빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치

빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치{OPTICAL LOGIC CIRCUIT OPERATED BY LIGHT REFLECTION CONTROL AND ARITHMETIC APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직선 형태의 주 도파로와 주 도파로로부터 분기된 형태의 가지 도파로 및 광의 경로를 제어할 수 있는 반사기를 이용하여 구현한 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치에 관한 것이다.

국내 공개 특허 공보 제10-2010-0066834호(이하 '종래 발명 1')에서는 주 코어의 일측에 배치된 작은 각도를 이루는 반사 출력부를 이용하여 광신호를 스위칭하는 광통신 소자가 개시되어 있다. 다만, '종래 발명 1'에서는 주 코어로부터 반사 출력부가 작은 각도로 분기되어 있어, 작은 각도를 이루는 도파로로 스위칭시키는 구조에만 제한적으로 적용될 수 있다.

광 로직 게이트에 관한 종래 기술들은 빛의 위상 간섭 또는 빛의 흡수 등을 제어하여 로직을 수행하는 방식이 대부분이다.

본 발명은, 빛에 대한 굴절률 제어에 의해 빛의 반사 또는 통과 여부를 결정하여 광 경로를 변경하고 논리 연산을 수행할 수 있는, 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로는, 적어도 일부 구간은 직선 형태로 형성된 제 1 도파로; 상기 제 1 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 2 도파로; 및 제 1 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 1 도파로 또는 상기 제 2 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 1 반사기;를 포함하되, 상기 제 1 입력 신호를 이용하여 상기 제 1 도파로를 통한 제 1 출력단의 신호값 및 상기 제 2 도파로를 통한 제 2 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 로직 회로는, 상기 제 1 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 3 도파로; 및 제 2 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 1 도파로 또는 상기 제 3 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 2 반사기;를 더 포함하되, 상기 제 3 도파로의 말단은 상기 제 2 도파로와 만나 제 4 도파로로 합쳐지고, 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호를 이용하여, 상기 제 1 도파로를 통한 제 1 출력단의 신호값 및 상기 제 4 도파로를 통한 제 4 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 광 로직 회로는, 상기 제 2 도파로와 연결되고, 빛이 직진할 수 있는 제 5 도파로; 상기 제 5 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 6 도파로; 및 제 3 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 5 도파로 또는 상기 제 6 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 3 반사기;를 더 포함하되, 상기 제 1 도파로의 말단과 상기 제 5 도파로의 말단은 만나 하나의 도파로로 합쳐지고, 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 3 입력 신호를 이용하여, 상기 제 5 도파로의 말단과 상기 제 1 도파로의 말단이 만나 합쳐진 도파로의 출력단의 신호값 및 상기 제 6 도파로를 통한 제 6 출력단의 신호값을 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 광 로직 회로는, 상기 제 2 도파로와 연결되고, 빛이 직진할 수 있는 제 7 도파로; 상기 제 7 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 8 도파로; 제 4 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 7 도파로 또는 상기 제 8 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 4 반사기; 상기 제 1 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 9 도파로; 및 제 5 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 1 도파로 또는 상기 제 9 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 5 반사기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 제 8 도파로의 말단은 상기 제 1 도파로와 만나 상기 제 1 도파로로 합쳐지고, 상기 제 9 도파로의 말단은 상기 제 7 도파로와 만나 상기 제 7 도파로로 합쳐지며, 상기 제 1 입력 신호, 상기 제 4 입력 신호 및 상기 제 5 입력 신호를 이용하여, 상기 제 1 도파로를 통한 제 1 출력단의 신호값 및 상기 제 7 도파로를 통한 제 7 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 제 4 입력 신호 및 상기 제 5 입력 신호는 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 광 로직 회로는, 상기 제 4 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 10 도파로; 및 제 6 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 4 도파로 또는 상기 제 10 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 6 반사기;를 더 포함하는 것을 측징으로 한다. 아울러, 상기 제 1 입력 신호, 상기 제 2 입력 신호 및 상기 제 6 입력 신호를 이용하여 상기 제 1 도파로를 통한 제 1 출력단의 신호값, 상기 제 4 도파로를 통한 제 4 출력단의 신호 및 상기 제 10 도파로를 통한 제 10 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 제 2 입력 신호 및 상기 제 6 입력 신호는 연결되어 있는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 광 로직 회로는, 상기 제 10 도파로와 연결되고, 빛이 직진할 수 있는 제 11 도파로; 상기 제 1 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 12 도파로; 상기 제 4 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 13 도파로; 상기 제 11 도파로와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 14 도파로;제 7 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 1 도파로 또는 상기 제 12 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 7 반사기; 제 8 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 4 도파로 또는 상기 제 13 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 8 반사기; 및 제 9 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 제 11 도파로 또는 상기 제 14 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 제 9 반사기;를 더 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제 12 도파로의 말단과 상기 제 14 도파로의 말단은 상기 제 4 도파로와 만나 상기 제 4 도파로로 합쳐지고, 상기 제 13 도파로의 말단은 상기 제 11 도파로와 만나 상기 제 11 도파로로 합쳐지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제 7 입력 신호, 상기 제 8 입력 신호 및 상기 제 9 입력 신호를 이용하여 상기 제 1 도파로, 상기 제 4 도파로 또는 상기 제 11 도파로 중 일부를, 최종적인 신호의 출력단으로 선택하여 여러 가지 논리 기능을 선택할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로는, 빛이 직진할 수 있는 적어도 두 개의 주 도파로; 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 분기하여 다른 하나의 주 도파로와 만나 합쳐지는 적어도 하나의 가지 도파로; 및 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로 또는 상기 가지 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 적어도 하나의 입력 신호용 반사기;를 포함하되, 상기 입력 신호용 반사기 각각의 입력 신호를 이용하여 상기 주 도파로 각각의 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 광 로직 회로는, 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 분기하여 다른 하나의 주 도파로와 만나 합쳐지는 적어도 하나의 출력단 유도 도파로; 및 제어 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로 또는 상기 출력단 유도 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 적어도 하나의 출력단 제어용 반사기;를 더 포함하되, 입력되는 상기 제어 신호에 따라, 상기 적어도 두 개의 직선 형태의 주 도파로 중 일부를, 최종적인 신호의 출력단으로 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 출력단 제어용 반사기는, 상기 주 도파로에 각각 적어도 하나씩 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 광 로직 회로는, 입력 신호를 비반전된 신호 또는 반전된 신호로 출력할 수 있는 적어도 하나의 신호 인버터;를 더 포함하되, 상기 신호 인버터의 출력 신호를 상기 적어도 하나의 반사기 각각의 입력단으로 입력하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 광 로직 회로는, 상기 최종적인 신호의 출력단으로 출력되는 신호를 다음 입력단에서 요구하는 신호로 변환하는 신호 변환기;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연산 장치는, 둘 이상의 광 로직 회로를 포함하되, 상기 둘 이상의 광 로직 회로는 각각, 빛이 직진할 수 있는 적어도 두 개의 주 도파로; 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 분기하여 다른 주 도파로와 만나 합쳐지는 적어도 하나의 가지 도파로; 및 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 상기 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로 또는 상기 가지 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 하는 적어도 하나의 반사기;를 포함하되, 상기 반사기 각각의 입력 신호를 이용하여 상기 주 도파로 각각의 출력단의 신호값을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 연산 장치는, 하나 이상의 상기 광 로직 회로가 병렬로 연결된 제 1 연산 유닛; 및 하나 이상의 상기 광 로직 회로가 병렬로 연결된 제 2 연산 유닛;을 포함한다. 아울러, 본 발명의 연산 장치는, 상기 제 1 연산 유닛으로부터의 하나 이상의 병렬 출력단의 신호를, 상기 제 2 연산 유닛의 병력 입력 신호로 분배하기 위한 입력단 분배기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치에 따르면, 빛에 대한 굴절률 제어에 의해 빛의 반사 또는 통과 여부를 결정하여 광 경로를 변경하여, 논리 연산을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치에 따르면, 광 로직 회로 내의 논리 연산이 광신호에 의해 이루어지므로, 빠른 연산 속도를 달성할 수도 있다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 바람직한 제 6 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들.
도 7a 및 도 7b는 본 발명이 바람직한 제 7 실시예에 따른 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 8 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로.
도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연산 장치.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 그 광 로직 회로를 이용한 연산 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.

우선, 본 발명의 광 로직 회로의 동작 원리에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 광 로직 회로는, 빛이 직진하는 주 도파로(main waveguide)와 빛이 작은 각도로 빗나가게 하는 가지 도파로(branch waveguide)로 구성되고, 주 도파로와 가지 도파로의 분기점(또는 교차점) 근처에 굴절률이 변화되는 반사기(reflector)를 설치한다. 아울러, 본 발명의 광 로직 회로는, 반사기의 굴절률을 제어하여 빛을 반사기 전체를 통과하여 주 도파로로 직진하는 통과 상태(pass state) 또는 가지 도파로로 반사하는 반사 상태(reflection state)로 전환시킨다. 본 발명의 광 로직 회로에서는, 이 두 가지 상태를 2진법의 연산의 입력 신호 '0'과 '1'에 대응시킨다.

반사기에서 입력 신호로 굴절률을 제어하는 방법은, 전기 광학 효과(electro-optic effect), 광 흡수 효과(electroabsorption effect), 전자(electron)와 정공(hole)의 플라즈마 분산(plasma dispersion)에 의한 캐리어 도핑 효과(carrier-doping effect), 열 광학 효과(thermo-optic effect), 음향 광학 효과(acousto-optic effect), 비선형 효과(nonlinear effect), 표면 플라즈몬 효과(surface plasmonic effect) 등의 다양한 방법들을 사용할 수 있다. 바람직하게는 반도체 소재의 도파로에 pn 접합을 형성하여 전기적인 전압 인가 또는 캐리어 주입으로 반사기의 굴절률을 제어할 수 있다. 또한, 폴리머 소재에 전류를 주입하여 열 광학(thermo-optic) 효과로 굴절률을 제어하는 수단도 가능하며, 폴리머 소재에 전압을 인가하여 전기 광학(electro-optic) 효과로 굴절률을 제어하는 수단도 가능하다. 본 발명에 이러한 수단을 적용할 경우에는 '0'과 '1'의 입력 신호는 반사기에 인가되는 전압의 크기 또는 전류 주입의 크기를 달리하여 입력될 수 있다. 여러 가지 소재에서 굴절률은 비선형(nonlinear) 효과에 의해 빛으로도 제어될 수 있으며, 본 발명에 이 효과를 사용할 경우에 '0'과 '1'의 입력 신호는 빛의 세기를 달리하여 입력될 수 있다.

본 발명에서, 연산 처리에 사용되는 빛은 연속파(continuous wave)의 광 빔(light beam)을 사용하여 도파로의 광 입구(optical input port)로 입사시킨다. 연산을 위한 '0' 또는 '1'의 입력 신호는 반사기의 굴절률 제어 단자로 입력되고, 입력 신호에 따라 반사기에서 광 빔이 통과 또는 반사의 상태를 결정해준다. 연산이 완료된 출력 신호는 광 출구(optical output port) 중의 하나로 나가며, 빛 형태의 신호로 출력된다. 특정 광 출구에서 빛이 나오면 '1'에 해당하는 출력 신호로, 빛이 나오지 않으면 '0'의 출력 신호로 판단할 수 있다. 그 반대로, 특정 광 출구에서 빛이 나오면 '0'에 해당하는 출력 신호로, 빛이 나오지 않으면 '1'의 출력 신호로 판단할 수 있다. 본 발명에서는 전자의 판단을 예로 들어 광 로직 회로의 동작을 설명하기로 한다.

참고로, 대부분의 물질에서는 상술한 효과에 의한 굴절률의 변화가 0.01 이하로 매우 적다. 굴절률 변화 (n ₁ - n ₂ )/n ₁ 가 매우 적을 경우 임계각은 몇 도(°)로 작게 된다.

일례로, 실리콘 반도체 소재의 경우에, p형 또는 n형 불순물이 도핑되면, 전자(electron)와 정공(hole)의 캐리어에 의해 굴절률이 진성(intrinsic) 상태보다 낮아진다. 그 효과는 억셉터(acceptor)와 도너(donor)의 농도가 5 x 10 ¹⁷ 내지 1 x 10 ²⁰ 의 범위에서 이론적인 굴절률은 진성 상태의 실리콘(n ₁ 은 약 3.5)에 비해 5 x 10 ^-4 내지 1 x 10 ^-1 정도 낮게 된다. 즉, 도핑 상태의 굴절률과 진성 상태의 굴절률 차이는 △n = n ₁ - n ₂ 이 -0.0005 내지 -0.1 범위에 들고, (n ₁ - n ₂ )/n ₁ 이 -0.00015 내지 -0.03 범위에 든다. 상술한 굴절률 범위에서 임계각은 1°내지 15°범위에 있다. 다른 소재에서도 전기장이나 도핑에 의한 굴절률 변화는 상술한 굴절률 변화 범위를 크게 넘어서지 않는다. 일반적으로 활용할 수 있는 소재에서도 전기장으로 얻을 수 있는 굴절률 변화 범위를 고려하면, 임계각은 20°이내의 범위로 작게 된다. 따라서, 본 발명에서 작은 각의 반사라 함은 굴절률 변화로 현실적으로 전반사를 얻을 수 있는 20°이내의 범위에서 반사를 의미한다. 본 발명은 상술한 범위의 작은 굴절률 변화로 상술한 범위의 작은 전반사 각도로 광 경로를 변경시킬 수 있는 원리를 이용한다.

먼저, 도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들이다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 광 로직 회로이다. 도 1a로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 광 로직 회로는, 제 1 도파로(1101), 제 2 도파로(1102) 및 제 1 반사기(1201)를 포함한다.

제 1 도파로(1101)는, 빛이 입사하고, 적어도 일부 구간 또는 전 구간이 직선 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 도파로(1102)는, 제 1 도파로(1101)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태를 이룬다. 본 발명의 제 1 반사기(1201)는, 제 1 도파로(1101)로부터 제 2 도파로(1102)가 분기된 영역에 배치되고, 제 1 입력단(1301)로부터의 제 1 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능하다. 즉, 제 1 반사기(1201)는, 제 1 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 1 도파로(1101) 또는 제 2 도파로(1102) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 광 로직 회로는, 제 1 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(1101)를 통한 제 1 출력단의 신호값 및 제 2 도파로(1102)를 통한 제 2 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 1b는 본 발명의 신호 배정 방법에 따른 제 1 실시예의 광 로직 회로의 동작 설명을 위한 표이다. 도 1b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 광 로직 회로는, 신호 배정 방법에 따라 두 가지 모드에서 동작 가능하다.

즉, 순배정 방식인 제 1 모드는, 제 1 반사기(1201)의 입력단(1301)으로 입력되는 제 1 입력 신호가 '1' 인 경우, 제 1 반사기(1201)를 작동하도록 제어하여 반사 상태로 만들어, 제 2 도파로(1102)를 통해 제 2 출력단으로 빛을 출력한다. 제 1 모드에서는 제 1 입력 신호가 '0' 인 경우, 제 1 반사기(1201)를 작동하지 않게 되어 제 1 반사기(1201)가 통과 상태가 되어, 제 1 도파로(1101)를 통해 제 1 출력단으로 빛을 출력한다.

즉, 역배정 방식인 제 2 모드는, 제 1 반사기(1201)의 입력단(1301)에 입력되는 제 1 입력 신호가 '0' 인 경우, 제 1 반사기(1201)를 작동하도록 제어하여 반사 상태로 만들어, 제 2 도파로(1102)로 빛을 출력한다. 제 1 모드에서는 제 1 입력 신호가 '1' 인 경우, 제 1 반사기(1201)를 작동하지 않게 되어 제 1 반사기(1201)가 통과 상태가 되어, 제 1 도파로(1101)를 통해 제 1 출력단으로 출력한다.

제 1 모드 및/또는 제 2 모드의 동작은 본 발명의 제 1 실시예뿐만 아니라, 다른 실시예에 대해서도 적용되는 것은 물론이다.

도 1c는, 도 1a의 본 발명의 제 1 실시예의 광 로직 회로의 제 1 모드에서의 제 1 입력단(1301)에 입력되는 제 1 입력 신호와 제 1 도파로(1101)을 통한 제 1 출력단의 신호를 나타낸다.

도 1c로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 모드인 순배정 방식에서, 본 발명의 제 1 실시예의 광 로직 회로는 제 1 출력단이 'NOT' 게이트로 동작하게 된다.

즉, '0' 또는 '1'의 제 1 입력 신호는 신호 입력 단자(signal input terminal)로 입력되어 제 1 반사기(1201)의 굴절률을 제어한다. 순배정 방식에서 제 1 입력 신호가 '0'일 때는 통과 상태가 되어 빛이 제 1 출력단으로 나가며, 제 1 입력 신호가 '1'일 때는 반사 상태가 되어 빛이 제 2 출력단으로 나간다. 제 1 출력단에서 빛이 나오는 상태를 출력 신호 '1'로 판단하고 빛이 나오지 않는 상태를 출력 신호 '0'으로 할 경우에, 제 1 입력 신호가 '0'일 때는 제 1 출력단의 신호는 '1'이 되고, 제 1 입력 신호가 '1'일 때는 제 1 출력단의 신호는, '0'이 된다. 따라서, 제 1 출력단의 신호는, 제 1 입력 신호와 반전된 신호가 얻어져, 'NOT' 게이트로 동작하게 된다.

다음으로, 도 1d는, 도 1a의 본 발명의 제 1 실시예의 광 로직 회로의 제 2 모드에서의 제 1 입력단(1301)에 입력되는 제 1 입력 신호와 제 2 도파로(1102)를 통한 제 2 출력단의 신호를 나타낸다.

도 1d로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 모드인 역배정 방식에서, 본 발명의 제 1 실시예의 광 로직 회로는 'NOT' 게이트로 동작하게 된다.

다만, 도 1c의 제 1 모드인 순배정 방식과의 차이는 'NOT' 게이트로 동작하는 것이, 제 1 출력단이 아니라, 제 2 도파로(1102)를 통한 제 2 출력단이라는 것에 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들이다.

도 2a로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 광 로직 회로는, 제 1 실시예의 광 로직 회로의 제 1 도파로(2101), 제 2 도파로(2102) 및 제 1 반사기(2201) 이외에, 제 1 도파로(2101)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 3 도파로(2103), 제 2 도파로(2102)에서 방향을 전환하여 제 3 도파로(2103)와 연결된 후 빛이 하나의 도파로로 나갈 수 있는 제 4 도파로(2104) 및, 제 1 도파로(2101)로부터 제 3 도파로(2103)가 분기된 영역에 배치되고 제 2 입력단(2302)으로부터의 제 2 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 2 반사기(2202)를 더 포함한다. 즉, 제 2 반사기(2202)는, 제 2 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 1 도파로(2101) 또는 제 3 도파로(2103) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

구체적으로 본 발명의 제 2 실시예의 광 로직 회로는, 제 3 도파로(2103)의 말단은 제 2 도파로(2102)와 만나 제 4 도파로(2104)로 합쳐지고, 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(2101)를 통한 제 1 출력단의 신호 및 제 4 도파로(2104)를 통한 제 4 출력단의 신호의 값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 광 로직 회로는, 제 1 반사기(2201) 및 제 2 반사기(2202)를 제 1 도파로(2101) 상에 직렬로 연결하되, 가지 도파로인 제 2 도파로(2102)와 제 3 도파로(2103)를 하나로 합류시킨 구조이다.

도 2b는 제 2 실시예의 본 발명의 광 로직 회로의 제 1 모드의 동작 설명을 위한 표이다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예의 광 로직 회로를 제 1 모드인 순배정 방식으로 동작시킬 경우, 제 1 도파로(2101)의 출력단 및 제 4 도파로(2104)의 출력단은 각각 'NOR' 게이트 및 'OR' 게이트로 동작하게 된다. 즉, 제 1 입력 신호가 '0'이며, 제 2 입력 신호가 '0'일 때, 제 1 반사기(2201) 및 제 2 반사기(2202)는 모두 'off' 상태가 되어 빛은 직진하여 제 1 도파로(2101)의 출력단으로 나간다. 제 1 입력 신호가 '0'이며, 제 2 입력 신호가 '1'일 때, 제 1 반사기(2201)는 'off' 상태가 되고 제 2 반사기(2202)는 'on' 상태가 되어, 빛은 제 1 반사기(2201)를 통과한 후 제 2 반사기(2202)에서 반사되어 제 4 도파로(2104)의 출력단으로 나간다. 제 1 입력단(2301)의 제 1 입력 신호가 '1'이며, 제 2 입력단(2302)의 제 2 입력 신호가 '0'일 때, 제 1 반사기(2201)는 'on' 상태가 되고 제 2 반사기(2202)는 'off' 상태가 되나, 제 1 반사기(2201)에서 먼저 반사되어 제 4 도파로(2104)의 출력단으로 나간다. 제 1 입력 신호가 '1'이며, 제 2 입력 신호가 '1'일 때는, 제 1 반사기(2201)와 제 2 반사기(2202)는 'on' 상태가 되어, 빛은 제 1 반사기(2201)에서 먼저 반사되어 제 4 도파로(2104)의 출력단으로 나간다. 이를 종합하면, 제 1 도파로(2101)의 출력단으로 나오는 출력 신호는, 제 1 입력 신호(A)와 제 2 입력 신호(B)의 조합에 의한 4 가지 경우에 대해, 도 2b와 같이, (A′* B′) 연산의 결과에 해당되어 'NOR' 게이트의 기능을 갖게 된다. 또한, 제 4 도파로(2104)의 출력단으로 나오는 출력 신호는, 도 2b와 같이, (A + B) 연산의 결과에 해당되어 'OR' 게이트의 기능을 갖게 된다.

도 2c는 제 2 실시예의 본 발명의 광 로직 회로의 제 2 모드의 동작 설명을 위한 표이다. 즉, 제 2 실시예의 광 로직 회로를 제 2 모드인 역배정 방식으로 동작시킬 경우, 제 1 도파로(2101)의 출력단 및 제 4 도파로(2104)의 출력단은 각각 'AND' 게이트 및 'NAND' 게이트로 동작하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 본 발명의 광 로직 회로는, 'NOR', 'OR', 'AND' 또는 'NAND' 게이트 중 어느 하나 이상의 게이트로 동작할 수 있음을 알 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들이다.

먼저, 도 3a는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 광 로직 회로의 예시도이다. 도 3a의 광 로직 회로는, 제 1 실시예의 광 로직 회로에도 포함된 제 1 도파로(3101), 제 2 도파로(3102) 및 제 1 반사기(3201) 이외에, 제 2 도파로(3102)와 연결되고 빛이 직진할 수 있는 제 5 도파로(3105), 제 5 도파로(3105)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 6 도파로(3106) 및 제 5 도파로(3105)로부터 제 6 도파로(3106)가 분기된 영역에 배치되고 제 3 입력단(3303)으로부터의 제 3 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 3 반사기(3203)를 더 포함한다. 즉, 제 3 반사기(3203)는, 제 3 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 5 도파로(3105) 또는 제 6 도파로(3106) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

구체적으로, 도 3a의 광 로직 회로는, 제 5 도파로(3105)의 말단은 제 1 도파로(3101)와 만나 제 1 도파로(3101)로 합쳐지고, 제 1 입력 신호 및 제 3 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(3101)를 통한 제 1 출력단의 신호 및 제 6 도파로(3106)를 통한 제 6 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 도 3b는, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 광 로직 회로의 다른 예시도이다. 도 3b의 광 로직 회로는, 도 3a의 광 로직 회로와 대부분 동일하지만, 제 1 도파로(3101)의 말단이 제 5 도파로(3105)와 만나 제 5 도파로(3105)로 합쳐지고, 제 1 입력 신호 및 제 3 입력 신호를 이용하여 제 5 도파로(3105)를 통한 제 5 출력단의 신호 및 제 6 도파로(3106)를 통한 제 6 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있는 것에 차이점이 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로는, 제 1 도파로(3101)의 말단과 제 5 도파로(3105)의 말단은 만나 하나의 도파로로 합쳐지고, 제 1 입력 신호 및 제 3 입력 신호를 이용하여, 제 5 도파로(3105)의 말단과 제 1 도파로(3101)의 말단이 만나 합쳐진 도파로의 출력단의 신호값 및 제 6 도파로(3106)를 통한 제 6 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있다.

다시 설명하자면, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예의 광 로직 회로 중 도 3a는, 제 1 반사기(3201)에서 나온 가지 도파로인 제 2 도파로(3102) 상에 제 1 반사기(3201)를 설치하고, 제 3 반사기(3203)에서 나온 주 도파로인 제 5 도파로(3105)를 제 1 반사기(3201)의 주 도파로인 제 1 도파로(3101)와 합류시킨 구조이다. 반면, 도 3b는, 제 1 반사기(3201)에서 나온 주 도파로인 제 1 도파로(3101)를 제 3 반사기(3203)의 주 도파로인 제 5 도파로(3105)에 합류시킨 구조이다.

도 3c는 본 발명의 제 3 실시예의 광 로직 회로의 제 1 모드인 순배정 방식에서의 동작 설명을 위한 표이다. 도 3c로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 모드인 순배정 방식에서는 제 1 출력단 또는 제 5 출력단은 'NAND' 게이트로 동작하고, 제 6 출력단은 'AND' 게이트로 동작하게 된다.

마찬가지로, 도 3d는 본 발명의 제 3 실시예의 광 로직 회로의 제 2 모드인 역배정 방식에서의 동작 설명을 위한 표이다. 도 3d로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예의 광 로직 회로는, 제 2 모드인 역배정 방식에서는 제 1 출력단 또는 제 5 출력단은 'OR' 게이트로 동작하고, 제 6 출력단은 'NOR' 게이트로 동작하게 된다.

즉, 본 발명의 제 3 실시예의 광 로직 회로는, 'NAND', 'AND', 'OR', 또는 'NOR' 게이트 중 어느 하나 이상의 게이트로 동작할 수 있음을 알 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표이다.

도 4a의 광 로직 회로는, 제 1 실시예의 광 로직 회로에 포함된 제 1 도파로(4101), 제 2 도파로(4102) 및 제 1 반사기(4201) 이외에, 제 2 도파로(4102)와 연결되고 빛이 직진할 수 있는 제 7 도파로(4107), 제 7 도파로(4107)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 8 도파로(4108) 및 제 7 도파로(4107)로부터 제 8 도파로(4108)가 분기된 영역에 배치되고 제 4 입력단(4305)의 제 4 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 4 반사기(4204)를 포함한다. 즉, 제 4 반사기(4204)는 제 4 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 7 도파로(4107) 또는 제 8 도파로(4108) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 도파로(4101)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 9 도파로(4109) 및 제 1 도파로(4101)로부터 제 9 도파로(4109)가 분기된 영역에 배치되고 제 5 입력단(4305)의 제 5 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 5 반사기(4205)를 더 포함한다. 즉, 제 5 반사기(4205)는 제 5 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 1 도파로(4101) 또는 제 9 도파로(4109) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 제 4 실시예의 광 로직 회로에서, 제 8 도파로(4108)의 말단은 제 1 도파로(4101)와 만나 제 1 도파로(4101)로 합쳐지고, 제 9 도파로(4109)의 말단은 제 7 도파로(4107)와 만나 제 7 도파로(4107)로 합쳐진다. 또한, 본 발명의 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 입력 신호, 제 5 입력 신호 및 제 6 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(4101)를 통한 제 1 출력단의 신호 및 제 7 도파로(4107)를 통한 제 7 출력단의 신호값을 조정할 수 있다. 아울러, 제 4 입력 신호 및 제 5 입력 신호는 제 5 입력단(4305)에 연결된 동일한 신호인 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 반사기(4201)와 제 5 반사기(4205)를 주 도파로인 제 1 도파로(4101) 상에 직렬로 연결하고, 제 1 반사기(4201)에서 나온 가지 도파로인 제 2 도파로(4102)와 연결된 제 7 도파로(4107) 상에 또 다른 제 4 반사기(4204)를 설치하되, 이 제 4 반사기(4204)와 제 5 반사기(4205)의 굴절률 제어를 동일한 제 5 입력단(4305)로부터의 입력 신호에 의해 동시에 일어나게 연결한다. 또한, 제 5 반사기(4205)에서 나온 가지 도파로인 제 9 도파로(4109)는 제 4 반사기(4204)의 주 도파로인 제 7 도파로(4107)에 합류시키고, 제 4 반사기(4204)에서 나온 가지 도파로인 제 8 도파로(4108)는 제 5 반사기(4205)의 주 도파로인 제 1 도파로(4101)와 합류시킨다.

도 4b는 본 발명의 제 4 실시예의 광 로직 회로의 순배정 방식 및 역배정 방식에서의 동작 설명을 위한 표이다. 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 모드인 순배정 방식에서 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 도파로(4101)의 출력단은 'NOT XOR' 게이트 기능을 가지며, 제 7 도파로(4107)의 출력단은 'XOR' 게이트 기능을 갖는다.

또한, 제 2 모드인 역배정 방식에서도 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 도 4b와 동일하게 제 1 도파로(4101)의 출력단은 'NOT XOR' 게이트 기능을 가지며, 제 7 도파로(4107)의 출력단은 'XOR' 게이트 기능을 갖는다. 따라서, 제 4 실시예의 광 로직 회로는, 역배정과 순배정의 논리 기능이 동일한 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 제 4 실시예는 'NOT XOR' 또는 'XOR' 게이트 중 어느 하나 이상의 게이트로 동작할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들이다.

도 5a의 광 로직 회로는, 제 3 실시예의 광 로직 회로에 추가하여, 제 2 도파로(5102)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 10 도파로(5110) 및 제 2 도파로(5102)로부터 제 10 도파로(5110)가 분기된 영역에 배치되고 제 6 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 6 반사기(5206)를 더 포함한다. 즉, 제 6 반사기(5206)는, 제 6 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 제 4 도파로(5104) 또는 제 10 도파로(5110) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 제 5 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 입력 신호, 제 2 입력 신호 및 제 6 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(5101)를 통한 제 1 출력단의 신호값, 제 4 도파로(5104)를 통한 제 4 출력단의 신호값 및 제 10 도파로(5110)를 통한 제 10 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있다. 아울러, 제 2 입력 신호 및 제 6 입력 신호는 제 2 입력단(5302)에 연결된 동일한 신호인 것을 특징으로 한다.

다시 한번 설명하자면, 본 발명의 제 5 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 반사기(5201)와 제 2 반사기(5202)를 주 도파로인 제 1 도파로(5101) 상에 직렬로 연결하고, 제 1 반사기(5201)에서 나온 가지 도파로인 제 2 도파로(5102)와 연결된 제 4 도파로(5104) 상에 또 다른 반사기인 제 6 반사기(5206)를 설치한다. 또, 제 6 반사기(5206)와 제 2 반사기(5202)의 굴절률 제어를 동일한 입력 신호에 의해 동시에 일어나게 연결하고, 제 2 반사기(5202)에서 나온 가지 도파로인 제 3 도파로(5103)는 제 6 반사기(5206)의 주 도파로인 제 4 도파로(5104)에 합류시키고, 제 6 반사기(5206)에서 나온 가지 도파로인 제 10 도파로(5110)는 독립된 도파로로 나가게 만든다.

도 5b는 본 발명의 제 5 실시예의 광 로직 회로의 순배정 방식에서의 동작 설명을 위한 표이다. 도 5b로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 모드인 순배정 방식에서, 본 발명의 제 5 실시예는, 제 1 도파로(5101)의 출력단은 'NOR' 게이트 기능을 수행하고, 제 4 도파로(5104)의 출력단은 'OR' 게이트 기능을 수행하고, 제 10 도파로(5110)의 출력단은 'AND' 게이트의 기능을 갖는다.

또한, 도 5c는 본 발명의 제 5 실시예의 광 로직 회로의 역배정 방식에서의 동작 설명을 위한 표이다. 도 5c로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 모드인 역배정 방식에서, 본 발명의 제 5 실시예는, 제 1 도파로(5101)의 출력단은 'AND' 게이트 기능을 수행하고, 제 4 도파로(5104)의 출력단은 'XOR' 게이트 기능을 수행하고, 제 10 도파로(5110)의 출력단은 'NOR' 게이트의 기능을 갖는다.

정리하자면, 본 발명의 제 5 실시예의 광 로직 회로는, 'NOR', 'OR', 'AND' 또는 XOR' 게이트 중 어느 하나 이상의 게이트로 동작할 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 바람직한 제 6 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표들이다.

도 6a의 광 로직 회로는, 제 5 실시예의 광 로직 회로에 추가하여, 제 10 도파로(6110)와 연결되고 빛이 직진할 수 있는 제 11 도파로(6111), 제 11 도파로(6111)에서 일정한 각도를 이루며 분기된 형태의 제 14 도파로(6114), 제 1 도파로(6101)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 12 도파로(6112) 및 제 4 도파로(6104)와 일정 각도를 이루며 분기된 형태의 제 13 도파로(6113)를 포함한다. 아울러, 본 발명의 제 6 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 도파로(6101)로부터 제 12 도파로(6112)가 분기된 영역에 배치되고 제 7 입력단(6307)의 제 7 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 7 반사기(6207), 제 4 도파로(6104)로부터 제 13 도파로(6113)가 분기된 영역에 배치되고 제 8 입력단(6308)의 제 8 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 8 반사기(6208), 그리고 제 11 도파로(6111)로부터 제 14 도파로(6114)가 분기된 영역에 배치되고 제 9 입력단(6309)의 제 9 입력 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 제 9 반사기(6209)를 더 포함한다. 즉, 제 7 반사기(6207), 제 8 반사기(6208) 및 제 9 반사기(6209)는, 각각의 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 각각의 주 도파로(6101, 6104, 6111) 또는 가지 도파로(6112, 6113, 6114) 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 바람직한 제 6 실시예의 광 로직 회로는, 제 12 도파로(6112)의 말단과 제 14 도파로(6114)의 말단은 제 4 도파로(6104)와 만나 제 4 도파로(6104)로 합쳐지고, 제 13 도파로(6113)의 말단은 제 11 도파로(6111)와 만나 제 11 도파로(6111)로 합쳐지는 것을 특징으로 한다. 또한, 제 7 입력 신호, 제 8 입력 신호 및 제 9 입력 신호를 이용하여 제 1 도파로(6101), 제 4 도파로(6104) 또는 제 11 도파로(6111) 중 일부를, 최종적인 신호의 출력단으로 선택할 수 있다.

즉, 본 발명의 제 6 실시예의 광 로직 회로는, 제 1 실시예 내지 제 5 실시예의 로직 회로들을 적절히 조합하여, 여러 가지 논리 연산 수행을 하나의 회로로 얻을 수 있는 재배치 가능한(reconfigurable) 로직 회로 셀의 예시를 보여주고 있다.

다만, 도 6a의 제 6 실시예는 제 2 입력 신호와 제 6 입력 신호가 분리된 점이 제 5 실시예와의 차이점이 있다. 여기서, 제 1 입력 신호는 제 1 반사기(6201)에 입력되고, 제 2 입력 신호는 제 2 반사기(6202)에, 제 6 입력 신호는 제 6 반사기(6206)에 각각 입력된다. 도 6a의 재배치 가능한 본 발명의 광 로직 회로의 핵심 특징은 세 개의 출력단으로부터의 출력 신호들을 하나의 출력단으로 보낼 수 있도록 제어하기 위한 제 7 반사기(6207), 제 8 반사기(6208) 및 제 9 반사기(6209)를 설치한 것에 있다. 즉, 논리 연산 후의 출력 신호는 세 줄기 도파로(6101, 6104, 6111)의 말단 중 하나로부터 나오게 되는 데, 이들 세 도파로(6101, 6104, 6111)의 말단에 제 7 반사기(6207), 제 8 반사기(6208) 및 제 9 반사기(6209)를 각각 설치하여, 해당 출력단에서 나오는 출력 신호를 하나의 출구(output gate)로 보낸다.

구체적으로, 도 6a에서는 예시적으로 제 4 도파로(6104)의 말단을 출력단으로 선택한 경우를 보여주고 있다. 출력단 제어용 반사기인, 제 7 반사기(6207), 제 8 반사기(6208) 및 제 9 반사기(6209)의 설치와 함께, 제 7 반사기(6207)와 제 9 반사기(6209)의 가지 도파로인 제 12 도파로(6112)와 제 14 도파로(6114)를 제 4 도파로(6104)로 합류시키고, 제 8 반사기(6208)의 가지 도파로인 제 13 도파로(6113)를 제 4 도파로(6104)가 아닌 다른 출력단으로 우회시킨다. 다만, 도 6a에서는 예시적으로 제 11 도파로(6111)로 우회시켰다. 이와 같이, 도 6a의 예시에서 제 12 도파로(6112), 제 13 도파로(6113) 및 제 14 도파로(6114)는 원하는 로직 게이트에서 나온 출력 신호를 출력단인 제 4 도파로(6104)로 보내기 위한 출력 신호 유도의 기능을 갖는 출력단 유도 도파로에 해당되며, 제 7 반사기(6207), 제 8 반사기(6208) 및 제 9 반사기(6209)는 출력단 유도 도파로를 선택하는 기능을 갖는 출력단 제어용 반사기에 해당된다.

상술한 바와 같이 출력단 제어용 반사기(6207, 6208, 6209)와 출력 신호 유도 회로를 구성함으로써, 원하는 논리 연산 출력 신호는 출력단(도 6a에서 제 4 도파로(6104)의 출력단)으로 보내고, 출력 신호가 아닌 광신호들은 다른 도파로의 출력단의 끝에서 소멸시키는 등의 방법에 의해 광 로직 회로 밖으로 내보낼 수 있다.

도 6b는, 제 1 모드인 순배정 방식에서의 본 발명의 제 6 실시예의 동작 설명을 위한 표이다. 도 6b로부터 알 수 있는 바와 같이 재배치 가능한 본 발명의 광 로직 회로는, 제 2 입력 신호 및 제 6 입력 신호의 입력을 위한 제 2 반사기(6202) 및 제 6 반사기(6206)의 선택과 출력단 제어용 반사기인 제 7 내지 제 9 반사기(6207, 6208, 6209)의 선택의 조합에 따라 얻을 수 있는 여러 가지 논리 기능들을 실현할 수 있다.

도 6b에서 '△'는 제 1 입력 신호, 제 2 입력 신호 또는 제 6 입력 신호를 입력하기 위해 선택하는(활성화시키는) 반사기를 나타내며, '▲'는 제 2 입력 신호 또는 제 6 입력 신호를 위한 제 2 반사기(6202)와 제 6 반사기(6206)가 동시에 작동하는 것을 나타낸다. 또한, '○'는 원하는 논리 연산의 출력 신호를 제 4 도파로(6104)의 출력단으로 보내기 위해 선택하는 출력단 제어용 반사기이며, '-'는 사용하지 않는('off' 상태, 즉 통과 상태로 두는) 반사기이다. 일례로 'NOR' 게이트의 기능은 제 1 입력 신호를 제 1 반사기(6201)로 입력하고, 제 2 입력 신호를 제 2 반사기(6202)로 입력하고, 출력단 제어용 반사기인 제 7 반사기(6207)와 제 8 반사기(6208)를 'on' 상태(반사 상태)로 두고, 나머지 반사기들은 'off' 상태(통과 상태)로 두면, 제 4 도파로(6104)의 출력단으로 'NOR'의 논리 연산에 해당하는 출력 신호가 나가게 된다. 이와 같이, 도 6a의 광 로직 회로를 이용하여, 도 6b와 같은 반사기 조합의 재배치를 통해 논리 연산에 필요한 주요 로직 게이트를 모두 구현할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6c는, 제 2 모드인 역배정 방식에서의 본 발명의 제 6 실시예의 동작 표이다. 도 6c로부터 알 수 있는 바와 같이, 역배정 방식에 의해서도, 본 발명의 제 6 실시예의 광 로직 회로는, 여러 가지 논리 기능들을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 제 1 실시예 내지 제 6 실시예의 광 로직 회로로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 광 로직 회로는 다음과 같은 특징이 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 광 로직 회로는, 빛이 직진할 수 있는 적어도 두 개의 주 도파로, 그리고, 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 분기하여 다른 하나의 주 도파로와 만나 합쳐지는 적어도 하나의 가지 도파로를 포함한다. 또한, 본 발명의 광 로직 회로는, 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 가지 도파로가 분기된 영역에 배치되고, 입력 신호를 이용하여 굴절률을 제어할 수 있는 적어도 하나의 입력 신호용 반사기를 더 포함한다. 즉, 입력 신호용 반사기는, 입력 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로 또는 가지 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다. 아울러, 본 발명의 광 로직 회로는, 입력 신호용 반사기 각각의 입력 신호를 이용하여 주 도파로 각각의 출력단의 신호값을 로직 게이트로 동작하도록 조정할 수 있다.

아울러, 본 발명의 광 로직 회로는, 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 분기하여 다른 하나의 주 도파로와 만나 합쳐지는 적어도 하나의 출력단 유도 도파로, 및 적어도 두 개의 주 도파로 중 하나의 주 도파로로부터 출력단 유도 도파로가 분기된 영역에 배치되고 출력단 제어 신호를 이용하여 굴절률의 제어가 가능한 적어도 하나의 출력단 제어용 반사기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 제어용 반사기는, 제어 신호에 따라 굴절률이 변화하여, 적어도 두 개의 직선 형태의 주 도파로 중 하나의 주 도파로 또는 출력단 유도 도파로 중 어느 하나의 도파로로 광의 경로를 선택할 수 있도록 한다.

구체적으로 본 발명의 제 6 실시예의 광 로직 회로는, 입력되는 제어 신호에 따라, 적어도 두 개의 주 도파로 중 일부를, 최종적인 신호의 출력단으로 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 입력 신호용 반사기 및 제어용 반사기는, 동일한 물리적 장치인 것이 바람직하다. 또한, 제어용 반사기는, 주 도파로에 각각 적어도 하나씩 배치되는 것을 특징으로 한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명이 바람직한 제 7 실시예에 따른 광 로직 회로 및 동작 설명을 위한 표이다.

도 7a로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 7 실시예의 광 로직 회로는, 입력 신호를 반전되지 않은 신호 또는 반전된 신호로 출력할 수 있는 적어도 하나의 신호 인버터(7401, 7402, 7403)를 더 포함하되, 반사기(7201, 7210, 7211) 각각의 입력단(7301, 7310, 7311)으로 신호 인버터(7401, 7402, 7403)의 출력 신호를 입력하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 신호 인버터(7401, 7402, 7403)는 순배정과 역배정을 조합하여, 재배치 가능한 광 로직 회로를 보다 단순화시키는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 신호 인버터(7401, 7402, 7403)는 입력 신호 '0'과 '1'에 대해 순배정을 선택할 경우에는 반사기(7201, 7210, 7211)를 '0'일 경우 'off', '1'일 경우 'on' 상태로 제어해주고, 역배정을 선택할 경우에는 반사기(7201, 7210, 7211)를 '0'일 경우 'on', '1'일 경우 'off' 상태로 제어해주는 기능을 갖는다. 이러한 신호 인버터(7401, 7402, 7403)를 반사기(7201, 7210, 7211) 앞에 설치해줌으로써, 주 도파로의 수(7101, 7114)를 2개로 줄일 수 있고, 출력단 제어용 반사기(7212, 7213)의 수도 줄일 수 있어, 광 논리 회로를 단순화시킬 수 있다.

도 7b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 7 실시예의 광 로직 회로는, 순배정(신호 인버터 'off')과 역배정(신호 인버터 'on')의 선택을 위한 신호 인버터(7401, 7402, 7403)의 동작 여부의 선택, 제 10 입력 신호 및 제 11 입력 신호의 입력을 위한 반사기 선택과 출력단 제어용 반사기 선택의 조합에 따라 얻어지는 여러 가지 논리 기능을 보여주고 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제 8 실시예에 따른 빛의 반사 제어로 동작하는 광 로직 회로를 나타낸다. 즉, 도 8의 제 8 실시예의 광 로직 회로는, 하나의 로직 게이트에서 얻은 출력 신호를 다음 로직 게이트의 입력 신호로 입력하여, 논리 기능을 연속적으로, 즉 직렬 연산을 수행하기 위한 구조이다.

도 8의 점선으로 나타낸 직사각형 내부에는 제 1 실시예 내지 제 7 실시예 에서 설명한 'AND', 'OR', 'NOR' 등의 단위 논리 연산 중 적어도 하나 또는 두 가지 이상의 기능을 수행하는 일련의 회로가 들어갈 수 있다. 다만, 제 1 실시예 내지 제 7 실시예에서는 로직 게이트에서 논리 수행으로 얻어진 출력 신호는 광신호로 출력된다.

도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 8 실시예의 광 로직 회로는, 신호 변환기(8501)와 입력단 분배기(input terminal distributor, 8601)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 신호 변환기(8501)는, 출력단으로 출력되는 신호를 다음 입력단에서 요구하는 신호로 변환하는 역할을 한다. 또한, 입력단 분배기(8601)는, 다음 단계의 연산에 사용될 광 로직 회로를 배정하고, 또한 배정된 광 로직 회로의 입력단 중 하나를 선택하여, 선택된 입력단의 입력 신호로 입력시킨다.

구체적으로, 하기에 신호 변환기(8501) 및 입력단 분배기(8601)에 의한 본 발명의 제 8 실시예의 동작에 대해 설명하기로 한다.

신호 변환기(8501)는 도파로의 출력단으로부터의 신호를 다음 광 로직 회로의 입력 신호로의 전환하기 위한 것으로, 다양한 방법에 의해 구현할 수 있다. 반사기에서 굴절률 변화를 전압 또는 전류 등의 전기적 제어로 이루어지는 구조에서는 광신호를 전기 신호로 변환시키는 회로를 사용하여 신호 변환기(8501)를 구성할 수 있다. 광신호 자체로 굴절률 변화를 이루는 구조에서는 광신호를 바로 내보내거나 굴절률 변화에 필요한 수준으로 광신호를 전환시키는 회로를 사용하여 신호 변환기(8501)를 구성할 수도 있다. 이러한 신호 변환기(8501)를 거쳐 광 로직 회로에서 나오는 신호는 굴절률 제어를 위한 신호로 전환된 출력 신호(output signal)가 최종적인 출력 단자(output terminal)를 통해 나오게 된다. 이 출력 신호는, 입력단 분배기(8601)로 보내지며, 입력단 분배기(8601)에서는 다음 단계의 연산에 사용될 광 로직 회로를 배정하고, 배정된 광 로직 회로의 입력단 A와 B 중 하나를 선택하여, 선택된 입력단의 입력 신호로 입력시킨다. 이와 같이 광 로직 회로의 연결 단계를 거처 논리 연산을 연속적으로 수행할 수 있다.

도 8에서는 입력단이 두 개(8301, 8302)이며, 출력 단자가 1개인 경우를 예로 들었다. 논리 회로 중에서는 전가산기(full adder) 셀처럼, 1+1=10의 결과를 출력시키기 위해 출력 단자가 2개로 나올 수 있으며, 입력 단자 또한 1+1=10의 연산 결과로 나오는 출력 신호 2개(즉, 끝자리 '0'과 자리 수 상승으로 나오는 '1')와 새로이 더 하는 숫자 한 개를 포함하여, 모두 3개의 입력 신호가 들어갈 수도 있다. 따라서, 광 로직 회로의 연산기능에 따라 로직 회로의 입력 단자는 2개 이상, 출력 단자는 1개 이상 설치될 수 있다.

도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연산 장치를 나타낸다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 연산 장치는, 상술한 광 로직 회로(Unit Optical Logic Circuit, UOLC)를 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 연산 장치는, 하나 이상의 광 로직 회로(UOLC)가 병렬로 연결된 제 1 연산 유닛(9700) 및 하나 이상의 광 로직 회로(UOLC)가 병렬로 연결된 제 2 연산 유닛(9800)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연산 장치는, 제 1 연산 유닛(9700)으로부터의 하나 이상의 병렬 출력단의 신호를, 제 2 연산 유닛(9800)의 병렬 입력 신호로 분배하기 위한 입력단 분배기(9601)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 도 9의 본 발명의 연산 장치는, 컴퓨터 연산에 필요한 다단계 병렬 연산 수행을 위한 회로 구성의 실시예를 나타내고 있다. 본 발명의 연산 장치에서는 상술한 광 로직 회로(UOLC)들의 병렬 연산 과정의 예시를 위해 4개의 광 로직 회로(UOLC)가 병렬로 구성된 로직 셀 어레이(logic cell array)를 예로 나타내고, 첫 번째 단계의 로직 셀 어레이인 제 1 연산 유닛(9700)에서 병렬 연산 수행 후에 다음의 두 번째 단계의 로직 셀 어레이인 제 2 연산 유닛(9800)으로 넘어가는 과정을 나타내고 있다.

각 광 로직 회로(UOLC)가 공통적으로 갖고 있는 주요 특징은 다음과 같다. 먼저, 각 광 로직 회로(UOLC)에는 광 연산에 사용되는 연속적인 빛(continuous wave)의 광 빔(light beam)이 입사된다. 각 광 로직 회로(UOLC)에는 연산을 할 입력 신호 A와 B가 입력단(9301, 9302)를 통해 들어가며, 이 신호에 의해 반사기의 굴절률이 제어되어 해당 광 로직 회로(UOLC)에서 논리 연산이 수행된다. 각 광 로직 회로(UOLC)에서는 논리 연산 후에 얻어지는 출력 신호가 나온다. 이 출력 신호는, 본 발명의 제 8 실시예의 광 로직 회로(UOLC)에서 설명한 바와 같이, 연산 후 얻어진 광학적 출력 신호가 신호 변환기(8501)를 거쳐 다음 단계의 광 로직 회로(UOLC)의 입력 신호로 사용하기 위해 준비된 출력 신호(output signal)이며, 출력 단자(output terminal)를 통해 나오게 된다.

로직 셀 어레이의 첫 번째 단계인 제 1 연산 유닛(9700)에서는 각 광 로직 회로(UOLC)에서 광 빔(light beam)의 입사하에 해당 광 로직 회로(UOLC)의 입력 신호 A와 B의 입력으로 논리 연산이 병렬로 이루어진다. 병렬 연산 후에 각 광 로직 회로(UOLC)에서 나오는 출력 신호들은 입력단 분배기(9601)로 들어가서, 각 출력 신호에 대해 다음 단계 논리 연산을 수행할 광 로직 회로(UOLC)를 선택해 주며, 그 광 로직 회로(UOLC)의 입력단 A와 B 중 하나를 선택해준다. 배치가 완료되어 출력된 출력 신호들은 다음 단계의 로직 셀 어레이의 해당 광 로직 회로(UOLC)와 입력단의 입력 신호로 들어가서, 다음 단계의 논리 연산을 수행한다. 이와 같은 과정을 통해 다단계의 병렬 연산을 수행할 수 있다.

도 9에 나타낸 연산 과정에서 각 광 로직 회로(UOLC) 내의 논리 연산의 핵심 과정은, 각 광 로직 회로(UOLC)에서 빛의 속도로 이루어지므로, 연산 속도가, 전자 회로에 의한 연산 속도에 비해, 매우 빠를 수 있다. 또한 연산을 위해 제공하는 연속적인 빛인 광 빔(light beam)은 하나의 광원(light source)에서 각 광 로직 회로(UOLC)로 분배하여 공급해 줄 수 있으므로, 각 광 로직 회로(UOLC)에서 개별적인 광원을 사용하는 경우에 비해 광 공급 구조를 단순화시킬 수 있다.

1101, 2101, 3101, 4101, 5101, 6101, 7101, 8101 : 제 1 도파로
1102, 2102, 3102, 4102, 5102, 6102, 8102 : 제 2 도파로
2103, 4203, 5103, 6103, 8103 : 제 3 도파로
2104, 5104, 6104, 8104 : 제 4 도파로
3105 : 제 5 도파로 3106 : 제 6 도파로
4107, 6107 : 제 7 도파로 4108 : 제 8 도파로
4109 : 제 9 도파로 5110 : 제 10 도파로
6111 : 제 11 도파로 6112 : 제 12 도파로
6113 : 제 13 도파로 6114, 7114 : 제 14 도파로
1201, 2201, 3201, 4201, 5201, 6201, 7201, 8201 : 제 1 반사기
2202, 5202, 8202 : 제 2 반사기 3203 : 제 3 반사기
4204 : 제 4 반사기 4205 : 제 5 반사기
5206, 6206 : 제 6 반사기 6207 : 제 7 반사기
6208 :제 8 반사기 6209 : 제 9 반사기
7210 : 제 10 반사기 7211 : 제 11 반사기
7212 : 제 12 반사기 7213 : 제 13 반사기
7214 : 제 14 반사기
1301, 2301, 3301, 4301, 5301, 6301, 7301, 8301 : 제 1 입력단
2302, 5302, 8302 : 제 2 입력단 3303 : 제 3 입력단
4305 : 제 5 입력단 6306 : 제 6 입력단
6307 : 제 7 입력단 6308 :제 8 입력단
6309 : 제 9 입력단 7310 : 제 10 입력단
7311 : 제 11 입력단 7312 : 제 12 입력단
7313 : 제 13 입력단 7314 : 제 14 입력단
7401, 7402, 7403, 8401 : 신호 인버터
8501 : 신호 변환기 8601, 9601 :입력단 분배기
9700 : 제 1 연산 유닛 9800 :제 2 연산 유닛
UOLC : 단위 광 로직 회로