と、上記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて上記ドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階と、上記ドロップ導波路で上記バイアス光の反射を読み取ることにより、上記シリアルデータのパルス列のパラレルデータを読み取る段階とを備え、上記シリアルデータは、上記３つの共振モードのうち、上記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、上記バイアス光は、上記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波長変換を介さず、共振器を光学的に互いに十分に独立とし、かつ、それぞれの共振器を連結する１本のバス導波路を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込む機構を備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術によるフォトニック結晶を使用したビットメモリの構成を示す図である。
【図２】従来技術による共鳴波長が同じ同一共振器をシリアルに配置した時の問題点を示す図であり、図２（ａ）は、問題点１を説明する構成を示す図であり、図２（ｂ）は、問題点２を説明する構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ３００の基本構成を示す図であり、図３（ａ）は、光ビットメモリ３００の構成を示し、図３（ｂ）は、光子密度を示し、図３（ｃ）は、バス導波路の透過率を示し、図３（ｄ）は、ドロップ導波路の透過率を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルデータの書き込み動作を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換（シリアルデータの書き込み）動作を説明する図であり、図５（ａ）は、光ビットメモリアレイ５００の構成を示し、図５（ｂ）は、入力パルスを示し、図５（ｃ）は出力パルスを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのパラレルデータの読み出し動作を説明する図であり、図６（ａ）は、光ビットメモリアレイ６００の構成を示し、図６（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図６（ｃ）は、入力パルスを示し、図６（ｄ）は出力パルスを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）は、手前側側面図を示し、図７（ｃ）は、右側側面図を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図８（ａ）は、光子密度を示し、図８（ｂ）は、バス導波路の透過率を示し、図８（ｃ）は、ドロップ導波路の透過率を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み動作を説明する図であり、図９（ａ）は、光ビットメモリアレイ９００の構成を示し、図９（ｂ）は、入力パルスを示し、図９（ｃ）は出力パルスを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による光ビットメモリアレイの読み出し（パラレル）動作を説明する図であり、図１０（ａ）は、光ビットメモリアレイ１０００の構成を示し、図１０（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図１０（ｃ）は、入力パルスを示し、図１０（ｄ）は出力パルスを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの２次元配列メモリの構成を示す図であり、図１１（ａ）は、光ビットメモリアレイ１１００の構成を示し、図１１（ｂ）は、縦配列毎にそれぞれ異なる共鳴波長を有する光子密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図３乃至図６を参照して説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ３００を示す図であり、図３（ａ）は、光ビットメモリ３００の構成を示す図であり、図３（ｂ）は、光子密度を示し、図３（ｃ）は、バス導波路の透過率を示し、図３（ｄ）は、ドロップ導波路の透過率を示す。
【００２１】
図３（ａ）において、光ビットメモリ３００は、１つの共振器３０１と、共振器３０１を挟むように配置された２本の導波路であるバス導波路３０２、ドロップ導波路３０３と、基板となるフォトニック結晶３０４とを備える。共振器３０１は、図３（ｂ）に示すように３つの共鳴モード（共鳴波長λW、λR、λB）を有し、そのうちの２つ（λR、λB）がバス導波路３０２を伝播できないように、バス導波路の導波帯域が調整される（図３（ｃ）参照）。これらの波長（λR、λB）のうち一方は共振器が双安定動作をするためのバイアス光λBとし、他方を、データ読み出しのためのリードパルスλRとする。メモリに書き込みたいシリアルデータは３つ目の共鳴モードの波長λWを有し、バス導波路３０２を通して共鳴モードに結合させる。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ４００のシリアルデータの書き込み動作を説明する図である。
図４において、光ビットメモリアレイ４００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように２個配列した構成である。シリアルデータは、先頭から（１）、（２）・・のパルス列として入力され、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２・・の共振器３０１に格納されるものとする。ここで、Ｃ１、Ｃ２・・へのバイアス光をＢ１、Ｂ２・・とする。バイアス光だけが共振器３０１に入っている時、共振器３０１は双安定のＯＦＦ状態にあり、シリアルデータのパルスが入ったときに、双安定のＯＮ状態になるものとする。共振器３０１がＯＮ状態になると、シリアルデータのパルスが１度共振器３０１にトラップされた後、入力ポートに反射される。これにより、後段のパルス列がすでにＯＮ状態にある共振器３０１に入ることを防ぐことができる。
【００２３】
ここで注意しなければならない点は、ゼロレベルのパルスが入ってきたときの取り扱いである。例えば、（２）パルスが“０”、（３）パルスが“１”の場合、（２）パルスはＣ２をＯＮ状態に切り替えることができないため、（３）パルスがＣ２にトラップされてしまう。この誤動作をなくすため、パルスが所望の共振器３０１に届いたときに、バイアス光が供給されるように、タイミングを調整する。つまり、パルスの繰り返し周期に対応した時間遅れでＣ１から順次バイアス光を供給する。これにより、（１）、（２）・・のパルスがそれぞれに対応した共振器３０１のＣ１、Ｃ２・・にトラップされ複数ビットデータが保存される。つまり、それぞれの共振器３０１を接続する１本のバス導波路３０２を介して、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器３０１に取り込むことが可能である。さらに本構成では、バイアス光は各共振器３０１に独立に供給し、かつ、バイアス光がバス導波路３０２を伝播できない設定とすることにより、バイアス光で保持されている“０”、“１”の情報が混ざり合い、情報が消滅することを防ぐことができる。
【００２４】
図５は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ５００のシリアルパラレル変換（シリアルデータの書き込み）動作を説明する図であり、図５（ａ）は、光ビットメモリアレイ５００の構成を示し、図５（ｂ）は、入力パルスを示し、図５（ｃ）は出力パルスを示す。
【００２５】
図５（ａ）において、光ビットメモリアレイ５００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように３個配列した構成である。上述したように、共振器３０１がＯＮ状態になると、入力光は一度共振器３０１にトラップされた後、入力ポートに反射される。つまり、シリアルデータの全ビット列が各共振器３０１に格納された後、バイアス光（Ｂ１、Ｂ２・・（図５（ｂ）））の反射・透過を観測すれば、反射側では格納されたパルス列のパラレルデータ（Ｑ１、Ｑ２・・（図５（ｃ）））を、透過側ではその反転を得ることができる。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイ６００のパラレルデータの読み出し動作を説明する図であり、図６（ａ）は、光ビットメモリアレイ６００の構成を示し、図６（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図６（ｃ）は、入力パルスを示し、図６（ｄ）は出力パルスを示す。
【００２７】
図６（ａ）において、光ビットメモリアレイ６００は、共振器３０１と、バス導波路３０２と、ドロップ導波路３０３とを有する光ビットメモリ３００を、バス導波路３０２が連続するように３個配列した構成である。上述したバイアス光（Ｂ１、Ｂ２・・）の反射光をモジュレータでパルス状に切り出せば、パラレルデータをパルス列として取り扱うこともできるが、ここではその他の方法について述べる。図６（ｂ）に示すように、共振器３０１がＯＦＦからＯＮに切り替わるとき、共振器３０１の屈折率（透過率）が変化するため、共鳴モードの透過スペクトルのディップ位置が変化する。ここでは、共振器３０１がＯＦＦ状態のときのスペクトルのディップに対応する波長の光をリードパルス（Ｒ１、Ｒ２・・（図６（ｃ）））として入力し、このパルスでは共振器３０１が双安定ＯＦＦからＯＮに切り替わらないように設定する。この場合、共振器３０１がＯＦＦ状態であれば、光は共振器３０１にトラップされ反射される。一方共振器３０１がＯＮ状態であれば、スペクトルのディップの位置がシフトし、透過率が高い状態に移行しているので、光は透過側に出力される。以上の方法により、リードパルス（Ｒ１、Ｒ２・・）により、パラレルデータをパルス列（Ｑ１、Ｑ２・・（図６（ｄ）））として読み出すことができる。
【００２８】
さらに、パラレルデータの反転を得ることも可能である。この場合には、共振器３０１がＯＮ状態のときのスペクトルのディップに対応する波長の光をリードパルスとして入力すれば、パラレルデータの反転をパルス列（Ｑ１、Ｑ２・・）として読み出すことができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図７乃至図１１を参照して説明する。
図３乃至図６に示される第１の実施形態の多ビットメモリでは、バイアスおよびリードパルス用のドロップ導波路３０３が共振器３０１と同じ面内に配置されているため、ビット数が多くなるとこれらの導波路３０３の配置がメモリの集積度向上のボトルネックとなる。第２の実施形態では、非特許文献２の手法を参考に、バイアスおよびリードパルス用のドロップ導波路を３次元的に配置することでこの問題を回避する。
【００３０】
第１の実施形態では、共振器３０１内にトラップされた信号を共鳴トンネル現象により、隣接する導波路３０２に取り出している。この現象は、共振器３０１から染み出している消滅波が導波路モードとオーバーラップすることにより、また、逆に導波路から染み出している消滅波が共振器のモードにオーバーラップすることにより、達成される。つまり、図７、図８、図９、図１０のように導波路が共振器の上に配置されても、共鳴モードとのフィールドの重なりがあれば、共鳴トンネル現象により光の出し入れが可能となり、図５、図６で示された原理により、シリアルデータの書き込み、読み出しを行うことが可能となる。
【００３１】
図７は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリ７００の基本構成を示す図であり、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）は、手前側側面図を示し、図７（ｃ）は、右側側面図を示す。
【００３２】
図７において、光ビットメモリ７００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３と、基板となるフォトニック結晶７０４とを備える。ドロップ導波路７０３は、図７（ｂ）の前方側側面図７１０に示すように、共振器７０１の上に３次元的に配置され、図７（ｃ）の右側側面図７２０に示すように、共振器７０１上方に配置される導波路と共振器７０１の相対距離は、共振器上部では距離が近く（間隔Δ＜波長λ）、それ以外の部分では遠く配置される。これは、導波モードの消滅波が共振器７０１以外のフォトニック結晶７０４の部分に触れることは、導波モードの散乱の原因となるため好ましくないからである。
【００３３】
図８は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリの基本構成を示す図であり、図８（ａ）は、光子密度を示し、図８（ｂ）は、バス導波路の透過率を示し、図８（ｃ）は、ドロップ導波路の透過率を示す。図８に示す、光ビットメモリの特性については、図３に示す第１の実施形態と同じである。
【００３４】
図９は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み動作を説明する図であり、図９（ａ）は、光ビットメモリアレイ９００の構成を示し、図９（ｂ）は、入力パルスを示し、図９（ｃ）は出力パルスを示す。
図９（ａ）において、光ビットメモリアレイ９００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように４個配列した構成である。その他については、図４、図５に示す第１の実施形態の書き込み動作と同様である。
【００３５】
図１０は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し（パラレル）動作を説明する図であり、図１０（ａ）は、光ビットメモリアレイ１０００の構成を示し、図１０（ｂ）は、共振器の透過率の変化を示し、図１０（ｃ）は、入力パルスを示し、図１０（ｄ）は出力パルスを示す。
図１０（ａ）において、光ビットメモリアレイ１０００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように４個配列した構成である。その他については、図６に示す第１の実施形態の読み出し動作と同様である。
【００３６】
図１１は、本発明の第２の実施形態によるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの２次元配列メモリの構成を示す図であり、図１１（ａ）は、光ビットメモリアレイ１１００の構成を示し、図１１（ｂ）は、縦配列毎にそれぞれ異なる共鳴波長を有する光子密度を示す。
図１１において、光ビットメモリアレイ１１００は、共振器７０１と、バス導波路７０２と、ドロップ導波路７０３とを有する光ビットメモリ７００を、バス導波路７０２が連続するように横方向にシリアルに４個配列し、さらにそれを、縦に４列パラレルに４列配置した構成である。
【００３７】
図１１において、ドロップ導波路７０３は、上述した共鳴トンネル現象を使用するため、反射ミラー、ハーフミラー等を使用してドロップ導波路７０３を伝播する光を垂直下方向に光を曲げる構造を必要としない。これは、バス導波路７０２方向にシリアルに共振器を接続できることを示唆するものであり、本構造の最大の利点である。
【００３８】
図１１に、縦方向にフォトニック結晶上空を走るドロップ導波路７０３により、その列の共振器７０１にバイアス光およびリードパルスが導入される。ここで、このドロップ導波路７０３を介して隣接する共振器７０１に保存された情報が混線しないように、シリアル接続されたフォトニック結晶の共鳴波長は、図１１（ｂ）に示すように、縦配列方向にそれぞれ異なるよう設定されている。
【００３９】
以上の手法により、フォトニック結晶共振器で、２次元配列されたビットメモリアレイを構成し、入力されたシリアルデータを１ビット毎に共振器に取り込むことを可能にする。
【００４０】
以上のように本発明によれば、ビット列毎に波長変換されたシリアルデータ群を、ＡＷＧ等を使用して波長毎にシリアル接続フォトニック結晶メモリ列に振り分け、フォトニック結晶上方に配置された導波路により、記憶されたデータを読み取ることができる。また、シリアルデータをパラレルデータに変換することも可能にする。さらに本発明は、共振器に取り込まれたデータをパルス列として読み出すことも可能にする。
【符号の説明】
【００４１】
３００，７００ フォトニック結晶光ビットメモリ
３０１，７０１ 共振器
３０２，７０２ バス導波路
３０３，７０３ ドロップ導波路
３０４，７０４ フォトニック結晶
４００，５００，６００，９００，１０００，１１００ フォトニック結晶光ビットメモリアレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように前記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ前記共振器の脇に配置されるバス導波路と、
前記複数の共振器を前記バス導波路と挟むように前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、
前記バス導波路は、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、前記ドロップ導波路は、前記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項２】
前記ドロップ導波路は、前記バス導波路と同じ平面内に配置され、前記共振器に対して前記バス導波路の反対側に配置され、前記フォトニック結晶の側面のうち前記バス導波路の貫通していない側面から入力し同じ面に戻るようにＵ字型の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項３】
前記ドロップ導波路は、前記共振器の上側の面に配置され、前記フォトニック結晶の側面のうち前記バス導波路の貫通していない側面を貫通するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載されたフォトニック結晶光ビットメモリアレイを縦にパラレルに配置し、２次元多ビットメモリアレイを構成することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項５】
フォトニック結晶中に配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する共振器と、
前記共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように前記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ前記共振器の脇に配置されるバス導波路と、
前記共振器を前記バス導波路と挟むように前記共振器の脇に配置されるドロップ導波路とを備え、
前記バス導波路は、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、前記ドロップ導波路は、前記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリ。
【請求項６】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法であって、
シリアルデータを前記複数の共振器に、前記バス導波路から供給する段階と、
前記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて前記複数のドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階とを備え、
前記シリアルデータは、前記３つの共振モードのうち、前記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、前記バイアス光は、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法。
【請求項７】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法であって、
前記複数のドロップ導波路から、前記共振器がＯＦＦ状態の時のディップ位置に対応する波長を有するリードパルスを入力する段階と、
前記複数のドロップ導波路の透過側で、前記リードパルスの波長を検出し、前記複数の共振器のＯＮ−ＯＦＦを読み取る段階とを備え、
前記リードパルスは、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法。
【請求項８】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法であって、
シリアルデータを前記複数の共振器に、前記バス導波路から供給する段階と、
前記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて前記ドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階と、
前記ドロップ導波路で前記バイアス光の反射を読み取ることにより、前記シリアルデータのパルス列のパラレルデータを読み取る段階とを備え、
前記シリアルデータは、前記３つの共振モードのうち、前記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、前記バイアス光は、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法。
【請求項１】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、
前記複数の共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように前記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ前記共振器の脇に配置されるバス導波路と、
前記複数の共振器を前記バス導波路と挟むように前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置される複数のドロップ導波路とを備え、
前記バス導波路は、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、前記ドロップ導波路は、前記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項２】
前記ドロップ導波路は、前記バス導波路と同じ平面内に配置され、前記共振器に対して前記バス導波路の反対側に配置され、前記フォトニック結晶の側面のうち前記バス導波路の貫通していない側面から入力し同じ面に戻るようにＵ字型の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項３】
前記ドロップ導波路は、前記共振器の上側の面に配置され、前記フォトニック結晶の側面のうち前記バス導波路の貫通していない側面を貫通するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載されたフォトニック結晶光ビットメモリアレイを縦にパラレルに配置し、２次元多ビットメモリアレイを構成することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光ビットメモリアレイ。
【請求項５】
フォトニック結晶中に配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する共振器と、
前記共振器をシリアルに接続し多ビットメモリを構成するように前記フォトニック結晶の両側面を貫通し、かつ前記共振器の脇に配置されるバス導波路と、
前記共振器を前記バス導波路と挟むように前記共振器の脇に配置されるドロップ導波路とを備え、
前記バス導波路は、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播でき、前記ドロップ導波路は、前記３つの共振モードの全てを伝播できることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリ。
【請求項６】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法であって、
シリアルデータを前記複数の共振器に、前記バス導波路から供給する段階と、
前記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて前記複数のドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階とを備え、
前記シリアルデータは、前記３つの共振モードのうち、前記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、前記バイアス光は、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイの書き込み方法。
【請求項７】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法であって、
前記複数のドロップ導波路から、前記共振器がＯＦＦ状態の時のディップ位置に対応する波長を有するリードパルスを入力する段階と、
前記複数のドロップ導波路の透過側で、前記リードパルスの波長を検出し、前記複数の共振器のＯＮ−ＯＦＦを読み取る段階とを備え、
前記リードパルスは、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイの読み出し方法。
【請求項８】
複数のフォトニック結晶中のそれぞれに配置され、双安定動作を行い、３つの共振モードを有する複数の共振器と、前記複数の共振器をシリアルに接続するために、前記複数の共振器の脇に配置され、前記３つの共振モードのうちの１つの共振モードのみ伝播できるバス導波路と、前記複数の共振器のそれぞれの脇に配置され、前記３つの共振モードの全てを伝播できる複数のドロップ導波路とを備えるフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法であって、
シリアルデータを前記複数の共振器に、前記バス導波路から供給する段階と、
前記シリアルデータの所望のパルスが所望の共振器に到達するタイミングに合わせて前記ドロップ導波路から順次バイアス光を供給する段階と、
前記ドロップ導波路で前記バイアス光の反射を読み取ることにより、前記シリアルデータのパルス列のパラレルデータを読み取る段階とを備え、
前記シリアルデータは、前記３つの共振モードのうち、前記バス導波路を伝播できる共振モードで供給され、前記バイアス光は、前記シリアルデータを伝播する共振モードとは別の共振モードで供給されることを特徴とするフォトニック結晶光ビットメモリアレイのシリアルパラレル変換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−７９６１（Ｐ２０１１−７９６１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０２７３（Ｐ２００９−１５０２７３）
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人情報通信研究機構「全光パケットルータ実現のための光ＲＡＭサブシステムの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人情報通信研究機構「全光パケットルータ実現のための光ＲＡＭサブシステムの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]