ПОЛНОСТЬЮ ОПТИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКИ СВЯЗАННЫХ ЛАЗЕРОВ Российский патент 2024 года по МПК G11C13/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты осуществления в целом относятся к вычислениям и более конкретно к оптическим вычислениям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы наблюдается интерес к возможности выполнения оптических вычислений. Оптический компьютер - это компьютер, который выполняет вычисления с помощью фотонов, излучаемых лазерами или диодами, а не с помощью электронов, как в обычных компьютерах. Несмотря на интерес, универсальный оптический компьютер так и остается нереализуемой идеей. Одной из проблем была природа фотонов, которые не взаимодействуют друг с другом в вакууме, но требуют какой-то среды. Кроме того, многочисленные оптические нелинейные явления, такие как четырехволновое взаимодействие, требуют использования мощной накачки для управления низкоэнергетической объектной волной, что является полной противоположностью принципу работы транзистора. Более того, во многих реализациях оптической логики длина волны на входе отличается от длины волны на выходе, что усложняет проектирование каскадных систем.

Одним из компонентов, необходимых для реализации полностью оптического компьютера, является полностью оптическая память. Существует потребность в реализации такой полностью оптической памяти, которая была бы одновременно быстродействующей и легко интегрируемой (то есть реализуемой также как фотонная интегральная схема).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Согласно одному из аспектов изложен предмет в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Объем защиты, испрашиваемый для различных вариантов реализации, установлен независимыми пунктами формулы изобретения.

Варианты осуществления и признаки, если таковые имеются, приведенные в данном описании и не подпадающие под объем независимых пунктов формулы изобретения, следует интерпретировать как примеры, полезные для понимания различных вариантов осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее примерные варианты осуществления описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых указано следующее:

На фиг. 1А показан схематический рисунок основного принципа работы блока лазерной оптической памяти согласно вариантам осуществления;

На фиг. 1В показан процесс записи данных в блок оптической памяти согласно одному из вариантов осуществления;

На фиг. 2А, 2В и 2С показан процесс записи данных в блок оптической памяти согласно вариантам осуществления;

На фиг. 3 показан процесс записи данных в блок оптической памяти согласно вариантам осуществления;

На фиг. 4 показаны примерные результаты моделирования процесса записи данных в блок оптической памяти согласно вариантам осуществления;

На фиг. 5А, 5В, 6, 7, 8 и 9 показаны различные реализации блока оптической памяти согласно вариантам осуществления;

На фиг. 10А и 10В показан процесс записи данных в блок оптической памяти согласно альтернативному варианту осуществления, основанному на поляризации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Следующие варианты осуществления представлены только в качестве примеров. Хотя в описании могут быть ссылки на «один из многих», «один» или «некоторые» варианты осуществления и/или пример(ы) в нескольких местах текста, это не обязательно означает, что каждая ссылка сделана на один и тот же вариант осуществления или пример, или что конкретная особенность применима только к одному варианту осуществления и/или примеру. Отдельные признаки различных вариантов осуществления и/или примеров также могут быть объединены для получения других вариантов осуществления и/или примеров.

Далее по тексту термины «амплитуда» и «мощность» (или «оптическая мощность» или «интенсивность») иногда используются в одном и том же контексте. Следует понимать, что мощность Р пропорциональна квадрату модуля комплексной амплитуды напряженности электрического поля Е, то есть Р ∝ |Е|².

Блоки оптической памяти и оптические запоминающие устройства, которые обсуждаются ниже, содержат множество лазеров. Варианты реализации не ограничены каким-либо конкретным типом или типами лазеров, если явно не указано иное. Например, любой из лазеров, обсуждаемых в связи с вариантами осуществления, может представлять собой лазеры одного или нескольких следующих типов: полупроводниковый лазер (например, поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL) или лазер краевого излучения), газовый лазер (например, HeNe-лазер), жидкостный лазер, твердотельный лазер (например, Nd:YAG-лазер), плазмонный лазер, рамановский лазер, лазер с химической накачкой, лазер с электрической накачкой, лазер с линейным резонатором (т.е. лазер с резонатором Фабри-Перо), кольцевой лазер, дисковый лазер и нанолазер, отличный от плазмонного лазера. Плазмонный лазер - это тип лазера, принцип действия которого состоит в ограничение света в объеме, меньшем длины волны, что намного ниже предела дифракции света Рэлея, путем сохранения части световой энергии посредством переноса в колебания электронов, называемых поверхностными плазмонными поляритонами. Из-за роли поверхностных плазменных возбуждений в их работе их иногда называют спазерами (SPASER - Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление поверхностных плазмонов посредством вынужденного излучения)).

На фиг. 5А, 5В и 6-8, которые подробно обсуждаются ниже, пунктирная линия используется для обозначения дополнительных функций, таких как дополнительный оптический вход или выход.

На фиг. 1А показан блок оптической памяти 100 согласно вариантам осуществления. Блок оптической памяти служит базовым строительным блоком оптической памяти. Таким образом, блок оптической памяти можно также назвать ячейкой оптической памяти. На фиг. 1В показана упрощенная блок-схема процесса записи данных в блок оптической памяти 100.

Блок оптической памяти 100 содержит первый лазер 101 («L1») и второй лазер 102 («L2»). Первый и второй лазеры 101, 102 могут быть, в частности, первым и вторым ведомыми лазерами. Ведомый лазер - это лазер, излучающий на оптической частоте, которая определяется внешним ведущим лазером (или затравочным лазером) посредством режима фазовой синхронизации. Обычно (но не всегда) ведущий лазер представляет собой малошумящий одномодовый лазер, а ведомый лазер представляет собой лазер высокой мощности (т.е. обеспечивающий более высокую мощность, по крайней мере, по сравнению с ведущим лазером). Частота свободных колебаний (или одна из свободных частот) ведомого лазера должна быть относительно близка к частоте ведущего лазера (т.е. в определенных заранее некоторых пределах относительно частоты ведущего лазера), чтобы обеспечить возможность для фазовой (или частотной) синхронизации. Частота свободных колебаний определяется как частота ведомого лазера, когда он используется без синхронизации. Фазовая синхронизация позволяет легче добиться низкого шума по сравнению с попыткой непосредственно получить мощный лазер с низким шумом.

Во время фазовой синхронизации частота и фаза ведомого лазера синхронизируются с частотой и фазой ведущего лазера, но амплитуда ведомого лазера остается неизменной. Выходной сигнал ведомого лазера с синхронизацией по фазе может быть выражен (по крайней мере приблизительно) следующим образом:

,

где х и у - комплексные амплитуды напряженностей входного электрического поля ведомого лазера от ведущего лазера, и выходного электрического поля ведомого лазера соответственно, р - безразмерный коэффициент усиления, определяемый свойствами конкретного ведомого лазера и (…)° обозначает операцию нормировки. Таким образом, ведомый лазер можно интерпретировать как выполняющий операцию нормировки во время фазовой синхронизации (или, по меньшей мере, приближение к операции нормировки) электрического поля, полученного от ведущего лазера.

В частности, первый ведомый лазер 101 выполнен с возможностью генерации первого лазерного пучка, имеющего первую частоту, при синхронизации с первым (внешним) инжекционным лазерным пучком 103, имеющим первую частоту. Другими словами, первый ведомый лазер 101 имеет одну частоту свободных колебаний, которая достаточно близка к указанной первой частоте, чтобы обеспечить фазовую синхронизацию на этой частоте. Фаза первого лазерного пучка также синхронизируется с фазой первого инжекционного лазерного пучка (фундаментальное свойство фазовой синхронизации). Как первый лазерный пучок, так и первый инжекционный лазерный пучок 103 могут иметь одинаковую (первую) поляризацию, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления. В других вариантах осуществления первый лазерный пучок и первый инжекционный лазерный пучок 103 не обязательно имеют одинаковую поляризацию (например, в вариантах осуществления на основе поляризации, обсуждаемых в связи с фиг. 10А и 10В). Первая частота может быть, в частности, оптической частотой, и/или первая поляризация может быть линейной поляризацией (или круговой, или эллиптической поляризацией). Первый инжекционный лазерный пучок 103 может генерироваться (первым) лазером (не показан на фиг. 1А). Указанный опорный ведущий лазер может быть или не быть частью блока оптической памяти. Как описано выше, в некоторых вариантах осуществления один опорный ведущий лазер может использоваться для одновременного управления несколькими блоками оптической памяти (т.е. множеством пар первого и второго ведомых лазеров).

Второй ведомый лазер 102 выполнен с возможностью генерации первого лазерного пучка, имеющего вторую частоту, при синхронизации со вторым (внешним) инжекционным лазерным пучком 104, имеющим первую частоту. Фаза второго лазерного пучка также синхронизируется с фазой второго инжекционного лазерного пучка (фундаментальное свойство фазовой синхронизации). Второй инжекционный лазерный пучок 104 может генерироваться упомянутым первым опорным ведущим лазером или вторым опорным ведущим лазером (не показан на фиг. 1А). В некоторых вариантах осуществления второй лазерный пучок и второй инжекционный лазерный пучок 104 также могут иметь указанную первую поляризацию. В других вариантах осуществления второй лазерный пучок и второй инжекционный лазерный пучок 104 не обязательно имеют одинаковую поляризацию (например, в вариантах осуществления на основе поляризации, обсуждаемых в связи с фиг. 10Аи 10В).

В некоторых вариантах осуществления второй ведомый лазер 102 может быть сконфигурирован для вывода второго лазерного пучка, имеющего первую частоту и вторую поляризацию, неортогональную первой поляризации, при фазовой синхронизации со вторым (внешним) инжекционным лазерным пучком 104, имеющим первую частоту и первую (или вторую) поляризацию. Другими словами, второй лазерный пучок имеет по меньшей мере один ненулевой компонент, соответствующий первой поляризации, чтобы обеспечить взаимодействие между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102.

В некоторых вариантах осуществления первый и второй ведомые лазеры 101, 102 могут быть лазерами одного и того же типа и/или одного производителя и/или одной и той же модели. Первый и второй ведомые лазеры 101, 102 могут иметь одинаковые (физические) свойства. Первый и второй ведомые лазеры 101, 102 могут работать в блоке оптической памяти симметричным образом (при условии симметричной инжекции).

Первый и второй ведомые лазеры 101, 102 выполнены с возможностью взаимной связи (при фазовой синхронизации). Другими словами, первый (выходной) лазерный пучок, генерируемый первым ведомым лазером 101, связан со вторым ведомым лазером 102, а второй (выходной) лазерный пучок, генерируемый вторым ведомым лазером 102, связан с первым ведомым лазером 101. Следует отметить, что хотя пучки, генерируемые первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102, показаны как два пространственно разделенных пучка для ясности представления, они могут по существу совпадать. Сила связи между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 может быть такой же, как сила связи между первым ведомым лазером 101 и первым опорным ведущим лазером и/или вторым ведомым лазером и первым опорным ведущим лазером или вторым ведомым лазером и вторым опорным ведущим лазером (в зависимости от того, чем управляется второй ведомый лазер).

Первый и второй ведомые лазеры 101, 102 могут быть взаимно связаны друг с другом во время фазовой синхронизации, так что электромагнитные поля внутри двух резонаторов первого и второго ведомых лазеров 101, 102 связаны так, что их фазы синхронизированы. То есть разность фаз не меняется. В некоторых альтернативных вариантах осуществления электромагнитные поля внутри двух резонаторов первого и второго ведомых лазеров 101, 102 связаны так, что разность фаз периодически меняется. Однако разность фаз не меняется хаотично, поскольку в этом случае первый и второй ведомые лазеры 101, 102 вообще не будут синхронизированы.

Взаимная связь может быть реализована множеством различных альтернативных способов, таких как связь в воздухе или в свободном пространстве (необязательно через линзы и/или другие оптические компоненты), связь через затухающие волны в волноводе, связь через многомодовый интерференционный фильтр или связь через небольшое пространство между двумя лазерными резонаторами, что позволяет затухающим полям внутри резонаторов взаимодействовать с лазером. В данной области техники также известно, что соседние лазерные среды могут иметь общие части внутрирезонаторных полей с соседним лазером. Некоторые примеры механизмов связывания обсуждаются более подробно в связи с фиг. 5А, 5В и 6-9.

Блок оптической памяти 100 сконфигурирован так, что оптический путь между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 соответствует фазовому сдвигу (ϕ), по существу равному π (т.е. 180°) на первой частоте (т.е. частоте фазовой синхронизации). В частности, указанный оптический путь может соответствовать (по существу) ϕ=π+2πn, где n может быть любым целым числом. Такая конфигурация может быть реализована множеством различных способов. В некоторых вариантах осуществления первый и второй ведомые лазеры 101, 102 могут быть просто расположены в блоке оптической памяти 100 на расстоянии, дающем указанный желаемый фазовый сдвиг. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере один (перестраиваемый) фазосдвигающий элемент (например, фазовращатель) может быть расположен на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 для обеспечения точного управления фазовым сдвигом ϕ (чтобы точно реализовать указанный фазовый сдвиг, по существу равный к для первой частоты). Путем изменения фазового сдвига, вызванного по меньшей мере одним настраиваемым фазосдвигающим элементом, можно изменить фазы первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 (и, таким образом изменять данные, хранящиеся в блоке оптической памяти). Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере один фазосдвигающий элемент может быть интегрирован в лазерный резонатор первого и/или второго ведомых лазеров 101, 102.

Далее работа блока оптической памяти 100 в качестве памяти на основе фазы кратко обсуждается со ссылкой на фиг.1 В. Более подробное описание одного примерного способа записи данных в блок оптической памяти 100 представлено в связи с фиг. 2А, 2В и 2С. В целом работа аналогична триггерной схеме, обычно используемой в электронике. В частности, ниже обсуждается работа блока оптической памяти на основе фазы (т.е. блока оптической памяти, где данные записываются в фазы первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102). Альтернативный вариант осуществления, описывающий блок оптической памяти на основе поляризации (т.е. блок оптической памяти, в котором данные записываются поляризациями первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102), обсуждается в связи с фиг. 10А и 10В и ранее.

Первый и второй инжекционные лазерные пучки 103, 104 в блоке 111 вводятся в первый и второй ведомые лазеры 101, 102 для фазовой синхронизации. Предпочтительно, чтобы первый и второй инжекционные лазерные пучки 103, 104 имели на соответствующих первом и втором ведомых лазерах 101, 102 (т.е. внутри их соответствующих резонаторов) равную амплитуду и фазу (при условии, что первый и второй ведомые лазеры имеют одинаковые или подобные физические свойства, что обычно так, но не всегда). Это позволяет поддерживать в блоке 111 одновременно одно из двух возможных устойчивых состояний блока оптической памяти 100. В частности, два устойчивых состояния содержат первое устойчивое состояние, связанное с первой парой фаз первого и второго ведомых лазеров 101, 102, и второе устойчивое состояние, связанное со второй парой фаз первого и второго ведомых лазеров 101, 102. Первая пара фаз первого и второго ведомых лазеров 101, 102 (т.е. первое устойчивое состояние) соответствует (+π/3, -π/3), и вторая пара фаз первого и второго ведомых лазеров 101, 102 (т.е. второе состояние состояния) соответствует (-π/3, +π/3). Другими словами, электрические поля, создаваемые первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102, имеют формы E₁=е^-iπ/3E_ref и Е₂=е^-iπ/33E_ref в первом устойчивом состоянии и формируют E₁=е^-iG/3E_ref и Е₂=e^iπ/3E_ref во втором устойчивом состоянии соответственно, где E_ref,1 и E_ref,2 - векторы напряженности электрического поля, находящиеся в одной фазе с первым и вторым инжекционными пучками 103, 104 соответственно, а Е_х и Е₂ представляют собой векторы напряженности электрического поля, генерируемые первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102. Таким образом, блок оптической памяти 100 можно назвать бистабильным.

Следует подчеркнуть, что наличие двух устойчивых состояний (+π/3, -π/3) и (+π/3, -π/3) блока оптической памяти 100 является фундаментальным физическим свойством блока оптической памяти 100, работающего симметричным образом в результате того, что фазовый сдвиг между взаимно связанными первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 по существу равен π и что амплитуды, фазы (а также поляризации, при условии, что на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 отсутствуют элементы, изменяющие поляризацию) первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102, равны (т.е. их выбор не является произвольным). Результат, заключающийся в том, что двумя устойчивыми состояниями являются, в частности, (+π/3, -π/3) и (+π/3, -π/3), может быть получен путем решения следующей системы уравнений, описывающей блок оптической памяти 100 на фиг. 1А для относительно E₁ и Е₂ для устойчивого состояния (при E_ref,1=E_ref,2=E_ref):

Здесь E₁, Е₂, E_ref,1 и E_ref,2 имеют фиксированную фазу (для простоты, но без ограничения общности предполагается, что здесь они установлены равными нулю) и одинаковую амплитуду. Таким образом, в указанных уравнениях неизвестны только фазы E₁ И Е₂ (относительно E_ref,1/E_ref,2).

С учетом вышесказанного, в некоторых вариантах осуществления блок оптической памяти 100 может не удовлетворять всем упомянутым условиям для бистабильной работы, по крайней мере, удовлетворять не в точности или не полностью, что приводит к несовершенной, но все же функциональной работе. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления первый и второй инжекционные лазерные пучки 103, 104 во время работы в устойчивом состоянии не обязательно могут иметь в соответствующих первом и втором ведомых лазерах 101, 102 одинаковую амплитуду и фазу, как описано выше, например, из-за различных физических свойств первого и второго ведомых лазеров 101, 102 или других асимметричных свойств в блоке оптической памяти 100. В общем случае, указанная фазовая синхронизация первого и второго ведомых лазеров 101, 102 с первым и вторым инжекционными лазерными пучками 103, 104 может обеспечить одновременное поддержание одного из двух устойчивых состояний блока оптической памяти, когда 1) фазы первого и второго инжекционных лазерных пучков синхронизированы друг с другом (т.е. > E_ref,1 и E_ref,2 имеют одинаковую фазу) и 2) амплитуды первого и второго инжекционных лазерных пучков 103, 104 выбираются так, что амплитуды первого и второго инжекционных лазерных пучков в первом и втором ведомых лазерах 101, 102 (т.е. внутри резонатора первого и второго ведомых лазеров 101, 102) соответственно равны амплитудам второго и первого лазерных в пучков первом и втором ведомых лазерах. Другими словами, при условии 2) амплитуда первого инжекционного лазерного пучка в первом ведомом лазере 101 должна быть равна амплитуде второго лазерного пучка (который генерируется вторым ведомым лазером 102) в первом ведомом лазере 101 (т.е. две амплитуды оцениваются в одной и той же точке), и, соответственно, амплитуда второго инжекционного лазерного пучка во втором ведомом лазере 102 должна быть равна амплитуде первого лазерного пучка (который генерируется первым ведомым лазером 101) во втором ведомом лазере 102. В таком случае переключение между двумя устойчивыми состояниями все еще возможно путем введения компонента возмущения по меньшей мере в один из лазеров - первого и второго инжекционных лазерных пучков во время работы в устойчивом состоянии, как обсуждалось выше. В общем случае, компонент возмущения может соответствовать возмущению по меньшей мере одного из параметров: амплитуды, фазы и поляризации.

Более того, следует отметить, что выше предполагалось, что фазы, генерируемые первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102, остаются синхронизированными относительно друг друга. Кроме того, состояние поляризации выходного пучка первого ведомого лазера 101 такое же, как и состояние поляризации выходного пучка второго ведомого лазера 102, когда второй лазерный пучок наблюдается с передней стороны первого ведомого лазера 101.

Память может быть «прочитана» путем измерения фаз выходных пучков первого и второго ведомых лазеров 101, 102 или фазы по меньшей мере одного из них. В некоторых вариантах осуществления на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 может быть предусмотрен по меньшей мере один оптический элемент, такой как светоделитель/сумматор пучков, для направления части первого и второго лазерного пучков, генерируемого первым и/или вторым ведомыми лазерами 101, 102 вдали от блока оптической памяти 100 и, таким образом, обеспечивают более легкое считывание памяти.

Переключение между двумя устойчивыми состояниями (т.е. операция записи) осуществляется путем введения или добавления в блоке 112 компонента возмущения (или, в равной степени, сигнала возмущения или лазерного пучка) по меньшей мере к одному из первого и второго инжекционных лазерных пучков 103, 104 (то есть, по меньшей мере, одному лазерному пучку для поддержания устойчивого состояния). Другими словами, лазерный пучок с возмущением амплитуды и фазы может быть объединен по меньшей мере с первым или вторым инжекционными лазерными пучками 103, 104 перед инжекцией в первый и/или второй ведомый лазер 101, 102. Здесь компонентом возмущения может быть, в частности, компонент возмущения амплитуды и фазы, хотя в других вариантах осуществления, как упомянуто выше, также могут использоваться и другие типы возмущений (см. также обсуждение в связи с фиг. 10А).

Компонент возмущения амплитуды и фазы может иметь определенную заранее заданную продолжительность. Компонентом амплитудного и фазового возмущения может быть, в частности, короткий лазерный пучок высокой интенсивности, генерируемый внешним (лазерным) источником. Пиковая мощность компонента возмущения амплитуды и фазы может быть (намного) выше, чем мощность первого и второго инжекционных пучков 103, 104 для поддержания устойчивого состояния. В общем случае, чем выше пиковая мощность компонента возмущения амплитуды и фазы, тем быстрее может быть завершена операция записи (хотя это все равно зависит от времени стабилизации лазера). Например, пиковая мощность компонента возмущения амплитуды и фазы может быть равна или превышать мощность первого и второго инжекционных пучков 103, 104 для поддержания устойчивого состояния в два раза, предпочтительно в три раза, еще более предпочтительно в пять раз.

Длительность компонента возмущения амплитуды и фазы может быть, по меньшей мере, больше, чем время стабилизации блока оптической памяти 100. Время стабилизации блока оптической памяти 100 в первую очередь зависит от свойств лазера и расстояния, которое свет должен пройти между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102. Если предположить, что полупроводниковые лазеры имеют время стабилизации примерно 1 не и расстояние между ними составляет несколько миллиметров, может быть полезно, например, создавать возмущение продолжительностью более нескольких (например, двух, трех или четырех) наносекунд (или более 10 не для большей надежности). Если используется какой-либо другой тип лазеров со значительно более длительным временем стабилизации или гораздо большее расстояние между лазерами, то время стабилизации, следовательно, будет больше.

В некоторых вариантах осуществления компонент возмущения амплитуды и фазы вводится как в первый, так и во второй инжекционные лазерные пучки 103, 104. В таких вариантах осуществления компонент возмущения амплитуды и фазы (или, в частности, связанное с ним электрическое поле), объединенный с первым или вторым инжекционными лазерными пучками 103, 104, может иметь комплексно-сопряженную форму относительно компонента возмущения амплитуды и фазы, объединенного с другим компонентом возмущения амплитуды и фазы первого и второго инжекционных лазерных пучков 103, 104 (т.е. знаки фаз электрических полей амплитудных и фазовых составляющих возмущения, вводимых в первый и второй ведомые лазеры 101, 102, могут быть противоположны друг другу). Этот вариант осуществления обеспечивает то преимущество, что память будет стабилизироваться быстрее и надежнее.

Первый ведомый лазер 101 может иметь первую частоту свободных колебаний, в то время как второй ведомый лазер 102 может также иметь упомянутую первую частоту свободных колебаний или вторую частоту свободных колебаний, отличную от первой частоты свободных колебаний. В общем случае, частота свободных колебаний определяется как частота, на которой обычно управляемый генератор (в данном случае ведомый лазер) работает в отсутствие возбуждающего сигнала (в данном случае лазерный пучок, генерируемый ведущим лазером). Первая и/или вторая частоты свободных колебаний могут по существу (или приблизительно) соответствовать первой частоте, используемой первым и/или вторым опорным ведущим лазером. В альтернативном варианте может существовать смещение между первой частотой и первой частотой свободных колебаний и/или между первой частотой и второй частотой свободных колебаний. В зависимости от параметров первого и второго ведомых лазеров 101, 102 могут быть определены различные области стабильной работы (т.е. диапазоны частот или диапазоны синхронизации). Первая и вторая частоты свободных колебаний могут быть выбраны специально для обеспечения работы в одной такой стабильной рабочей области.

В некоторых вариантах осуществления полоса частот первого и/или второго опорного ведущего лазера уже, чем полоса частот первого и/или второго ведомых лазеров 101, 102. В частности, если используются полупроводниковые ведомые лазеры (например, VCSEL), полоса частот такого полупроводникового лазера относительно широка, что добавляет шум к сигналу и, таким образом, потенциально усложняет последующие этапы обработки сигнала. Это можно частично устранить, используя опорный лазер с малой шириной линии, такой как диодный лазер с внешним резонатором, или какой-либо другой тип лазера с малой шириной линии (из известных в данной области техники).

В дополнение к элементам 101, 102, показанным на фиг.1А, блок оптической памяти 100 может содержать один или несколько дополнительных элементов. Например, блок оптической памяти 100 может содержать один или несколько оптических элементов для направления первого инжекционного лазерного пучка 103 к первому ведомому лазеру 101 и/или второго инжекционного лазерного пучка 104 ко второму ведомому лазеру 102 (и/или вывода первого и/или второго лазерных пучков из блока оптической памяти 100 для обеспечения возможности считывания данных блока оптической памяти 100, т.е. считывания фазы по меньшей мере из первого или второго лазерных пучков, как описано выше). Оптические элементы также могут называться оптическими компонентами. Указанные один или несколько оптических элементов могут содержать, например, один или несколько светоделителей/сумматоров, одно или несколько зеркал и/или одну или несколько собирающих линз. Для любого специалиста очевидно, что для реализации этого признака можно использовать множество различных наборов оптических элементов в различных конфигурациях и/или расположениях.

Дополнительно или альтернативно, один или несколько оптических элементов блока оптической памяти 100 могут содержать, например, один или несколько оптических элементов, выбранных из следующего:

- элементы управления поляризацией: контроллеры поляризации, поляризаторы, поляризационные светоделители, зеркала Фарадея, элементы управления фазой: фазовращатели, жидкокристаллические пространственные модуляторы, голографические элементы, элементы управления мощностью: оптические аттенюаторы, циркуляторы, оптические изоляторы, световые ловушки и терминаторы,

- элементы управления длиной волны: оптические фильтры (полосовые, режекторные и т.д.), дихроичные зеркала, дифракционные решетки,

- фокусирующие элементы: линзы, призмы,

- источники света: дополнительные лазеры,

- светопринимающие элементы: фотоприемники,

- световодные элементы: оптические волокна, оптические волноводные конструкции, зеркала.

В некоторых вариантах осуществления один или несколько оптических элементов сконфигурированы (и/или расположены) для формирования первого и второго инжекционных лазерных пучков 103, 104 из первого входного лазерного пучка блока оптической памяти 100. Этого можно достичь, например, с использованием светоделителя/сумматора пучков для разделения упомянутого первого входного лазерного пучка на первый и второй инжекционные лазерные пучки 103, 104 (которые впоследствии могут быть направлены на первый и второй ведомые лазеры 101, 102, возможно, с использованием одного или более дополнительных оптических элементов). Два примера этой конфигурации проиллюстрированы и обсуждаются в связи с фиг. 5А и 5В. В вариантах осуществления на основе волновода (см., например, фиг. 6 и 7) вместо светоделителя/сумматора может использоваться направленный ответвитель (или другое средство оптического соединения).

В некоторых вариантах осуществления один или более оптических элементов сконфигурированы (и/или расположены) дополнительно или альтернативно для направления по меньшей мере одного второго входного лазерного пучка блока оптической памяти 100, соответствующего по меньшей мере одному компоненту возмущения, к соответствующему по меньшей мере первому или второму ведомым лазерам 101, 102. В частности, указанный по меньшей мере один второй входной лазерный пучок может быть направлен таким образом, чтобы сложить его с первым и/или вторым инжекционным лазерным пучком 103, 104 (в устойчивом состоянии), исходящим по меньшей мере от одного опорного ведущего лазера (см., например, фиг. 5А и 5В). В таких вариантах осуществления указанный один или несколько оптических элементов могут содержать по меньшей мере один светоделитель/сумматор, расположенный на оптическом пути первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102, так, чтобы направлять указанный по меньшей мере один второй лазерный пучок в первый и/или второй ведомые лазеры 101, 102. Такой по меньшей мере один светоделитель/сумматор пучков может также одновременно обеспечивать вывод первого и второго лазерных пучков (или по меньшей мере одного из них) для считывания данных блока оптической памяти 100, как показано на фиг. 5А и 5В, которые обсуждаются ниже. В других вариантах осуществления блок оптической памяти может быть сконфигурирован для приема по меньшей мере одного лазерного пучка, непосредственно соответствующего комбинации лазерного пучка, исходящего от опорного ведущего лазера, и компонента возмущения.

Хотя в некоторых вариантах осуществления блок оптической памяти 100 может быть реализован, полностью полагаясь на передачу света в свободном пространстве (и, необязательно, на вышеупомянутый один или несколько оптических элементов), в других вариантах осуществления соединения между различными частями (например, первым и вторые ведомые лазеры 101, 102) блока оптической памяти 100 могут быть реализованы с использованием световодных элементов. Световодный элемент может содержать множество оптических волноводов, таких как оптические волокна, и, возможно, также один или несколько оптических компонентов, интегрированных в множество оптических элементов и/или соединенных между ними. Таким образом, блок оптической памяти 100 также может содержать один или несколько оптических волноводов. Некоторые примеры этих дополнительных элементов, а также их расположение и конфигурация внутри блока оптической памяти 100 обсуждаются в связи с примерными реализациями блока оптической памяти, показанными на фиг. 5А, 5В, 6, 7, 8 и 9.

В некоторых вариантах осуществления блок оптической памяти 100 может содержать по меньшей мере один опорный ведущий лазер для управления первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 (т.е. для вывода первого и второго инжекционных лазерных пучков 103, 104).

В некоторых вариантах осуществления предложена оптическая память, содержащая один или более блоков оптической памяти 100 (предпочтительно множество блоков оптической памяти 100) и по меньшей мере один опорный ведущий лазер для управления указанным одним или более блоками оптической памяти 100 (или указанным множеством блоков оптической памяти 100). Упомянутый по меньшей мере один опорный ведущий лазер может быть специально использован для генерации первого и второго инжекционных лазерных пучков для работы блока(ов) оптической памяти 100 в устойчивом состоянии (т.е. в любом из двух устойчивых состояний). Внешний компонент возмущения амплитуды и фазы (или сигнал, или пучок) может быть объединен с этим стационарным инжекционным лазерным пучком с использованием, например, светоделителя. Упомянутая внешняя составляющая амплитудного и фазового возмущения (или пучка) может возникать вне пределов оптической памяти. В некоторых вариантах осуществления указанный по меньшей мере один опорный ведущий лазер может быть изолирован от остальной части оптической памяти с помощью оптического изолятора для исключения связи с ним первого и/или второго лазерных пучков и/или внешнего пучка амплитудных и фазовых возмущений.

В некоторых альтернативных вариантах осуществления оптическая память может дополнительно содержать по меньшей мере один лазер возмущений для генерации пучка возмущений амплитуды и фазы, соответствующего компоненту возмущения амплитуды и фазы. В таких вариантах осуществления оптическая память может быть сконфигурирована таким образом, что амплитудная и фазовая составляющие возмущения вводятся в первый и второй инжекционные лазерные пучки в сопряженной по фазе форме относительно друг друга.

На фиг. 2А, 2В и 2С показан процесс записи данных в блок оптической памяти согласно вариантам осуществления. Упомянутый блок оптической памяти может соответствовать любому блоку оптической памяти согласно вариантам осуществления, обсуждаемым в связи с фиг. 1А (и/или обсуждаемым ниже). В частности, на фиг. 2А показан процесс в виде блок-схемы, на фиг. 2В схематически показаны мощность и фаза (или сдвиг фазы относительно устойчивого состояния работы) первого инжекционного лазерного пучка, используемого для возбуждения первого ведомого лазера блока оптической памяти во время указанного процесса как функция времени, а фиг. 2С схематически иллюстрирует комплексные напряженности нормированного электрического поля инжекционного лазерного пучка на комплексной плоскости во время указанного процесса. Следует отметить, что фаза на фиг. 2В (а также в других частях приложения) соответствует именно инвариантной во времени фазе или сдвигу фазы (относительно фазы электрического поля в устойчивом состоянии), а не мгновенной фазе напряженностей электрического или магнитного полей, которые постоянно меняются во времени и величина которых зависит от частоты. Другими словами, фаза соответствует постоянному слагаемому фазы ϕ, а не сумме ωt+ϕ, где ω - угловая частота, a t - время. Более того, окружность на фиг. 2С понимается как единичная окружность. Далее фиг. 2А, 2В и 2С обсуждаются параллельно, поскольку они описывают один и тот же процесс.

Следует подчеркнуть, что процесс записи данных, показанный на фигурах 2А, 2В и 2С, является только одним возможным примером процесса записи данных в блок оптической памяти. Для любого специалиста в данной области техники очевидно, что переключение между двумя устойчивыми состояниями может быть достигнуто множеством различных способов (т.е. манипулированием введенными лазерными пучками множеством различных способов).

Согласно фиг. 2А, блок оптической памяти первоначально работает в блоке 201 на фиг. 2А в первом устойчивом состоянии (которое может соответствовать любому из двух устойчивых состояний блока оптической памяти, описанных выше). Как описано выше, работа в первом устойчивом состоянии может включать в себя инжекцию первого ведомого лазера первым инжекционным лазерным пучком, имеющим амплитуду с первым значением амплитуды и фазу с одним первым значением фазы, а также инжекцию второго лазера с помощью второго инжекционного лазера пучком, имеющим амплитуду с указанным первым значением амплитуды и фазу с указанным первым значением фазы. Первый и второй инжекционные лазерные пучки также имеют одинаковую (линейную) поляризацию.

Согласно фиг. 2В, работа в первом устойчивом состоянии, обозначенном временным интервалом 201, связана с определенным постоянным уровнем мощности и постоянной фазой (выбранной в этом конкретном примере так, чтобы она соответствовала нулю). Применительно к фиг. 2С, это означает, что точка (комплексное число) 201, соответствующая первому устойчивому состоянию на комплексной плоскости, имеет определенную положительную действительную часть и нулевую мнимую часть. Следует отметить, что единичная окружность на фиг. 2С, где также находится точка 201, определена специально так, чтобы соответствовать амплитуде устойчивого состояния (то есть конкретно соответствовать амплитуде внешней инжекции при работе в устойчивом состоянии).

Фактический процесс записи данных может быть инициирован путем стирания в блоке 202 на фиг. 2А блока оптической памяти путем увеличения амплитуды первого инжекционного лазерного пучка до соответствия второму значению амплитуды. Амплитуда первого инжекционного лазерного пучка на практике может быть увеличена путем добавления компонента возмущения амплитуды и фазы или, по меньшей мере, первой части компонента возмущения амплитуды и фазы к первому пучку инжекционного лазера, как описано выше. Упомянутое стирание в блоке 202 заставляет блок оптической памяти выйти из первого устойчивого состояния. Вторая амплитуда может быть, например, равна или больше первой амплитуды, умноженной на два, предпочтительно на три, еще более предпочтительно на четыре.

Увеличение амплитуды может представлять собой, в частности, ступенчатое увеличение, т.е. увеличение, подобное применению ступенчатой функции (а не плавное непрерывное увеличение в течение определенного времени). Это проиллюстрировано на фигурах 2В и 2С в связи с временным интервалом 202 и точкой 202. Согласно фиг. 2В, мощность увеличивается до второго уровня мощности ступенчато и поддерживается на указанном втором уровне мощности в течение второго временного интервала 202, пока фаза не изменяется. Аналогично, на фиг. 2С действительная часть комплексной величины электрического поля увеличивается при переходе отточки 201 (стационарного состояния) к возмущенному состоянию по стрелке 202. В других вариантах увеличение амплитуды может осуществляться в течение определенного интервала времени определенной предопределенной длины непрерывным образом.

Как только блок оптической памяти выводится из первого устойчивого состояния, оптическая память переключается в блоке 203 на фиг. 2А во второе устойчивое состояние путем применения первого фазового сдвига к первому инжекционному лазерному пучку при одновременном уменьшении указанной амплитуды первого инжекционного лазерного пучка до первой амплитуды. Другими словами, данные (т.е. значение бита) записываются в блок оптической памяти в блоке 203. Первый фазовый сдвиг может представлять собой, в частности, фазовый сдвиг π/3. В некоторых более общих вариантах осуществления первый фазовый сдвиг может быть выбран так, чтобы он находился в пределах определенного заранее заданного диапазона, содержащего π/3, и определялся так, чтобы быть достаточно близким к π/3, чтобы блок оптической памяти стабилизировался в рабочей точке π/3 во время периода охлаждения (например, от π/3 до π/2 или от π/6 до π/2). Изменение амплитуды и фазы первого инжекционного лазерного пучка в блоке 203 на практике может быть вызвано второй частью компонента возмущения амплитуды и фазы, добавленного к первому инжекционному лазерному пучку, как описано выше. Вышеупомянутое изменение амплитуды и фазы отражено в элементах 203 на фигурах 2В и 2С. В частности, фигуры 2В и 2С иллюстрируют пример, в котором изменение амплитуды и фазы осуществляется в течение первого временного интервала первой предопределенной длины непрерывным образом (в других вариантах осуществления это изменение может быть, например, ступенчатым). А именно, мощность снижается, а фаза увеличивается непрерывным образом во время этапа 203 «Запись» (т.е. первого предопределенного временного интервала, упомянутого выше), проиллюстрированного на фиг. 2В. На фиг. 2С стрелкой 203 показано, как комплексное значение электрического поля перемещается обратно к единичному кругу (т.е. обратно к амплитуде, связанной с устойчивым состоянием).

Наконец, блок оптической памяти «уравновешивается» в блоке 204 на фиг. 2А путем применения второго фазового сдвига к первому инжекционному лазерному пучку. Второй фазовый сдвиг является противоположным фазовым сдвигом по сравнению с первым фазовым сдвигом. Например, если первый фазовый сдвиг был выбран равным π/3, второй фазовый сдвиг, таким образом, может быть в этом примере фазовым сдвигом -π/3. Изменение фазы первого инжекционного лазерного пучка в блоке 204 на практике может быть вызвано третьей частью компонента возмущения амплитуды и фазы, добавленной к первому инжекционному лазерному пучку, как описано выше. В частности, фигуры 2В и 2С иллюстрируют пример, в котором изменение амплитуды и фазы осуществляется в течение второго временного интервала второй предопределенной длины непрерывным образом (в других вариантах осуществления это изменение может быть, например, ступенчатым).

Первая и вторая заранее заданные длины первого и второго временных интервалов могут быть равными. Это также тот случай, который изображен на фиг. 2С. А именно, на фиг. 2В во время этапа 204 «Уравновешивание» (т.е. второго предварительно определенного временного интервала, упомянутого выше), мощность не изменяется, но фаза сдвигается непрерывным образом, чтобы вернуть ее обратно к исходной фазе устойчивого состояния (т.е. ноль). Возврат к устойчивому состоянию (хотя и к другому из двух устойчивых состояний) лучше всего иллюстрируется на фиг. 2С, где комплексное значение электрического поля возвращается обратно в исходную точку 201, как указано стрелкой 204.

Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления точная форма инжектируемого лазерного пучка (т.е. его амплитуда и/или фаза и их изменение во времени) во время переключения из одного устойчивого состояния в другое может отличаться от показанной на фиг. 2В. Например, фаза не обязательно может сдвигаться линейно на этапах записи/уравновешивания 203, 204 и/или амплитуда не может сдвигаться линейно на этапе записи 203.

Следует также отметить, что когда блок оптической памяти используется в первый раз после включения, блок оптической памяти может находиться в неопределенном, колебательном или хаотическом состоянии, несмотря на внешнее воздействие (не показано на фиг. 2А, 2В и 2С). В таком случае устойчивого состояния можно также достичь путем воздействия сигналом возмущения амплитуды и фазы. Как описано выше, более быстрая и более надежная стабилизация памяти может быть обеспечена путем введения компонента возмущения амплитуды и фазы как в первый, так и во второй инжекционные лазерные пучки в сопряженных по фазе формах относительно друг друга. На фиг. 3 с использованием блок-схемы, аналогичной фиг. 2А, показан процесс согласно вариантам осуществления записи данных в блок оптической памяти согласно такой альтернативной схеме.

Основной принцип работы блока оптической памяти, схематически проиллюстрированный и обсужденный в связи с фиг. 2В и 2С, применим после необходимых изменений также и к процессу, показанному на фиг. 3, хотя очевидно, что в этом случае более быстрая и надежная стабилизация памяти возможна, и временные интервалы, связанные с блоками 302, 304, могут быть уменьшены по сравнению с временными интервалами, связанными с элементами 203, 204 на фиг. 2В и 2С. Более того, фигуры 2В и 2С могут конкретно соответствовать первому или второму инжекционным лазерным пучкам. Другой из первого и второго инжекционных лазерных пучков может соответствовать фиг. 2В, но с обратным знаком фазы (умноженной на -1), и фиг. 2С, но с обратным знаком мнимой части.

Первоначально блок оптической памяти работает в блоке 301 в первом устойчивом состоянии. Блок 301 может полностью соответствовать блоку 201 на фиг. 2А.

Затем блок оптической памяти стирается в блоке 302 путем увеличения амплитуды первого инжекционного лазерного пучка, а также амплитуды второго инжекционного лазерного пучка для соответствия второй амплитуде. Стирание в блоке 302 заставляет блок оптической памяти выходить из первого устойчивого состояния.

Оптическая память переключается в блоке 303 (из возмущенного состояния) во второе устойчивое состояние путем непрерывного воздействия в течение первого интервала времени первой заданной длины первого фазового сдвига на первый инжекционный лазерный пучок при одновременном уменьшении указанной амплитуды первого инжекционного лазерного пучка до первой амплитуды и воздействия в течение первого интервала времени первой предопределенной длины также непрерывным образом второго фазового сдвига на второй инжекционный лазерный пучок с одновременным уменьшением указанной амплитуды второго инжекционного лазерного пучка до первой амплитуды. Второй фазовый сдвиг может быть, в частности, фазовым сдвигом, противоположным первому фазовому сдвигу. А именно, если первый фазовый сдвиг представляет собой фазовый сдвиг π/3, второй фазовый сдвиг представляет собой фазовый сдвиг -π/3 и наоборот.

Блок оптической памяти уравновешивается в блоке 304 путем непрерывного воздействия в течение второго интервала времени второй предопределенной длины второго фазового сдвига к первому инжекционному лазерному пучку и первого фазового сдвига ко второму инжекционному лазерному пучку. Таким образом, фазы как первого, так и второго инжекционных лазерных пучков возвращаются в фазы устойчивого состояния.

В некоторых вариантах осуществления процесс, показанный на фиг. 2А, 2В и 2С или на фиг. 3, может дополнительно включать этап считывания данных из блока оптической памяти путем измерения фазы по меньшей мере первого или второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами. Этот шаг может предшествовать шагам, показанным на фиг. 2А или 3, и/или следовать за ними.

На фигуре 4 показаны примерные результаты моделирования процесса, показанного на фигуре 3, для блока оптической памяти, показанного на фигуре 1А. В частности, на фиг. 4 показан входной сигнал с точки зрения мощности и фазы для первого или второго инжекционных лазерных пучков (верхний рисунок), для первого лазерного пучка (т.е. выходного сигнала) первого ведомого лазера (средний рисунок) и для второй лазерный пучок (т.е. выходной сигнал) второго ведомого лазера (нижний рисунок). График мощности нормирован на предопределенное значение (конкретная мощность не имеет значения для дальнейшего обсуждения), а график фазы дан в радианах. Результаты моделирования, показанные на фиг. 4, были рассчитаны с использованием уравнений (2), (3), (4) и (5), представленных и описанных в дополнительной информации журнальной публикации von Lerber, Т., Lassas, М., Lyubopytov, V.S. et al. «АН-optical majority gate based on an injection-locked laser». SciRep 9,14576 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-51025-у». Результаты моделирования, показанные на фиг. 4, соответствуют параметрам, определенным в таблице ниже.

Что касается таблицы, следует особо отметить, что в этой модели система упрощена так, что 1) фактор уширения спектральной линии а равен нулю, 2) первый и второй ведомые лазеры L1 и L2 имеют одинаковую частоту свободных колебаний и 3) внешняя оптическая инжекция происходит точно на частоте свободных колебаний обоих лазеров. В практических реализациях одно или несколько из упомянутых трех упрощений могут быть несправедливы.

В случае, показанном на фиг. 4, возмущение высокой интенсивности вводится в первый ведомый лазер L1 и с противоположным знаком во второй ведомый лазер L2. На фиг. 4 показаны те же четыре этапа, которые схематически были проиллюстрированы также на фиг. 2В (а именно: «Стирание», «Запись», «Уравновешивание» и «Хранение»). Перед этапом стирания блок оптической памяти работает в устойчивом состоянии с фазами первого и второго ведомых лазеров (L1 и L2), соответствующими π/3 и -π/3. Затем, на этапе стирания, память оказывается нестабилизированной (см. пунктирную фазовую кривую L1 и L2, опускающуюся до нуля). Затем следуют этапы записи и последующего уравновешивания.

При значениях параметров моделирования, показанных в таблице выше, стабильная синхронизация может быть достигнута, хотя частоты свободных колебаний первого и второго ведомых лазеров L1 и L2 отличаются от опорной частоты света примерно до ±0,9 ГГц, что является областью стабильной синхронизации блока оптической памяти. Очевидно, что блок оптической памяти должен работать в области уверенного захвата для синхронизации, чтобы он мог функционировать в качестве памяти согласно вариантам осуществления. Другими словами, блок оптической памяти должен работать в моделируемом сценарии так, чтобы разница между частотами ведущего и ведомого (свободного) лазера составляла 0,9 ГГц или меньше. Используя параметры моделирования, перечисленные в таблице выше, но варьируя фактор уширения спектральной линии, можно получить некоторые дополнительные точки стабильной работы, приведенные в таблице ниже. Как видно, по крайней мере в текущей модели с перечисленными параметрами диапазон синхронизации сужается с увеличением фактора уширения спектральной линии.

Очевидно, что значения, приведенные в приведенной выше таблице, следует рассматривать только как примерные. Предполагается, что при использовании какого-либо другого набора характеристических параметров лазера или реальных физических лазеров с подходящими характеристиками диапазон синхронизации потенциально может быть дополнительно увеличен по сравнению с диапазонами синхронизации, указанными в таблице.

Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления первый и второй ведомые лазеры могут работать на несколько разных частотах. Такой выбор рабочих частот может рассматриваться как преимущество с точки зрения стабильности в некоторых случаях.

На фиг. 5А показана одна возможная детальная реализация блока оптической памяти, показанного на фиг. 1А. Определения, представленные в связи с фиг. 1А, применимы также к этому более подробному варианту осуществления (если явно не указано иное).

Согласно фиг. 5А, блок оптической памяти содержит (аналогично фиг. 1А) первый ведомый лазер 501 и второй ведомый лазер 502, которые взаимно связаны, как указано стрелками, направленными влево и вправо, в пучке, соединяющем первый и второй ведомые лазеры 501, 502. Чтобы гарантировать, что фазовый сдвиг между первым и вторым ведомыми лазерами равен к, на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами 501, 502 размещается фазосдвигающий элемент 504 (например, фазовращатель).

Кроме того, блок оптической памяти содержит опорный ведущий лазер 503, используемый для инжекции первого и второго ведомых лазеров 501, 502, чтобы обеспечить фазовую синхронизацию (и, таким образом, устойчивую работу блока оптической памяти). Опорный ведущий лазер 503 изолирован от других элементов блока оптической памяти с помощью оптического изолятора 505. Оптический изолятор 505 позволяет свету проходить (по существу) только в одном направлении (то есть только от опорного ведущего лазера 503, но не к опорному ведущему лазеру 503, как указано стрелкой на элементе оптического изолятора 505).

В некоторых вариантах осуществления опорный ведущий лазер 503 может не входить в состав блока оптической памяти (т.е. он может быть внешним по отношению к нему и потенциально совместно использоваться несколькими блоками оптической памяти).

В проиллюстрированном варианте реализации выходной пучок ведущего опорного лазера 503 направляется к первому и второму ведомым лазерам 501, 502 для фазовой синхронизации с использованием первого, второго и третьего элементов 506, 507, 508 светоделителя/сумматора пучков. Каждый из элементов 506, 507, 508 способен действовать как светоделитель, когда один входной пучок принимается элементами 506, 507, 508, и как сумматор, когда два входных пучка принимаются элементами 506, 507, 508. В частности, выходной пучок ведущего опорного лазера 503 сначала разделяется на два пучка в третьем элементе 508 светоделителя/сумматора пучков, где упомянутые два пучка предназначены для первого и второго ведомых лазеров 501, 502 соответственно. Каждый из упомянутых двух пучков, генерируемых первым элементом 508 светоделителя/сумматора пучков, снова разделяется еще на два пучка в первом и втором элементах 506, 507 светоделителя/сумматора пучков. Один из пучков, выводимых первым элементом 506 светоделителя/сумматора пучков, направляется на первый ведомый лазер 501, в то время как один из пучков, выводимых вторыми элементами 507 светоделителя/сумматора пучков, направляется на второй ведомый лазер 502.

Следует отметить, что на фиг. 5А показаны только выходные пучки элементов 506, 507, 508 светоделителя/сумматора, которые имеют или могут иметь отношение к работе блока оптической памяти. Аналогично, стрелки показывают только желаемые направления пучков (а не, например, направления пучков, не имеющие отношения к работе блока оптической памяти или не связанные с пучками, которые должны быть ограничены оптическим изолятором 505).

Первый, второй и третий элементы 506, 507, 508 светоделителя/сумматора пучков могут, в частности, иметь коэффициент деления 50/50, то есть мощность может быть разделена поровну между двумя выходными пучками (хотя также может использоваться другой коэффициент деления).

Оптический путь от третьего элемента 508 светоделителя/сумматора пучка до первого ведомого лазера 501 может быть (по существу) такой же, как оптический путь от третьего элемента 508 светоделителя/сумматора пучка до второго ведомого лазера 502. «По существу такой же» может означать здесь, в частности, достаточно близко относительно заданного времени когерентности опорного источника света.

Первый и второй элементы 506, 507 светоделителя/сумматора пучка также служат для введения или добавления компонента или пучка амплитудных и фазовых возмущений к первому и/или второму инжекционному лазерному пучку. В частности, на фигуре 5 показано, что второй элемент 507 светоделителя/сумматора пучка принимает первый лазерный пучок с возмущением амплитуды и фазы (или, что то же самое, первый записывающий лазер, WL1), в то время как первый светоделитель/сумматор пучка 506 может необязательно принимать второй лазерный пучок с возмущениями амплитуды и фазы (или, что то же самое, второй записывающий лазер, WL2). Часть первого лазерного пучка с возмущениями амплитуды и фазы направляется вторым светоделителем/объединителем 507 пучка на первый ведомый лазер 501, в то время как часть второго лазерного пучка с возмущениями амплитуды и фазы (если таковой существует) направляется первым светоделителем/сумматором 506 на второй ведомый лазер 502. Предполагается, что первый лазерный пучок с возмущениями амплитуды и фазы ориентирован таким образом, что он эффективно суммируется с первым инжекционным лазерным пучком во втором элементе 507 светоделителя/сумматора пучка. То же самое применимо, с необходимыми изменениями, для второго лазерного пучка с возмущениями амплитуды и фазы, второго инжекционного лазерного пучка и первого элемента 506 светоделителя/сумматора пучка. Первый и второй лазерные пучки с возмущением амплитуды и фазы могут инжектироваться в первый и второй ведомые лазеры в сопряженных фазах относительно друг друга, как обсуждалось в связи с вышеприведенными вариантами осуществления.

Наконец, следует отметить, что первый и второй элементы 506, 507 светоделителей/сумматоров пучка могут быть расположены так, что первый и второй лазерные пучки, генерируемые первым и вторым ведомыми лазерами 501, 502, могут проходить через них (хотя их амплитуда уменьшается в соответствии с коэффициентом деления соответствующего элемента 506, 507 светоделителей/сумматоров).

В некоторых вариантах осуществления блок оптической памяти может содержать один или несколько оптических элементов, не показанных на фиг. 5А, например, по меньшей мере, одну собирающую линзу.

Для любого специалиста очевидно, что различные конфигурации и расположения оптических элементов могут использоваться для достижения одной и той же цели - направления выходного пучка ведущего опорного лазера 503 к первому и второму ведомым лазерам 501, 502 для достижения синхронизации и суммирования лазерного пучка с возмущением амплитуды и фазы по меньшей мере с одним из инжекционных лазерных пучков без нарушения взаимной связи между первым и вторым ведомыми лазерами 501, 502. Блок оптической памяти, показанный на фиг. 5В, представляет собой альтернативу блоку оптической памяти, показанному на фиг. 5А, в отношении средств, используемых для достижения указанной цели. В частности, в то время как в блоке оптической памяти на фиг.5А используются три элемента 506, 507, 508 светоделителей/сумматоров, в блоке оптической памяти на фиг. 5В используются три элемента 511, 512, 516 светоделителей/сумматоров, а также четыре непрозрачных отражающих элемента 513, 514, 515, 517 (т.е. зеркала) с той же целью. Принцип работы блока оптической памяти по-прежнему в основном тот же, и, таким образом, обсуждение, приведенное в связи с фиг. 5А, применимо с соответствующими изменениями также и к фиг. 5В. Отличается лишь расположение и расположение некоторых элементов из-за введения отражающих элементов 513, 514, 515, 517. Отражающие элементы 513, 514, 515, 517 служат только для соединения выходов элементов 511, 512, 516 светоделителей/сумматоров с другими светоделителями/элементами 511, 512, 516. Конфигурация, показанная на фиг. 5В, может быть полезной в некоторых случаях, например, с точки зрения механической компоновки.

На фиг. 6 показана еще одна детальная реализация блока оптической памяти, показанного на фиг. 1А. Определения, представленные в связи с фиг. 1А, применимы также к этому более подробному варианту осуществления (если явно не указано иное). В частности, фиг. 6 соответствует реализации интегральной оптической схемы, аналогу реализации неинтегрированной оптики (т.е. оптики свободного пространства), показанной на фигуре 5А. В частности, элементы с 601 по 608 на фиг. 6 соответствуют элементам интегральной оптики, аналогичным элементам с 501 по 508 на фиг. 5А соответственно. Указанные элементы 501-508 интегральной оптики соединены друг с другом с использованием оптических волокон 609, а не по воздуху. В других вариантах осуществления вместо оптических волокон или в дополнение к ним могут использоваться другие оптические волноводы (например, плоские волноводы, канальные волноводы и/или гибридные плазмонные волноводы). Обсуждение принципа работы блока оптической памяти, приведенное в связи с фиг. 5А, применимо, с соответствующими изменениями, также и к фиг. 6 и, таким образом, обсуждается ниже лишь кратко.

Согласно фиг. 6, блок оптической памяти содержит первый и второй ведомые лазеры 601, 602 и опорный ведущий лазер, управляющий упомянутыми первым и вторым ведомыми лазерами 601, 602, аналогично вышеописанным вариантам осуществления. Лазеры 601, 602, 603 могут содержать, как показано на фиг. 6, одну частично отражающую стенку (обращенную в направлении распространения) и одну (хорошо) отражающую стенку, противопоставленную частично отражающей стенке. Отражающая стенка отражает существенно лучше, чем частично отражающая стенка. Блок оптической памяти содержит фазосдвигающий элемент 604, который может соответствовать распределенному фазосдвигающему элементу (т.е. участку оптического волокна или другого оптического волновода) или дискретному (настраиваемому) фазовращателю. Блок оптической памяти также содержит элементы 606, 607, 608, соответствующие элементу светоделителя/сумматора, как описано в связи с вышеприведенными вариантами реализации оптики свободного пространства. Здесь элементы 606, 607, 608 могут быть конкретно интегрированными оптическими направленными ответвителями. По меньшей мере, некоторые из интегрированных оптических направленных ответвителей могут иметь разные коэффициенты деления. Например, интегрированный оптический направленный ответвитель 608 может иметь коэффициент деления 50/50, тогда как интегрированные оптические направленные ответвители 606, 607 могут иметь неравный коэффициент деления, например 90/10 или 99/1. Сигнал записи (т.е. сигнал возмущения амплитуды и фазы) может быть принят, а сигнал считывания передан через неподключенные порты интегрированных оптических направленных ответвителей 606, 607 (т.е. аналогично фиг. 5А и 5В). Альтернативно, сигнал записи может быть принят, а сигнал считывания передан через частично отражающее зеркало задней стенки первого ведомого лазера 601 и/или второго ведомого лазера 602.

В общем случае, фазы на двух выходах светоделителя 608 могут не быть одинаковыми. Чтобы смягчить эту разницу/асимметрию в фазовых сдвигах, а также частично устранить любую возможную асимметрию между двумя секциями оптического волокна и/или волновода, между элементами 608 и 606 и между элементами 608 и 607, могут использоваться два (настраиваемых) фазосдвигающих элемента, которые могут быть интегрированы в указанные две секции оптического волокна и/или волновода соответственно. Таким образом, можно гарантировать, что фазы сигналов, подаваемых в первый и второй ведомые лазеры 601, 602, являются подходящими. Подобная регулировка может быть применена и в других вариантах осуществления, и особенно, с соответствующими изменениями, в связи с любым из вариантов осуществления из показанных на фиг. 5А и 5В.

В некоторых вариантах осуществления направленный ответвитель 608 может быть заменен оптическим устройством для модуляции сигнала или, в частности, для генерации компонента амплитудного и фазового возмущения.

На фиг. 7 показана еще одна детальная реализация блока оптической памяти, показанного на фиг. 1А, с использованием интегрированной оптики. Определения, представленные в связи с фиг. 1А, применимы также к этому более подробному варианту осуществления (если явно не указано иное).

Согласно на фиг. 7, блок оптической памяти содержит, как и в приведенных выше вариантах осуществления, первый ведомый лазер 701, второй ведомый лазер 702 и опорный ведущий лазер 703, управляющий упомянутыми первым и вторым ведомыми лазерами 701, 702.

Опорный ведущий лазер 703 может быть, в частности, локальным опорным лазером, который сконфигурирован для приема внешнего глобального опорного сигнала или пучка, то есть он сконфигурирован для затравки от глобального опорного сигнала. Локальный опорный ведущий лазер 703 содержит усиливающую среду 707 (например, полупроводниковый материал) и петлевое (волноводное) зеркало 708, которые связаны вместе через оптический волновод (и направленный ответвитель 704). Усиливающая среда содержит частично отражающее заднее зеркало для частичного приема глобального опорного сигнала и частичного отражения любых сигналов, полученных от интегрального оптического направленного ответвителя 704 и/или волноводного петлевого зеркала 708 (и без переднего зеркала).

Волноводное петлевое зеркало 708 содержит интегрированный оптический направленный ответвитель 709 и петлю 710, образованную оптическим волноводом (например, оптическим волокном, планарным волноводом, канальным волноводом или гибридным плазмонным волноводом). Один из портов интегрированного оптического направленного ответвителя волноводного петлевого зеркала 708 связан с интегрированным оптическим направленным ответвителем 704 (и, таким образом, с усиливающей средой 707 и первым и вторым ведомыми лазерами 701, 702), в то время как два других порта интегрированного оптического направленного ответвителя волноводного петлевого зеркала 708 связаны с двумя концами волноводной петли 710. Следовательно, любой сигнал, подаваемый в контур 710, будет частично передаваться на плечо, передающее его по часовой стрелке, и частично на плечо, передающее его против часовой стрелки. Оба упомянутых распространяющихся пучка снова соединяются в направленном ответвителе 709, где они взаимно гасятся в результате интерференции. Следовательно, направленный ответвитель 709 петлевого зеркала 708 не передает оптическую мощность, и свет эффективно отражается обратно, подобно отражению от зеркала. Один из портов 711 интегрированного оптического направленного ответвителя волноводного петлевого зеркала 708 не используется блоком оптической памяти, по крайней мере, если направленный ответвитель 709, связанный с петлевым зеркалом 708, делит мощность равномерно, т.е. обеспечивает коэффициент деления 50/50. Если направленный ответвитель 709 имеет какой-то другой коэффициент деления, например 51/49, отражение становится частичным в петлевом зеркале 708, и можно использовать один 711 из портов интегрированного оптического направленного ответвителя 709 волноводного петлевого зеркала 708 для контроля работы локального опорного лазера 703 блока оптической памяти.

Расширенный локальный резонатор опорного лазера формируется между волноводным петлевым зеркалом 708 и концевым зеркалом усиливающей среды 707. Этот расширенный резонатор пропускает свет через интегрированный оптический направленный ответвитель 704 и (перестраиваемые) фазосдвигающие элементы 705, 706 в первый и второй ведомые лазеры 701, 702 соответственно, и, таким образом, становится возможной фазовая синхронизация с помощью локального опорного ведущего лазера. (Перестраиваемые) фазосдвигающие элементы 705, 706 используются, как и в приведенных выше вариантах осуществления, для обеспечения фазового сдвига к между первым и вторым ведомыми лазерами 701, 702.

В то время как сигнал записи (т.е. сигнал возмущения амплитуды и фазы) был принят, а сигнал считывания передан через неподключенный порт интегрированных оптических направленных ответвителей 606, 607 в варианте осуществления, показанном на фиг. 6 (т.е. аналогичным образом с фиг. 5А и 5В), в варианте осуществления, показанном на фиг. 7, сигнал записи принимается, а сигнал считывания передается непосредственно через первый и второй ведомые лазеры 701, 702. Чтобы реализовать эту функцию, первый и второй ведомые лазеры 701, 702 содержат частично отражающие переднюю и заднюю стенки (или зеркала).

На фиг. 8 показана еще одна детальная реализация блока оптической памяти, показанного на фиг.1А, с использованием интегрированной оптики. Определения, представленные в связи с фиг. 1А, применимы также к этому более подробному варианту осуществления (если явно не указано иное). В частности, фиг. 8 соответствует блоку оптической памяти, реализованному с использованием волноводных лазеров в качестве первого и второго ведомых лазеров. Как и в вышеописанных вариантах осуществления, оптические волноводы, используемые в этом варианте осуществления, могут представлять собой оптические волокна, плоские волноводы, канальные волноводы и/или гибридные плазмонные волноводы.

Согласно фиг. 8, первый ведомый лазер содержит первую секцию оптического волновода 801 со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой, первую усиливающую среду 803, вторую секцию оптического волновода 805 (возможно, без зеркал с брэгговской решеткой) и третью секцию оптического волновода 807 со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой. Аналогично, второй ведомый лазер содержит первую секцию оптического волновода 802 со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой, первую усиливающую среду 804, вторую секцию оптического волновода 806 (возможно, без зеркал с брэгговской решеткой) и третью секцию оптического волновода 808 со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой.

Зеркала с брэгговской решеткой (встроенные в первую и третью секции 801, 802, 807, 808 оптического волновода) в равной степени могут называться волоконной брэгговской решеткой применительно к оптическим волокнам, хотя та же идея может быть применена и к другим оптическим волноводам. Волоконная брэгговская решетка - это тип распределенного брэгговского отражателя, построенного в сегменте оптического волновода (например, оптического волокна), который отражает определенные длины волн света и пропускает все остальные. Это достигается за счет создания периодического изменения показателя преломления сердцевины волокна. Таким образом, создается диэлектрическое зеркало для определенной длины волны. Следовательно, волоконную брэгговскую решетку можно использовать в качестве линейного оптического фильтра для подавления определенных длин волн или в качестве отражателя, чувствительного к длине волны.

На фиг. 8 лазерные резонаторы первого и второго ведомых лазеров созданы специально между парами зеркал с брэгговской решеткой, встроенных или смонтированных в секции первого и второго оптических волноводов 801, 807 и 802, 808 соответствующих ведомых лазеров. Секции второго оптического волновода 805, 806 первого и второго ведомых лазеров составляют часть соответствующих лазерных резонаторов. Как показано на фиг. 8, две секции оптического волновода 805, 806 содержат две соответствующие изогнутые части и между ними две соответствующие (по существу прямые) части, которые находятся в непосредственной близости друг от друга. Например, расстояние может быть по меньшей мере меньше рабочей длины волны. Расстояние должно быть таким, чтобы обеспечить связь одного лазерного резонатора с другим посредством затухающих полей (т.е. взаимную связь между первым и вторым ведомыми лазерами 801, 802). В общем случае, затухающее поле определяется как переменное электрическое и/или магнитное поля, которые не распространяются как электромагнитная волна, но энергия которых пространственно сконцентрирована вблизи источника (колеблющиеся заряды и токи). Амплитуда затухающей волны экспоненциально уменьшается с расстоянием при удалении от источника (например, сегмента волновода), поэтому важное значение имеет близкое расстояние между (по существу прямыми) частями двух секций 805, 806 оптического волновода. Путем управления свойствами близкорасположенных участков оптического волновода (например, по меньшей мере, длиной расположенных близко друг к другу участков оптического волновода) можно регулировать фазовый сдвиг и силу связи (или эффективность связи) между первым и вторым ведомым лазером. В частности, указанные свойства могут быть выбраны так, чтобы достичь фазового сдвига к для определенного желаемого диапазона частот, аналогично тому, как описано в связи с другими вариантами осуществления.

(Опорный) сигнал инжекции (исходящий, например, от внешнего опорного ведущего лазера, не показанного на фиг. 8) подключается к направленному ответвителю 50/50 811 (действующему аналогичным образом, например, с элементом 508 светоделителя/сумматора пучка на фиг. 5А). Таким образом, направленный ответвитель 50/50 811 разделяет сигнал инжекции на два сигнала инжекции, которые подаются соответственно через первый и второй (перестраиваемый) фазосдвигающие элементы 809, 810 в лазерные резонаторы первого и второго ведомых лазеров для фазовой синхронизации. Первый и второй (перестраиваемые) фазосдвигающие элементы 809, 810 могут быть сконфигурированы так, чтобы вызывать такие фазовые сдвиги, при которых (относительный) фазовый сдвиг между сигналом, инжектируемым во второй ведомый лазер, и компонентом сигнала, передаваемым от первого ведомого лазера ко второму ведомому лазеру, по существу равен тс, а также то, что (относительный) сдвиг фазы между сигналом, инжектируемым в первый ведомый лазер, и компонентом сигнала, передаваемым от второго ведомого лазера к первому ведомому лазеру, по существу равен π.

На фиг. 9 показана еще одна детальная реализация блока оптической памяти, показанного на фиг. 1А, с использованием интегрированной оптики. Определения, представленные в связи с фиг. 1А, применимы также к этому более подробному варианту осуществления (если явно не указано иное). В частности, фиг. 9 соответствует блоку оптической памяти, реализованному с использованием кольцевых лазеров в качестве первого и второго ведомых лазеров.

Кольцевые лазеры - это, как правило, лазеры, резонатор которых имеет форму кольца. Следовательно, такой кольцевой резонатор допускает два разных направления распространения света внутри резонатора. Кольцевые лазеры могут быть сконфигурированы для вывода двух пучков света одной и той же поляризации, движущихся в противоположных направлениях («вращающихся в противоположных направлениях») по замкнутому контуру, хотя в некоторых случаях однонаправленную работу можно обеспечить с помощью оптического изолятора или некоторых других оптических средств.

Согласно фиг. 9, блок оптической памяти содержит первый ведомый кольцевой лазер 901, второй ведомый кольцевой лазер 902, первый набор из первого, второго, третьего и четвертого оптических волноводов с 905 по 908 и второй набор из пятого и шестого оптических волноводов 909, 910. Первый, второй, третий и четвертый оптические волноводы с 905 по 908 в первом наборе могут быть параллельны друг другу. Аналогично, пятый и шестой оптические волноводы 909, 910 во втором наборе могут быть параллельны друг другу, а также ориентированы предпочтительно ортогонально первому набору. Ортогональная ориентация служит для минимизации нежелательной связи между первым и вторым наборами оптических волноводов.

Первый ведомый лазер 901 сориентирован и сконфигурирован так, что он способен связываться с первым, вторым, пятым и шестым оптическими волноводами 905, 906, 909, 910, окружающими его, в прямом и обратном направлении. Аналогично, второй ведомый лазер 902 сориентирован и сконфигурирован так, что он способен связываться с третьим, четвертым, пятым и шестым оптическими волноводами 907, 908, 909, 910, окружающими его, в прямом и обратном направлении.

Два фазосдвигающих элемента 903, 904 расположены соответственно на пятом и шестом оптических волноводах 909, 910 и между первым и вторым ведомыми кольцевыми лазерами 901, 902 для создания фазового сдвига π между первым и вторым ведомыми кольцевыми лазерами 901, 902 на первой частоте, генерируемой первым и вторым ведомыми кольцевыми лазерами 901, 902 во время фазовой синхронизации. Указанные два фазосдвигающих элемента 903, 904 могут быть идентичными друг другу.

Опорный сигнал может быть подан в первый ведомый кольцевой лазер 901 с использованием первого оптического волновода 905 и во второй ведомый кольцевой лазер 902 с использованием четвертого оптического волновода 908. Опорный сигнал может подаваться в первый и четвертый оптические волноводы 905, 908 с противоположных направлений, как показано на фиг. 9. Направление вращения света в первом и втором кольцевых лазерах 901, 902 (показано на фигуре 9 изогнутой стрелкой) определяется направлением распространения опорного сигнала (вращение происходит вдоль направления распространения опорного сигнала).

Благодаря связи первого и второго ведомых кольцевых лазеров 901, 902 с пятым и шестым оптическими волноводами 909, 910, подача опорного сигнала в первый и/или четвертый оптические волноводы 905, 908 также вызывает распространение оптических сигналов по пятому и шестому оптическим волноводам 909, 910. Эти сигналы соответствуют первому и второму (выходному) лазерным пучкам, генерируемым первым и вторым ведомыми лазерами на фиг. 1А (или, соответственно, также, например, на фиг. 5А и 5В) во время фазовой синхронизации. Фаза и частота указанных сигналов синхронизированы с соответствующими опорными сигналами.

Сигнал записи (т.е. сигнал возмущения амплитуды и фазы) может быть суммирован с опорным сигналом в первом ведомом кольцевом лазере 901 путем подачи сигнала записи во второй оптический волновод 906. Другой конец второго оптического волновода 906 может использоваться для считывания данных (т.е. определения текущего состояния памяти). Подобно вышеописанным вариантам осуществления, второй сигнал записи может быть суммирован с опорным сигналом, подаваемым на второй ведомый кольцевой лазер 902, путем подачи его через третий оптический волновод 907 на второй ведомый кольцевой лазер 902 (сверху вниз на фиг.9).

Хотя в приведенных выше вариантах осуществления два устойчивых состояния блока оптической памяти характеризовались (или идентифицировались) посредством пары фаз первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами (и имеющих одинаковую поляризацию), в других вариантах осуществления устойчивые состояния блока оптической памяти вместо этого могут характеризоваться (или идентифицироваться) поляризацией упомянутых первого и второго лазерных пучков.

Чтобы облегчить дальнейшее обсуждение поляризации, ниже приведены некоторые определения (согласно фиг. 1А). Поляризация для дальнейшего рассмотрения может быть определена (особенно когда две поляризации сравниваются друг с другом, например, с точки зрения ортогональности) относительно конкретного физического местоположения и для электромагнитной волны, которая распространяется в определенном направлении наблюдения. Таким образом, выражения «первая поляризация» и «вторая поляризация» можно, например, понимать как состояния поляризации света, излучаемого первым ведомым лазером 101 и вторым ведомым лазером 102, причем поляризации наблюдаются в одной и той же точке, а также для электромагнитных полей (или пучка света), распространяющихся в выбранном направлении. Это определение может в равной степени применяться к вышеописанным вариантам осуществления.

Например, в случае линейного резонатора с по крайней мере частично отражающими зеркалами на обоих концах резонатора, «первая» поляризация первого ведомого лазера 101 может быть состоянием поляризации, которое наблюдается в точке наблюдения сразу после отражения пучка внутри резонатора от поверхности, которая передает свет второму ведомому лазеру 102, так что наблюдатель смотрит внутрь резонатора первого ведомого лазера 101. «Вторая» поляризация второго ведомого лазера 102 может быть состоянием поляризации, которое наблюдается в той же точке наблюдения внутри резонатора первого ведомого лазера 101, как только свет от второго ведомого лазера 102 был инжектирован в первый ведомый лазер 101, сразу после того, как он вошел в первый ведомый лазер 101 (т.е. пересек зеркальную поверхность первого ведомого лазера 101).

Другой пример: в случае кольцевого резонатора «первая» поляризация первого ведомого лазера 101 - это состояние поляризации, которое наблюдается в точке, где свет передается в волновод, который переносит его ко второму ведомому лазеру 102, так что наблюдатель смотрит в направлении распространения внутри резонатора первого ведомого лазера 101. «Вторая» поляризация второго ведомого лазера 102 - это состояние поляризации, которое наблюдается в той же точке наблюдения внутри резонатора первого ведомого лазера 101, так что свет от второго ведомого лазера 102 инжектируется в первый ведомый лазер 101 и дошел до точки наблюдения.

Более того, в дальнейшем предполагается наличие пары изотропных (ведомых) лазеров, то есть среда резонатора не дает существенного линейного или кругового двулучепреломления и что два ортогональных состояния поляризации, будь то линейные, круговые или эллиптические, характеризуются эффективно равномерным усилением.

Блок оптической памяти 100, показанный на фиг. 1А, может использоваться также в вариантах осуществления, основанных на поляризации. Обсуждение, представленное в связи с фиг. 1А, применимо с соответствующими изменениями и в этом случае (но не обсуждение работы блока оптической памяти в связи с фиг. 1В, где устойчивые состояния определяются как пара фаз, и возмущение амплитуды и фазы используется для переключения устойчивых состояний). А именно, и в этом случае оптическая память содержит первый ведомый лазер 101, сконфигурированный для генерации первого лазерного пучка, имеющего первую частоту, при фазовой синхронизации с первым инжекционным лазерным пучком 103, имеющим первую частоту, и второй ведомый лазер 102, сконфигурированный для генерации второго лазерного пучка, имеющего первую частоту, при фазовой синхронизации со вторым инжекционным лазерным пучком 104, имеющим первую частоту. Здесь первый ведомый лазер 101 и первый инжекционный пучок 103 могут не иметь одинаковые поляризации. То же самое справедливо для второго ведомого лазера 102 и второго инжекционного пучка 104.

Более того, первый и второй ведомые лазеры 101, 102 в данном случае также сконфигурированы с возможностью взаимной связи, а блок оптической памяти 100 сконфигурирован так, что оптический путь между первым и вторым ведомыми лазерами 101, 102 соответствует фазовому сдвигу, по существу равному тс на первой частоте. Указанная синхронизация первого и второго ведомых лазеров 101, 102 с первым и вторым инжекционными лазерными пучками 103, 104 позволяет поддерживать одновременно одно из двух устойчивых состояний блока оптической памяти, когда первый и второй инжекционные пучки 101, 102 имеют в первом и втором ведомых лазерах 101, 102 одинаковую амплитуду, а их фазы по меньшей мере для одного состояния поляризации синхронизированы.

В отличие от блока оптической памяти на основе фазы, упомянутые два устойчивых состояния могут содержать, в частности, первое устойчивое состояние, связанное с первой поляризацией первого лазерного пучка, генерируемого первым ведомым лазером 101, и вторую поляризацию (отличную от первой поляризации) второго лазерного пучка, генерируемого вторым ведомым лазером 102, и второе устойчивое состояние, связанное со второй поляризацией первого лазерного пучка, генерируемого первым ведомым лазером 101, и первой поляризацией второго лазерного пучка, генерируемого вторым ведомым лазером 102. Во время работы в устойчивом состоянии состояние поляризации первого и/или второго лазерных пучков, генерируемых первым и/или вторым ведомым лазером 101, 102, остается постоянным и может отличаться от состояния поляризации первого и/или второго инжекционного лазерного пучка 103, 104. Первая поляризация во время работы в устойчивом состоянии представляет собой другую поляризацию по сравнению со второй поляризацией (по меньшей мере, в одной общей точке наблюдения у первого и/или второго ведомого лазера 101, 102). Предпочтительно, чтобы первая и вторая поляризации во время работы в устойчивом состоянии были ортогональными или по существу ортогональными (по меньшей мере, в одной общей точке наблюдения, расположенной у первого и/или второго ведомого лазера 101, 102).

На практике первая или вторая поляризации могут быть разделены на первичную составляющую поляризации, соответствующую предполагаемому состоянию поляризации, и второстепенную или вторичную составляющую поляризации, соответствующую нежелательному состоянию поляризации, возникающему из практической ситуации, и ортогональному первичной составляющей поляризации. Здесь первичные составляющие поляризации первой и второй поляризаций предпочтительно ортогональны друг другу. Кроме того, второстепенные составляющие поляризации первой и второй поляризаций также предпочтительно ортогональны друг другу. Очевидно, что второстепенные составляющие поляризации предпочтительно намного меньше соответствующих первичных составляющих поляризации.

В некоторых вариантах осуществления первая и вторая поляризации могут конкретно соответствовать ортогональным эллиптическим поляризациям. В таких вариантах осуществления первая поляризация может соответствовать первому эллиптическому состоянию поляризации с первичным состоянием линейной поляризации (например, вертикальной поляризацией) и второстепенным состоянием линейной поляризации (например, горизонтальной поляризацией). Аналогично, вторая поляризация может соответствовать второму эллиптическому состоянию поляризации со вторым первичным состоянием линейной поляризации (например, горизонтальной поляризацией) и вторым второстепенным состоянием линейной поляризации (например, вертикальной поляризацией).

В других вариантах осуществления первая и вторая поляризации могут соответствовать ортогональным круговым поляризациям. В таких вариантах осуществления первая поляризация может, например, соответствовать первому эллиптическому состоянию поляризации с первичным состоянием круговой поляризации (например, правовращательной круговой поляризацией) и второстепенным состоянием поляризации (например, левовращательной круговой поляризацией). Аналогично, вторая поляризация может соответствовать второму эллиптическому состоянию поляризации со вторым первичным состоянием круговой поляризации (например, левовращательной круговой поляризацией) и вторым состоянием второстепенной круговой поляризации (например, правовращательной круговой поляризацией).

В других вариантах осуществления для первой и второй поляризаций могут использоваться некоторые другие ортогональные базисы представления поляризации.

В блоке памяти на основе поляризации переключение между двумя устойчивыми состояниями может быть достигнуто путем введения компонента возмущения амплитуды и поляризации по меньшей мере в первый или второй инжекционный лазерный пучок 103, 104 (или компонента возмущения амплитуды, фазы и поляризации), в отличие от компонента возмущения амплитуды и фазы. Если компонент возмущения амплитуды и поляризации вводится как в первый, так и во второй инжекционные лазерные пучки 103, 104, он может быть введен в них в форме с повернутой поляризацией относительно друг друга. Предпочтительно, компонент возмущения амплитуды и поляризации вводится в первый и второй инжекционные лазерные пучки 103, 104 в виде с взаимно ортогональными поляризациями. Например, компонент возмущения амплитуды и поляризации при введении во второй инжекционный лазерный пучок 103 может иметь (по существу) вертикальную линейную поляризацию, в то время как компонент возмущения амплитуды и поляризации при введении во второй инжекционный лазерный пучок 105 может иметь (по существу) горизонтальную линейную поляризацию.

В дополнение к обычному блоку оптической памяти 100, показанному на фиг. 1А, любая из детальных реализаций блока оптической памяти 100, показанного на фиг. 1А, может быть в равной степени использована в качестве блока оптической памяти на основе поляризации. Однако некоторые из вариантов осуществления, такие как варианты реализации на основе оптики свободного пространства, обсуждаемые в связи с фигурами 5А и 5В, могут быть более пригодными для использования в качестве блоков оптической памяти на основе поляризации по сравнению с другими вариантами осуществления, такими как на основе волноводных устройств, показанными на фиг. 6-9, где, например, при проектировании блока оптической памяти на основе поляризации необходимо учитывать двулучепреломление в волноводах и оптических волокнах, влияющее на состояние поляризации распространяющегося света.

На фиг. 10А показан в виде блок-схемы общий принцип действия (т.е. переключение между устойчивыми состояниями) блока оптической памяти на основе поляризации, а фиг. 10В иллюстрирует соответствующие примерные результаты моделирования. В частности, на фиг. 10В показаны примерные результаты моделирования процесса, показанного на фиг. 10А, для блока оптической памяти, показанного на фиг. 1А. На фиг. 10А показан входной сигнал в виде мощности, разделенной на две ортогональные компоненты линейной поляризации (компоненты поляризации х и у, показанные сплошными и пунктирными линиями), изменяющиеся во времени, для первого инжекционного лазерного пучка (верхний рисунок), для первого лазерного пучка (т.е., выход) первого ведомого лазера L1 (средний рисунок) и для второго лазерного пучка (т.е. выход) второго ведомого лазера L2 (нижний рисунок). На фиг. 10В возмущение амплитуды и поляризации вводится в первый ведомый лазер (L1) и с противоположным знаком (т.е. в сопряженной фазе) во второй ведомый лазер (L2), аналогично фиг. 4, но на фиг. 10В показана только мощность для первого инжекционного лазерного пучка. Графики мощности нормированы на предопределенное значение (конкретная мощность не имеет значения для дальнейшего обсуждения). На фиг. 10В устойчивые состояния определяются через два состояния ортогональной эллиптической поляризации с первичными линейными компонентами (т.е. первая и вторая первичные поляризации, упомянутые выше), хотя обсуждение в равной степени применимо и для других ортогональных поляризаций, как обсуждалось выше.

Согласно фиг. 10А, блок оптической памяти первоначально работает в блоке 1001 в первом устойчивом состоянии. Как описано выше, первое устойчивое состояние может быть связано с первой первичной поляризацией первого лазерного пучка, генерируемого первым ведомым лазером, и второй первичной поляризацией второго лазерного пучка, генерируемого вторым ведомым лазером (предпочтительно ортогональной первой первичной поляризации). Первая и вторая первичные поляризации могут быть определены, как описано выше. В первом устойчивом состоянии первый и/или второй инжекционный лазерный пучок может иметь третью поляризацию, соответствующую линейной комбинации (предпочтительно линейной комбинации с равными коэффициентами) первой и второй основных поляризаций.

В некоторых вариантах осуществления один или несколько вращателей поляризации (или других средств изменения поляризации) могут быть расположены на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами. В частности, в таком случае первая и вторая поляризации, связанные с двумя устойчивыми состояниями, как описано выше, могут быть ортогональными только при наблюдении на входе/выходе первого ведомого лазера и/или на входе/выходе второго ведомого лазера (т.е. они ортогональны после того, как к одному из сгенерированных лазерных пучков (первому или второму) было применено вращение поляризации). Указанные один или несколько вращателей поляризации могут содержать один или несколько обратимых вращателей поляризации и/или один или несколько необратимых вращателей поляризации (например, вращатели Фарадея).

На фиг. 10В первое устойчивое состояние можно интерпретировать как соответствующее состоянию системы примерно между 60 и 90 нс. Таким образом, судя по среднему и нижнему рисункам, первая поляризация в этом примере соответствует линейной первичной поляризации, ориентированной по направлению х, и второстепенной поляризации, ориентированной по направлению у (соответствует мощности, близкой к нулю), а вторая поляризация соответствует линейная первичная поляризация, ориентированная по направлению у, и второстепенная поляризация, ориентированная по направлению х (соответствует мощности, близкой к нулю). Другими словами, в первом устойчивом состоянии электрическое поле первого лазерного пучка, излучаемого первым ведомым лазером, имеет второстепенный у-компонент (на что указывает мощность, близкая к нулю) и ненулевой основной х-компонент, как показано на среднем рисунке. И наоборот, электрическое поле второго лазерного пучка, генерируемого вторым ведомым лазером, имеет второстепенный х-компонент и ненулевой основной у-компонент, как показано на нижнем рисунке. Первый (и второй) инжекционный лазерный пучок в первом устойчивом состоянии имеет «диагональную» линейную поляризацию, то есть линейную поляризацию, образующую угол 45° с направлениями х и у, как показано на верхнем рисунке двумя линиями, соответствующими поляризациям вдоль х и у, которые полностью перекрываются. Другими словами, он имеет одинаковую амплитуду (и мощность) для состояний горизонтальной и вертикальной поляризации, а фазовый сдвиг между электромагнитными волнами этих двух ортогональных состояний поляризации равен нулю.

Согласно фиг. 10А, переключение блока оптической памяти из первого устойчивого состояния во второе устойчивое состояние вызывается в блоке 1002 путем введения компонента возмущения амплитуды и поляризации, имеющего заранее определенную длительность, по меньшей мере в первый или второй инжекционные лазерные пучки. Обсуждение пиковой мощности и длительности компонента возмущения амплитуды и фазы, представленное в связи с фиг. 1А, применимо с соответствующими изменениями к пиковой мощности и длительности компонента возмущения амплитуды и поляризации.

На фиг. 10В компонент возмущения амплитуды и поляризации вводится в первый и второй инжекционные лазерные пучки в период от 90 до 100 нс. Это видно на верхнем рисунке, соответствующем первому инжекционному лазерному пучку, как внезапное увеличение мощности, связанной с линейной поляризацией, ориентированной по направлению у, в момент 90 нс, в то время как никаких изменений в мощности компонента с линейной поляризацией, ориентированной по направлению х, не наблюдается. Хотя здесь в качестве составляющей возмущения амплитуды и поляризации используется прямоугольный импульс, также могут использоваться импульсы другой формы. Согласно среднему рисунку, соответствующего первому лазерному пучку, генерируемому первым ведомым лазером, введение направленного возмущения в первый инжекционный лазерный пучок приводит к падению мощности компонента поляризации, ориентированному по направлению х, до нуля, а мощность компонента поляризации, ориентированного по направлению у, резкому росту до высокой мощности (близкой к соответствующей устойчивому состоянию). И наоборот, согласно нижнему рисунку, соответствующего второму лазерному пучку, генерируемому вторым ведомым лазером, введение направленного возмущения приводит к падению мощности компонента поляризации, ориентированному по направлению у, до нуля, а мощность компонента поляризации, ориентированного по направлению х, резкому росту до высокой мощности (близкой к соответствующей устойчивому состоянию).

По истечении времени действия компонента возмущения амплитуды и поляризации блок оптической памяти быстро переходит во второе устойчивое состояние (100-140 нс). Второе устойчивое состояние соответствует первому устойчивому состоянию с той разницей, что первичные поляризации первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами, были повернуты на 90°, т.е. относительная ориентация линейных первичных поляризаций изменилась с «от х к у» на «от у к х» соответственно.

Следует отметить, что перед переходом в первое устойчивое состояние блок оптической памяти, показанный на фиг. 10В, первоначально (время составляет от 40 до 50 нс) находится в исходном состоянии после запуска, которое не соответствует ни первому, ни второму устойчивому состоянию. Блок оптической памяти приводится в первое устойчивое состояние путем введения возмущения амплитуды и поляризации (в момент от 50 до 60 нс). Примечательно, что это возмущение амплитуды и поляризации ортогонально по поляризации возмущению амплитуды и поляризации, внесенному в момент 90 100 нс.

Считывание данных из блока оптической памяти на основе поляризации может выполняться просто путем измерения поляризации по меньшей мере первого или второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами, в отличие от измерения фаз лазерных пучков первого и второго ведомых лазеров. Как описано также выше, один или несколько оптических элементов (например, светоделитель/сумматор) в некоторых вариантах осуществления могут быть сконфигурированы для вывода первого и/или второго лазерных пучков (или их конкретного поляризационного компонента) из блока оптической памяти для обеспечения возможности чтения данных блока оптической памяти.

Следующие параметры использовались для моделирования фиг. 10В.

В этой модели использовались те же уравнения, которые приведены в связи с фиг. 4.

В некоторых вариантах осуществления концепции блока оптической памяти на основе фазы и блока оптической памяти на основе поляризации могут быть объединены. В таких вариантах осуществления блок оптической памяти может быть определен, как описано выше (например, в связи с фиг. 1А), но два устойчивых состояния и переключение между ними могут быть определены по-разному. А именно, два устойчивых состояния блока оптической памяти на основе фазы и поляризации содержат первое устойчивое состояние, связанное с первой парой фаз первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами (предпочтительно, +π/3 и -π/3) и с первой поляризацией и вторым устойчивым состоянием, связанным со второй парой фаз первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами (предпочтительно, -π/3 и +π/3) и со второй поляризацией (предпочтительно, ортогональной первой поляризации). Первая и вторая поляризации могут быть определены согласно описанию блока оптической памяти на основе поляризации. Кроме того, в таких вариантах осуществления переключение между двумя устойчивыми состояниями может быть обеспечено путем введения компонента возмущения амплитуды, фазы и поляризации (т.е. комбинации компонента амплитуды и возмущения и компонента возмущения амплитуды и поляризации, как обсуждалось выше), по меньшей мере в первый или второй ведомые лазеры.

Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на примеры согласно прилагаемым чертежам, очевидно, что изобретение не ограничивается ими и может быть модифицировано несколькими способами в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Следовательно, все слова и выражения следует интерпретировать широко, и они предназначены для иллюстрации, а не ограничения варианта осуществления. Для специалиста в этой области техники очевидно, что по мере развития технологии идея этого изобретения может быть реализована различными способами. Кроме того, специалисту в данной области техники очевидно, что описанные варианты осуществления могут, но не обязательно должны, комбинироваться с другими вариантами осуществления различными способами.

Изобретение относится к области квантовых компьютеров, к оптической памяти. Блок оптической памяти содержит первый и второй ведомые лазеры, сконфигурированные соответственно для генерации первого и второго лазерных лучей, имеющих первую частоту, при фазовой синхронизации с первым и вторым инжекционными лазерными пучками, имеющими первую частоту. Первый и второй ведомые лазеры выполнены с возможностью взаимной связи, а блок оптической памяти сконфигурирован так, что оптический путь между первым и вторым ведомыми лазерами соответствует фазовому сдвигу на первой частоте. Упомянутая фазовая синхронизация позволяет поддерживать одновременно одно из двух устойчивых состояний, когда первый и второй инжекционные пучки имеют одинаковую амплитуду и фазу, в то время как переключение между двумя устойчивыми состояниями обеспечивается путем введения компонента возмущения амплитуды и фазы или компонента возмущения амплитуды и поляризации по меньшей мере в первый или второй инжекционный лазерный пучок. Технический результат - реализация быстродействующей и легкоинтегрируемой полностью оптической памяти. 4 н. и 35 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Блок оптической памяти, содержащий:

первый ведомый лазер, выполненный с возможностью генерации первого лазерного пучка, имеющего первую частоту, при синхронизации с первым инжекционным лазерным пучком, имеющим первую частоту,

второй ведомый лазер, выполненный с возможностью генерации второго лазерного пучка, имеющего первую частоту, при синхронизации со вторым инжекционным лазерным пучком, имеющим первую частоту, при этом первый и второй ведомые лазеры выполнены с возможностью взаимной связи, и блок оптической памяти выполнен так, что оптический путь между первым и вторым ведомыми лазерами соответствует фазовому сдвигу, по существу равному π на первой частоте, причем упомянутая синхронизация первого и второго ведомых лазеров с первым и вторым инжекционными лазерными пучками позволяет поддерживать в определенные моменты времени, одно из двух устойчивых состояний блока оптической памяти, когда фазы первого и второго инжекционных лазерных пучков синхронизированы друг с другом, а амплитуды первого и второго инжекционных лазерных пучков выбраны так, чтобы быть равными амплитудам второго и первого лазерных пучков соответственно, при этом переключение между двумя устойчивыми состояниями обеспечивается введением компонента возмущения по меньшей мере в первый или второй инжекционные лазерные пучки во время работы в устойчивом состоянии.

2. Блок оптической памяти по п. 1, отличающийся тем, что работа в устойчивом состоянии характеризуется фазовой синхронизацией первого и второго ведомых лазеров, причем первый и второй инжекционные лазерные пучки имеют в соответствующих первом и втором ведомых лазерах равную амплитуду и синхронизированную фазу, а первый и второй ведомые лазеры сконфигурированы так, что первый и второй лазерные пучки, генерируемые первым и вторым ведомыми лазерами, имеют равную амплитуду и синхронизированную фазу во время работы в устойчивом состоянии.

3. Блок оптической памяти по п. 1 или 2, отличающийся тем, что компонент возмущения соответствует возмущению по меньшей мере одного из параметров: амплитуды, фазы и поляризации.

4. Блок оптической памяти по п. 3, в котором компонент возмущения, обеспечивающий переключение между двумя устойчивыми состояниями, представляет собой компонент возмущения амплитуды и фазы, и два устойчивых состояния включают первое устойчивое состояние, связанное с первой парой фаз первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами, и второе устойчивое состояние, связанное со второй парой фаз первого и второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами.

5. Блок оптической памяти по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что компонент возмущения, обеспечивающий переключение между двумя устойчивыми состояниями, представляет собой компонент возмущения амплитуды и поляризации, а два устойчивых состояния включают первое устойчивое состояние, связанное с первой поляризацией первого пучка, генерируемого первым ведомым лазером, и второй поляризацией второго лазерного пучка, генерируемого вторым ведомым лазером, и второе устойчивое состояние, связанное со второй поляризацией первого лазерного пучка и первой поляризацией второго лазерного пучка.

6. Блок оптической памяти по п. 5, отличающийся тем, что первая и вторая поляризации являются ортогональными поляризациями.

7. Блок оптической памяти по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий:

по меньшей мере один перестраиваемый фазосдвигающий элемент, расположенный на оптическом пути между первым и вторым ведомыми лазерами для реализации фазового сдвига, по существу равного π на первой оптической частоте.

8. Блок оптической памяти по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первый ведомый лазер имеет первую частоту свободных колебаний, а второй ведомый лазер имеет вторую частоту свободных колебаний, по существу равную первой частоте свободных колебаний.

9. Блок оптической памяти по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий:

по меньшей мере один первый элемент светоделителя/сумматора пучков для формирования первого и второго инжекционных лазерных пучков из первого входного лазерного пучка блока оптической памяти.

10. Блок оптической памяти по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий один или более оптических элементов.

11. Блок оптической памяти по п. 10, в котором упомянутые один или более оптических элементов сконфигурированы для направления первого инжекционного лазерного пучка к первому ведомому лазеру и второго инжекционного лазерного пучка ко второму ведомому лазеру для обеспечения фазовой синхронизации.

12. Блок оптической памяти по п. 10 или 11, отличающийся тем, что один или более оптических элементов сконфигурированы для генерации первого и/или второго лазерных пучков из блока оптической памяти для обеспечения возможности считывания данных блока оптической памяти.

13. Блок оптической памяти по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что один или более оптических элементов выполнены с возможностью направления по меньшей мере одного второго входного лазерного пучка блока оптической памяти, соответствующего компоненту возмущения к соответствующему по меньшей мере первому или второму ведомым лазерам для обеспечения возможности записи данных в блок оптической памяти.

14. Блок оптической памяти по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что один или более оптических элементов содержат один или более вторых элементов светоделителя/сумматора пучка, одно или более зеркал и/или одну или более собирающих линз.

15. Блок оптической памяти по любому из пп. 10-14, отличающийся тем, что один или более оптических элементов содержат два вторых элемента светоделителя/сумматора пучков для связи первого и второго инжекционных пучков с первым и вторым ведомыми лазерами соответственно и для связи компонента возмущения по меньшей мере с первым или вторым ведомыми лазерами.

16. Блок оптической памяти по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащий:

световодный элемент для взаимного связывания первого и второго ведомых лазеров и для направления первого инжекционного лазерного пучка к первому ведомому лазеру и второго инжекционного лазерного пучка ко второму ведомому лазеру для обеспечения фазовой синхронизации.

17. Блок оптической памяти по п. 16, отличающийся тем, что световодный элемент дополнительно выполнен с возможностью направления по меньшей мере одного второго входного лазерного пучка блока оптической памяти, соответствующего компоненту возмущения, соответственно, по меньшей мере к первому или второму ведомому лазеру.

18. Блок оптической памяти по п. 16 или 17, отличающийся тем, что световодный элемент дополнительно выполнен с возможностью вывода первого и/или второго лазерных пучков из блока оптической памяти для обеспечения возможности считывания данных блока оптической памяти.

19. Блок оптической памяти по любому из пп. 16-18, дополнительно содержащий:

по меньшей мере один первый соединитель для связи первого входного лазерного пучка блока оптической памяти со световодным элементом для формирования первого и второго инжекционных лазерных пучков.

20. Блок оптической памяти по любому из пп. 16-19, отличающийся тем, что световодный элемент содержит множество оптических волноводов.

21. Блок оптической памяти по п. 20, отличающийся тем, что световодный элемент дополнительно содержит один или более оптических элементов, интегрированных в множество оптических волноводов или подключенных между ними.

22. Блок оптической памяти по п. 18 или 19, отличающийся тем, что один или более оптических элементов содержат один или более вторых соединителей для связи первого и второго инжекционных пучков с двумя из одного или более оптических волноводов, связанных с первым и вторым ведомыми лазерами соответственно, и для связи компонента возмущения по меньшей мере с одним из одного или более оптических волноводов, связанных по меньшей мере с первым или вторым ведомыми лазерами соответственно.

23. Блок оптической памяти по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждый из первого ведомого лазера и/или второго ведомого лазера представляет собой лазер, представляющий один или более из следующих типов лазеров: газовый лазер, жидкостный лазер, плазмонный лазер, полупроводниковый лазер, твердотельный лазер, рамановский лазер, лазер с химической накачкой, лазер с электрической накачкой, лазер с линейным резонатором, кольцевой лазер, дисковый лазер и нанолазер, отличный от плазмонного лазера.

24. Блок оптической памяти по п. 20, отличающийся тем, что первый и второй ведомые лазеры являются первым и вторым ведомыми кольцевыми лазерами, а множество оптических волноводов содержат:

первый и второй оптические волноводы для связи с первым ведомым кольцевым лазером, при этом первый и второй оптические волноводы расположены на противоположных сторонах первого ведомого кольцевого лазера;

третий и четвертый оптические волноводы для связи со вторым ведомым кольцевым лазером, причем третий и четвертый оптические волноводы расположены на противоположных сторонах второго ведомого кольцевого лазера; и

пятый и шестой оптические волноводы для связи как с первым, так и со вторым ведомым кольцевым лазером, при этом пятый и шестой оптические волноводы расположены на противоположных сторонах как первого, так и второго ведомого кольцевого лазера, при этом первый или второй оптический волновод выполнены с возможностью приема первого инжекционного лазерного пучка, а другой — для приема компонента возмущения третий или четвертый оптический волновод выполнен с возможностью приема второго инжекционного лазерного пучка, а другой — для приема компонента возмущения, при этом взаимная связь между первым и вторым ведомыми кольцевыми лазерами с фазовым сдвигом, по существу равным π, обеспечивается пятым и шестым оптическими волноводами.

25. Блок оптической памяти по п. 24, отличающийся тем, что первый, второй, третий и четвертый оптические волноводы параллельны друг другу и ортогональны пятому и шестому оптическим волноводам.

26. Блок оптической памяти по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что первый и второй ведомые лазеры содержат:

первую секцию оптического волновода со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой для приема компонента возмущения;

первую усиливающую среду, соединенную с первой секцией оптического волновода;

вторую секцию оптического волновода, соединенную с первой усиливающей средой; и

третью секцию оптического волновода со встроенными зеркалами с брэгговской решеткой, связанную со второй секцией оптического волновода и выполненную с возможностью приема соответственно первого или второго инжекционных лазерных пучков, причем лазерные резонаторы первого и второго ведомых лазеров сформированы между зеркалами с брэгговской решеткой первой и второй секций оптических волноводов соответствующих ведомых лазеров, при этом вторые секции оптических волноводов первого и второго ведомых лазеров расположены в непосредственной близости друг от друга так, что между ними есть связь посредством затухающих волн с фазовым сдвигом, по существу равным π.

27. Оптическая память, содержащая:

один или более блоков оптической памяти по любому из предшествующих пунктов; и

по меньшей мере один опорный ведущий лазер для инжекции первого инжекционного лазерного пучка в один или несколько первых ведомых лазеров одного или более блоков оптической памяти и для инжекции второго инжекционного лазерного пучка в один или несколько вторых ведомых лазеров одного или более блоков оптической памяти.

28. Оптическая память по п. 27, в которой сила связи между каждой парой первого и второго ведомых лазеров одного или более блоков оптической памяти практически равна силе связи между соответствующим первым ведомым лазером и соответствующим первым инжекционным лазерным пучком, генерируемым посредством указанного по меньшей мере одного опорного ведущего лазера, и силе связи между соответствующим вторым ведомым лазером и соответствующим вторым инжекционным лазерным пучком, генерируемым упомянутым по меньшей мере одним опорным ведущим лазером.

29. Оптическая память по п. 27 или 28, отличающаяся тем, что оптическая память сконфигурирована таким образом, что при работе в устойчивом состоянии амплитуды и фазы каждой пары первого и второго инжекционных лазерных пучков, падающих на соответствующую пару первого и второго ведомых лазеров, блока оптической памяти равны, а амплитуды и фазы каждой пары первого и второго лазерных пучков, генерируемых соответствующей парой первого и второго ведомых лазеров блока оптической памяти, синхронизированы друг с другом.

30. Оптическая память по любому из пп. 27-29, дополнительно содержащая:

по меньшей мере один лазер возмущений для генерации лазерного пучка, соответствующего компоненту возмущения.

31. Оптическая память по любому из пп. 27-30, отличающаяся тем, что оптическая память сконфигурирована таким образом, что компонент возмущения вводится в первый и второй инжекционные лазерные пучки в обращенной по фазе форме относительно друг друга.

32. Оптическая память по любому из пп. 27-31, в которой указанный по меньшей мере один опорный ведущий лазер содержит локальный опорный ведущий лазер, выполненный с возможностью затравки глобальным опорным пучком, причем указанный локальный ведущий лазер содержит:

усиливающую среду для приема глобального опорного пучка через частично отражающее зеркало усиливающей среды; и

волноводное петлевое зеркало, соединенное через оптический волновод с усиливающей средой, при этом частично отражающее зеркало усиливающей среды и волноводное петлевое зеркало образуют лазерный резонатор локального опорного ведущего лазера.

33. Способ записи данных в блок оптической памяти по п. 4, включающий:

работу блока оптической памяти в первом устойчивом состоянии путем введения в первый ведомый лазер первого инжекционного лазерного пучка, имеющего амплитуду с первым значением амплитуды и фазу с первым значением фазы, и путем введения во второй ведомый лазер второго инжекционного лазерного пучка, имеющего амплитуду с первым значением амплитуды и фазу с первым значением фазы; и

переключение блока оптической памяти из первого устойчивого состояния во второе устойчивое состояние путем введения компонента возмущения амплитуды и фазы, имеющего заранее заданную длительность по меньшей мере в первый или второй инжекционный лазерный пучок.

34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что инициирование переключения блока оптической памяти из первого устойчивого состояния во второе устойчивое состояние включает:

стирание блока оптической памяти путем увеличения амплитуды первого инжекционного лазерного пучка до соответствия второму значению амплитуды, при этом стирание заставляет блок оптической памяти выйти из первого устойчивого состояния;

переключение блока оптической памяти во второе устойчивое состояние путем применения первого фазового сдвига к первому инжекционному лазерному пучку при уменьшении упомянутой амплитуды первого инжекционного лазерного пучка обратно до первого значения амплитуды; и

уравновешивание блока оптической памяти путем применения второго фазового сдвига к первому инжекционному лазерному пучку, при этом второй фазовый сдвиг противоположен первому фазовому сдвигу.

35. Способ по п. 34, который дополнительно содержит следующее:

дальнейшее стирание блока оптической памяти путем увеличения амплитуды второго инжекционного лазерного пучка до соответствия второму значению амплитуды;

выполнение переключения блока оптической памяти дополнительно путем применения второго фазового сдвига ко второму инжекционному лазерному пучку при одновременном уменьшении упомянутой амплитуды второго инжекционного лазерного пучка обратно до первого значения амплитуды; и

выполнение дальнейшего уравновешивания путем применения первого фазового сдвига ко второму инжекционному лазерному пучку.

36. Способ по любому из пп. 33-35, отличающийся тем, что первый фазовый сдвиг соответствует π/3, а второй фазовый сдвиг соответствует -π/3.

37. Способ по любому из пп. 33-36, который дополнительно содержит следующее:

считывание данных из блока оптической памяти путем измерения фазы по меньшей мере первого или второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами.

38. Способ записи данных в блок оптической памяти по п. 5 или 6, включающий:

работу блока оптической памяти в первом устойчивом состоянии путем введения в первый ведомый лазер первого инжекционного лазерного пучка, имеющего амплитуду с первым значением амплитуды и третьей поляризацией, и путем введения во второй ведомый лазер второго инжекционного лазерного пучка, имеющего амплитуду с первым значением амплитуды и третьей поляризацией; и

переключение блока оптической памяти из первого устойчивого состояния во второе устойчивое состояние путем введения компонента возмущения амплитуды и поляризации, имеющего заранее определенную длительность по меньшей мере в первый или второй инжекционный лазерный пучок.

39. Способ по п. 38, который дополнительно содержит следующее:

считывание данных из блока оптической памяти путем измерения поляризации по меньшей мере первого или второго лазерных пучков, генерируемых первым и вторым ведомыми лазерами.