フォトリフラクティブ非線形導波路素子を用いた集積型ニューロ演算システムの研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08875080
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 宮崎 保光 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (00023169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黄 新民 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (00262973) ; 後藤 信夫 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60170461)
• Keywords: 非線形機能素子 / 光導波路 / 光コンピューティング / ニューロ演算システム / ニューラルネットワーク / 光ニューロ素子 / 光集積回路 / 非線形光学効果

Research Abstract

1.光ニューロ演算素子構成の検討
Ti熱拡散によるLiNbO_3集束型導波路を試作した。スパッタリングあるいは蒸着法によりLiNbO_3基板上にTi薄膜を横方向に分布をもつよう堆積し、熱拡散により集束型光導波路を作成した。導波路の表面屈折率分布は主にTi膜厚により制御できるため、最適なTi膜厚分布となるスパッタリングおよび蒸着条件を見いだした。また、導波実験により良好な導波路が作成できていることを確認した。良好な集束特性を得るにはさらに作製条件の検討が必要である。
2.光集積回路の作成手法の検討
光ニューロ素子の構成要素となる光演算素子において、空間的に高密度な屈折率制御のためには、電極あるいはマスクの微細加工が要求される。フィードバック制御を行った高精度レーザ描画装置により0.8μmの線幅でのパタ-ニングを実験的に確認した。さらに本装置により1.2GHz帯の弾性表面波励振用電極が良好に作成できることを確認した。本手法により微細な光導波路、電極およびフォトリフラクティブ効果用マスクの作成が可能となる。
3.導波型光増幅素子の検討
光信号の減衰補償および閾値処理などの非線形演算に重要な働きをする光増幅素子の検討を行った。スパッタリング法および液晶成長法によるErドープ結晶薄膜の作成の検討を行い、光増幅の基礎実験を行った。また、信号光にInsの矩形パルスを想定して、信号応答の動的特性の理論的解析を行った。
4.光ニューラルネットワークの理論解析に関する検討
ニューロ動力学および統計数理学を用いて学習機能を有する高度および超並列な情報処理を行う光ニューラルネットワークの安定性および信頼性について検討を行った。特に、安定点におけるネットワークの統計特性を数理解析により明らかにし、ネットワークの安定性および信頼性を高めるために、リアルタイム的に高い確率でネットワークの偽安定点を検出する条件を導出した。

Research Products

• [Publications] Y.Miyazaki: "High-gain characteristics of integrated optical amplifiers using rare-earth ion-doped garnet thin film wave-guides" J.Indian Inst.Sci.76. 167-173 (1996)
• [Publications] 宮崎、園田、上乗: "ランダム媒質中物体の電磁波散乱に関するFD-TD法による統計的解析" 電気学会論文誌C. 117-C. 35-41 (1997)
• [Publications] 真鍋、宮崎: "ベクトル境界要素法を用いた完全導電性直方体による電磁波散乱の解" 電気学会論文誌C. 116-C. 22-26 (1996)
• [Publications] 宮崎: "円形断面光導波路のテ-パ接合部における電磁界の等角写像による考察" 電気学会論文誌C. 116-C. 90-95 (1996)
• [Publications] X.Huang and Y.Miyazaki: "Capacity of Semi-Orthogonally Associative Memories Model" IEICE Trans.Syst.& Infor.E79-D. 72-81 (1996)
• [Publications] T.Srinivas and Y.Miyazaki: "Coupled mode analysis of tapered optical waveguides" J.Indian Inst.Sci.76. 201-211 (1996)
• [Publications] Y.Miyazaki: "Optical Waveguide Type Functional Devices for Signal Processing High Speed Mobile Radio Communication" Proc.of Asia-Pacific Microwave Conference,New Dehli. 4. 1333-1337 (1996)
• [Publications] Y.Miyazaki,R.Balasubramanian and T.Soma: "Optical Properties of Erbium Doped Waveguide Type Integrated Amplifiers Using Crystal Films" Proc.of Asia-Pacific Microwave Conference,New Dehli. 3. 879-883 (1996)
• [Publications] Y.Miyazaki,T.Soma and R.Balasubramanian: "Optical Properties of Integrated Type Amplifiers using Erbium Doped Crystal Film Waveguides" Proc.of International Topical Meeting on Microwave Photonics,Kyoto. 121-124 (1996)
• [Publications] N.Goto and Y.Miyazaki: "Collinear Acoustooptic Matrix Switches with Improved Wavelength-Selective Characteristics for WDM Photonic Switching" 1996 International Topical Meeting on Photonics in Switching,Sendai. 76. 201-211 (1996)
• [Publications] Y.Miyazaki: "A Mathematical Method of Electromagnetic Field in Tapered Optical Waveguide Using Conformal Mapping" International Radio Electronics,Nauka,Moscow. 2. 2-46 (1996)
• [Publications] 宮崎: "光機能性導波路における光モードと多重電磁波との非線型相互作用" 電気学会,電磁界理論研究会. EMT-96-72. 159-166 (1996)
• [Publications] Y.Miyazaki: "Integrated Optical Amplifiers Using Active Thin Film Waveguides" Tata McGraw-Hill, 12 (1996)