JPH012027A - 光フリップフロップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光論理回路素子に利用する。特に、光出力状態
のセット、リセットが可能な光フリップフロップに関す
る。

〔従来の技術〕

光回路は電子回路に比べて高速動作が可能であり、光伝
送に用いる信号処理回路として伝送路との整合性に優れ
る等の利点がある。光論理回路を構成するうえで、光フ
リップフロップは基本要素となる。

第６図に第一の従来例光フリップフロップの構造を示し
、第７図にその特性を示す。

この光フリップフロップは、通常の半導体レーザ４１の
電極を二つの電極４２．４３に分割した構造をもち、光
入力と光出力との間ふよびバイアス電流と光出力との間
で生じるヒステリシス特性を利用したものである。

半導体レーザ４１の電極４２．４３にそれぞれバイアス
電流Ｌ　、Ｉｚを供給する。ここで、Ｉｔ　＋１２　＝
Ｉｂ とする。この状態では出力光Ｐ０は得られない。

この状態で外部から入力光Ｐ１を供給すると、ある光強
度で光出力が「オン」の状態に遷移し、出力光Ｐ０が得
られる。この状態で入力光Ｐ１の供給を停止しても、こ
の光フリップフロップは「オン」状態を維持する。次に
、半導体レーザ１への注入電流を減少させると、ある電
流値で光出力が「オフ」の状態に遷移し、もとのバイア
ス電流Ｉｂに戻しても「オフ」のままとなる。

この関係を利用し、光パルスによりセット（出力光Ｐ０
が「オフ」から「オン」）シ、電流パルスによりリセッ
ト　（出力光Ｐ０が「オン」から「オフ」）することが
できる。電流パルスは、例えば、電極４２または４３の
一方へのバイアス電流の供給を停止することにより得ら
れる。

この第一の従来例の詳細は、富田他、「双安定ＬＤにお
ける超高速光メモリ動作実験」、昭和６０年度電気通信
学会総合全国大会講演番号第９０４号に説明されている
。

第８図は第二の従来例光フリップフロップの回路図を示
す。

電源６１はホトダイオード６３のアノード電極に接続さ
れる。ホトダイオード６３のカソード電極は抵抗Ｒ２の
一端に接続される。電源６２はホトダイオード６４０カ
ソード電極に接続される。ホトダイオード６３のアノー
ド電極は抵抗Ｒ３の一端に接続される。

抵抗Ｒ２の他端および抵抗Ｒ３の他端は互いに接続され
、この接続点はさらに、抵抗Ｒ１を介して接地され、増
幅器６５を介して偏波双安定半導体レーザ６７のカソー
ド電極に接続される。偏波双安定半導体レーザ６７のカ
ソード電極はまた、電源６６に接続される。偏波双安定
半導体レーザ６７のアノード電極は抵抗Ｒ４を介して接
地される。・ 偏波双安定半導体レーザ６７の出力光Ｐ０の光路には検
光子６８が配置される。

第９図は偏波双安定半導体レーザ６７の注入電流に対す
る光出力の特性を示す。この図において、実線はＴＭ偏
波の出力成分を示し、破線はＴＥ偏波の出力成分を示す
。注入電流を次第に増大すると、出力光は電流！８でＴ
Ｅ偏波成分が急に増大しＴＭ偏波成分が急に減少する。

注入電流を次第に減少すると電流！、でＴＭ偏波成分が
急に増大する。したがって、検光子６８によりＴＥ偏波
またはＴＭ偏波のどちらか一方の成分を取り出すと、そ
の光出力は注入電流に対してヒステリシス特性をもつ。

この特性を利用した光フリップフロップが第８図に示し
た従来例である。

この従来例において、ホトダイオード６３．６４に光が
注入されていないときには、電源６６により偏波双安定
半導体レーザ６７にバイアス電流Ｌｂが注入される。ホ
トダイオード６３に入力光Ｐｉｔを入力すると、偏波・
双安定半導体レーザ６７に注入される電流が増加し、ホ
トダイオード６４に入力光Ｐ１２を入力すると、偏波双
安定半導体レーザ６７に注入される電流が減少する。

したがって、例えば検光子６８でＴＥ偏波の出力成分を
透過させる場合には、ホトダイオード６３に光パルスを
入力すると偏波双安定半導体レーザ６７の光出力が「オ
ン」にセットされ、ホトダイオード６４に光パルスを入
力すると「オフ」にリセットされる。すなわち、光フリ
ップフロップとして動作する。

この第二の従来例の詳細については、ジャイミング・リ
ウ、「ディジタル・オプティカル・シグナル・プロセッ
シング・ウィズ・ポーラライゼーシａン・バイステーブ
ル・セミコンダクタ・レーザＪ、ＩεεＥεε−ナル・
オフ・クラオンタム・エレクトロニクス第ＱＢ−２１巻
第２９８頁（ＪＡＩ−ＭＩＮＧＬｌυ、ｒＤｉｇｉｔａ
ｌ　　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｓｉｇｎａｌ　　Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇｗｉｔｈ　　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｂ
ｉｓｔａｂｌｅ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓ
ｅｒ　Ｊ　、１８εεＪ＋Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｌＶＯｌ、ＱＢ−２１。

ｐｐ２９８）に説明されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第一の従来例では、出力をリセットするために
電気信号を用いているため、すべて光で動作する論理回
路を構成するには適していない欠点があった。

また、第二の従来例では、セットおよびリセットを光パ
ルスにより行うことができるが、光パルスを電気信号に
変換しているため、構成が複雑であり応答速度の高速化
が制限される欠点があった。

これらの問題点を解決するため、本願出願人は、特願昭
６１−２０５３１６およびこの出願を優先権の基礎とす
る特願昭６１−２９５４５７において、半導体レーザを
用い、電気信号を介することなく光パルスによるセット
およびリセットの可能な高速の光フリップフロップを提
案した。

本発明は、ファブリペロー共振器を用いて、電気信号を
介することなく光パルスによるセットおよびリセットを
行う高速の光フリップフロップを提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光フリップフロップは、相対する二枚のハーフ
ミラ−の間に光強度により屈折率が変化する非線形媒質
が挿入された構造のファブリペロ−共振器と、このファ
ブリペロ−共振器に、このファブリペロ−共振器の入力
光強度と出力光強度との間でヒステリシス関係を生じさ
せる第一の周波数（ｆりの光を定常的に注入する第一の
光注入手段と、上記第一の周波数の光と位相および周波
数が等しい光パルスを上記ファブリペロ−共振器の出力
光強度が高レベルとなる入力レベルで上記ファブリペロ
ー共振器に注入する第二の光注入手段と、上記第一の周
波数と異なる第二の周波数（ｆ２）の光パルスを上記フ
ァブリペロ−共振器の出力光強度が低レベルとなる入力
レベルで上記ファブリペロ−共振器に注入する第三の光
注入手段とを備えたことを特徴とする。

ファブリペロ−共振器として、発振しきい値よりわずか
に小さい一部バイアス電流が供給された半導体光増幅素
子を用いることもできる。

〔作　用〕

本発明は、相対する二枚のハーフミラ−の間に光強度に
より屈折率が変化する非線形媒質が挿入された構造のフ
ァブリペロ−共振器を光双安定素子として用いる。この
ような構造のファブリペロ−共振器では、ある周波数で
入力光強度と出力光強度との、間にヒステリシス関係が
生じる。すなわち、入力光強度を増加させてゆくと、あ
る強度で出力光強度が急激に増加する。この後に入力光
強度を減少させてゆくと、急激な増加が生じたと異なる
強度で出力光強度が急激に減少する。再び入力光強度を
増加させると、前と同じ強度で再び出力光強度が増加す
る。

本発明では、この現象を光フリップフロップのオフ状態
からオン状態への遷移に利用する。

また、周波数の異なる二つの光を混合してファブリペロ
−共振器に入力すると、入力光強度の変化に対して出力
光強度が急激に変化する点が周期的に変動する。したが
って、二つの光の周波数および強度を適当に選択するこ
とにより、出力光強度を急激に低下させることができ、
低下したまま増加しないようにすることができる。

本発明は、この現象を光フリップフロップのオン状態か
らオフ状態への遷移に利用する。

本発明は、ファブリペロ−共振器を光双安定素子として
用いるものであり、この点が、半導体レーザ、すなわち
発振器を光双安定素子として用いる特願昭６１−２０５
３１６　、特願昭６１−２９５４５７に係る光フリップ
フロップと異なる。すなわち、半導体レーザの場合には
、その自由発振周波数と異なる周波数を利用してセット
およびリセットを行うが、ファブリペロ−共振器では、
出力光の周波数が入力光の少なくとも一部の周波数に等
しくなる。

ファブリペロ−共振器として半導体光増幅素子を用いる
こともできる。半導体光増幅素子は、構造的には半導体
レーザ素子と同等であるが、バイアス電流が発振しきい
値よりわずかに小さく設定され、入力光に同期して発振
することが半導体レーザと異なる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例光フリップフロップの構成図であ
る。

この光フリップフロップは、相対する二枚のハーフミラ
−１１，１２の間に光強度により屈折率が変化する非線
形媒質１３が挿入された構造のファブリペロ−共振器１
と、このファブリペロ−共振器１０入力光強度と出力光
強度との間でヒステリシス関係を生じさせる第一の周波
数ｆ、の入力光Ｉｎをこのファブリペロー共振器１に定
常的に注入する第一の光注入手段と、上記第一の周波数
の光と位相および周波数が等しい光パルスＩｓを上記、
ファブリペロ−共振器１の出力光強度が高レベルとなる
入力レベルで上記ファブリペロ−共振器１に注入する第
二の光注入手段と、上記第一の周波数と異なる第二の周
波数ｆ２の光パルスＩ、を上記ファブリペロ−共振器ｌ
の出力光強度が低レベルとなる入力レベルで上記ファブ
リペロ−共振器１に注入する第三の光注入手段とを備え
る。

第一ないし第三の光注入手段は二つのハーフミラ−２，
３により構成されている。これらのハーフミラ−２，３
は、三つの光路をひとつに合わせて、ハーフミラ−１２
側からファブリペロ−共振器１に入射する。

第１図では、ハーフミラ−１１，１２と非線形媒質１３
との間に空間が示されている。このような空間が設けら
れていてもよいが、非線形媒質１３がハーフミラ−ＩＬ
　１２の間を満たす構造とすることもできる。

ハーフミラ−１１側からファブリペロ−共振器１に光を
入射したときのハーフミラ−１２側から出力される光の
強度について説明する。以下の説明では、ファブリペロ
ー共振器１の軸方向に距離座標２を定義し、ハーフミラ
−１１，１２の位置をそれぞれｚ＝Ｑ、ｚ＝Ｌとする。

Ｌは共振器長である。

また、ハーフミラ−１１からハーフミラ−１２へ向かう
方向を正方向、逆の方向を負方向とする。

ファブリペロ−共振器１内では、対向する／％　−フミ
ラー１１．１２により、正方向に進む光と、負方向に進
む光とが存在する。ファブリペロー共振器ｌ内の各点に
おける光電場を、 ｚ＝Ｑにおいて正方向に進む光　：　　Ｅ”（０）ｚ＝
Ｑにおいて負方向に進む光　：　　Ｅ−（０）Ｚ＝Ｌに
おいて正方向に進む光　：　　Ｅ”（Ｌ）ｚ＝Ｌにおい
て負方向に進む光　：　　Ｅ−（Ｌ）入射光　：　　Ｅ
ｉｈ　”ｅＸｐ　（：　１（２ｙｒ　ｆ　ｔ＋θ）〕出
射光　＊　　Ｅｏｕｔ と定＠ける。各光電場の間には、 （Ｅ、ｕｔ　　＝　　ｔ−Ｅ”（［、）の関係がある。

ここで、 ′　ｔ　：　バージミラーＩＩ、１２の振幅透過率、ｒ
　：　ハーフミラ−ＩＬ　１２の振幅反射率、φ　：　
光がハーフミラ−ＩＬ　１２の間をＬだけ進む間にうけ
る位相変化 である。振幅透過率ｔと振幅反射率ｒとの間には、ｔ２
　＋ｒ２　＝１ の関係がある。これらの関係式から、 ＸＥｔｎ−ｅＸＩ’　ｆ：ｉ（２πｆ　を−φ十〇）〕
・・・−・−・・−１（１） が得られる。ただし、Ｒはハーフミラ−１１，１２の強
度透過率であり、 Ｒ＝ｒ” の関係がある。

ところで、位相変化φは、ハーフミラ−１１，１２０間
の媒質の屈折率ｎ、光の伝搬定数ｋを用いて、φ＝ｎ−
に−Ｌ と表される。ハーフミラ−１１，１２の間には光強度に
より屈折率が変化する非線形媒質１３が挿入され、光強
度が振幅の絶対値の自乗で表されることから、 ｎ　　＝ｎＯ＋　Ｋｔ　・Ｉ　Ｅｏｕｔ　　Ｉ　’と表
すことができる。ここで、ｎｏは光強度に依存しない屈
折率であり、Ｋ１は比例定数である。

また、光電場については、ｚ＝Ｌにおいて正方向に進む
光Ｅ″（Ｌ）、すなわちＥ、。１　／　１と近似した。

この近似は平均場近似とよばれ、妥当な近似として通常
に使用されている。したがって位相変化φは、 φ＝（ｎｏ　＋に、　”　ｌ　Ｅａｕｔ　　１２）　　
・ｋ　−Ｌ−δ＋に２　　・ｌ　Ｅ、ｕｔ　　ｌ　２−
−　（２）と表される。ここで、Ｋｌ、に２は比例定数
である。この式と（１）式とを連立させて解くことによ
り、このファブリペロ−共振器１の人出力関係を求める
ことができる。

第２図は、〔１）式および（２）式を連立させて解くこ
とにより得られるファブリペロ−共振器１０入出力関係
の計算結果の一例を示す。この図において、横軸は規格
化された入力光強度Ｐいを示し、縦軸は規格化された出
力光強度Ｐ。ｕｔを示す。ここで、Ｐｉｎ　＝　Ｋｌ・
ｌ　Ｅｔ−ｌ　” Ｐ、ｕｔ　＝　Ｋｌ　・Ｉ　Ｅｏｕｔ　　Ｉ　”である
。また、 δ　＝２．５ Ｒ＝０．７ とした。入力光強度を零から増加させてゆくと、ある光
強度Ｐ　ｕｐで出力光強度が急激に増大する。

また、この状態から入力光強度を減少させてゆくと、光
強度ｐ　ｕｐより弱い光強度Ｐ　ｄｏｗｎになったとき
に、出力光強度が急激に減少する。入力光強度が光強度
ｐ　ｕｐと光強度ｐ　ｄｏ□との間のレベルのときには
、その入力光強度に対する出力光強度として三つの解が
存在する。このうち、中間の値となる解は不安定解であ
り、高出力状態と低出力状態との二つが安定な状態であ
る。これらの二つの状態をそれぞれオン状態、オフ状態
として利用することにより、ファブリペロ−共振器１を
光双安定素子として動作させることができる。

第２図に示した形の人出力特性を示す非線形媒質として
は、インジウム・アンチモンＩｎＳｂ、ガリウム・ヒ素
ＧａＡｓなどの半導体や、二硫化炭素Ｃ８２、ＫＴＮな
どの誘電体を用いることができる。これらの半導体や誘
電体の非線形性は実験的にも確認されている。

次に、このファブリペロ−共振器１を利用した光フリッ
プフロップの動作について説明する。

ここで、ファブリペロー共振器１に入力される三つの光
、すなわち、定常的に入力される入力光ＬＨ％セット用
の光パルスＩ、およびリセット用の光パルス■、につい
て、それぞれの周波数が以下の条件を満たすものとする
。まず、入力光ＩＨおよび光パルスＩｓの周波数ｆ１は
、ファブリペロ−共振器１がその入力光に対して双安定
特性、例えば第２図に示した特性を示す周波数とする。

光パルスＩｎの周波数ｆ２については、周波数ｆ１との
周波数差Δｆ＝ｆ、−ｆ２の逆数が非線形媒質１３の応
答速度より小さい値となるように設定する。すなわち、
非線形媒質１３の屈折率が、周波数差Δｆの周波数変動
に十分に応答するものとする。

このような周波数条件を満足する入力光■ヨ、光パルス
Ｉ、および光パルスＩＲを適当な入力レベルでファブリ
ペロ−共振器１に入力することにより、光フリツプフロ
ツプ動作が得られる。

光フリツプフロツプ動作を得るためには、ファブリペロ
−共振器１に、 Ｐ　ｄｏｗｇ　＜　Ｐ　ｏ　＜　Ｐ　ｕｐなる光強度Ｐ
。で定常的に入力光ＩＩＩを入力する。

この入力光Ｉ）は系を保持するための一種のバイアス光
であり、この入力光１．に対して、ファブリペロ−共振
器１はオン状態とオフ状態とのいずれかの状態をとる。

まず、ファブリペロ−共振器１がオフ状態であるとする
。このとき、ファブリペロー共振器１に、Ｐａ　＋Ｐ、
＞　　Ｐｕ。

なる光強度Ｐ、の光パルスＩ、を光入力■、に重畳して
入力すると、ファブリペロ−共振器１はオン状態に遷移
し、光パルスＩｓが消去されてもオン状態を維持する。

すなわち、周波数ｆｌ　、光強度Ｐ、の光パルスＩｓに
より、ファブリペロ−共振器１がセットされ、オフ状態
からオン状態に遷移する。

次に、オン状態となっているファブリペロ−共振器１に
周波数ｆ２の光パルスＩｔを入力すると、このファブリ
ペロ−共振器１がリセットされ、オン状態からオフ状態
に切り替わる。この動作原理は、三波長入力時のファブ
リペロ−共振器１の入出力特性を考慮することにより得
られる。この原理について以下に説明する。

三波長入力時には、入力光を周波数ｆ１の入力光電場Ｅ
、ｉｎ＋１と、周波数ｆ２の入力光電場Ｅ　ｉ　１１＋
　２とに分けて考える。周波数ｆ、　、ｆ２のそれぞれ
の光に対する入出力関係は、 ＸＥ１１％、２　・ｅＵ　（１（２！ｒ　ｆ２ｔ−φ２
＋θ２）〕で表される。ここで”ＩＲ”ｌφ、θおよび
δの表記は（１）式右よび（２）式で用いたものと同一
であり、添え字「１」、「２」により、それぞれ周波数
ｆ２、ｆ２に対するものであることを示す。また、非線
形媒質１３の屈折率は、周波数ｆ１　とｆ２との周波数
差Δｆ＝ｆ、−ｆ、に対して十分に応答するものとする
。すなわち、周波数差Δｆは、非線形媒質１３の応答時
間の逆数より小さいものとする。この条件では、 φ１＝φ２＝φ δ、＝６２＝δ φ１ＮＬ＝φ２ＭＬ　＝φゞ１ とみなすことができる。これは、位相変化の項が具体的
には、 φ１＝ｎ−Ｌ・２π・ｆ１／Ｃ φ２＝ｎ−Ｌ・２π・ｆ２／Ｃ （Ｃは光速） であり、また、周波数差Δｆは、実際の非線形媒質の応
答時間を考えると数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ以下、共振器
長しが数ｐ〜数１０μｍ程度であるので、φ１−φ２　
＝ｎ−２π−Ｌ（ｆ＋−Ｌ）／ｃくく２　π となり、位相変化は周波数ｆ＋　、ｆｚに対して同一で
あるとみなすことができるからである。

したがって、周波数ｆ＋　、ｆｘのそれぞれに対する光
強度の入出力関係は、 ＝δ＋Ｐ　Ｏｕ　Ｌｅ　Ｉ　＋　Ｐ　Ｏｕ　ｔ＊　２＋
　２　　Ｐ　ｏｕｔｏ　ｌ　”　　１ｌｕｔ＊　２ＸＣ
Ｏ５（２π・Δｆ−ｔ＋０１□） ・・・・−・・・・（５） となる。ここでに３は比例定数であり、θ１２＝θｌ−
０２ である。また、光強度については、 Ｐ　ｏｕｔｏ　ｌ　”　Ｋ３　”　ｌ　ＥＯｕｔｅ　ｌ
　　ｌ　”Ｐ　ｏｕｔｏ　２　＝　Ｋ３　”　ｌ　Ｅｏ
ｕｔ＋　２’　１２Ｐ、、、、　　＝　Ｋ３・「Ｅい＊
　Ｉ　ｌ　”。

Ｐいｔ２　　＝に３・ＩＥｔイ、２１２と規格化した。

〔５）式により、位相変化が周波数差Δｆの周期で振動
することがわかる。これに伴い、入力光強度と出力光強
度との比、すなわちＰ。ｕｔｗｌ対Ｐ１ｒｌ＋１奔よび
Ｐ、□、２対Ｐ　ｉ　Ｒ１２が振動する。

第３図は、三波長入力時の入出力関係の計算結果の一例
を示す。、この図では、横軸を入力光強度Ｐ　ｌｔ＋ｅ
　Ｉとし、縦軸を出力光強度Ｐ。ｕｔ＊Ｉ　としている
。また、この図では、 ｃｏｓ　（２π・Δｆ−ｔ＋θ、２）＝±１のときの入
出力関係を実線で示す。任意の時刻における入出力関係
は、 ｌ　ｃｏｓ（２π・Δｆ−ｔ＋０１□）１≦１であるこ
とから、二つの実線の中間に位置する。

この計算では、 δ＝２．５ Ｒ＝０．７ ｐ　ｔｈ、　２　＝０．０２ とした。第３図には、光パルスＩ、が入力されないとき
の値、すなわちＰｉｎ＊２が零のときの値について、破
線により併記した。これは第２図の曲線と同じものであ
る。

この第３図に示した入出力関係を利用して、光パルスエ
、によるオン状態からオフ状態への切り替えが可能とな
る。まず、光強度Ｐ。の入力光■□だけが入力されてい
る状態で、ファブリペロ−共振器１がオンの状態である
とする。そこに、適当な光強度、例えばＰ　ｌ−、２＝
０．０２の光パルス■８を入力すると、ファブリペロ−
共振器１の人出力関係が第３図に示すように振動する。

この振動の間に、光強度Ｐ。の入力光■□に対して低出
力状態しかとることのできない瞬間が生じる。第３図を
参照すると、ＣＯ８（２π・Δｆ−ｔ＋θ１２）の値が
−１およびその近傍のときがその瞬間である。したがっ
て、この瞬間にファブリペロ−共振器１の出力状態がオ
ン状態からオフ状態に遷移する。−度オフ状態に遷移す
ると、この振動の間には高出力状態しかとることのでき
ない瞬間が存在しないので、出力はオン状態に戻ること
なく、そのままオフ状態を維持する。光パルスＩ、が消
去されて入出力関係が元に戻っても、ファブリペロ−共
振器１の出力状態はオフ状態のままとなる。すなわち、
光パルス■、により、オン状態からオフ状態への切り替
えを行うことができる。

このように、ファブリペロ−共振器１を双安定素子とし
て利用し、バイアス光である入力光ＩＲと位相および周
波数が同一の光パルスＩｓによりオフ状態からオン状態
にセットし、別の周波数の入力光重８によりオン状態か
らオフ状態にリセットすることができ、フリップヅロッ
プ動作を行うことができる。

第４図は本発明第二実施例光フリップフロップの構成を
示す。

この実施例は、ファブリペロ−共振器として半導体光増
幅素子１′を用いている。半導体光増幅素子１′は、構
造的には通常の半導体レーザ素子と同等のものである。

すなわち、活性層そのものが光強度により屈折率が変化
する非線形媒質であり、相対する端面がそれぞれハーフ
ミラ−となる。

ただし、電源４から動作時に供給されるバイアス電流が
、発振しきい値よりわずかに小さいことが半導体レーザ
素子と異なる。この素子に発振しきい値よりわずかに小
さい一部バイアス電流を供給すると、光双安定素子とし
て動作する。

半導体光増幅素子１′は、光に対して利得をもち、さら
にその利得に光強度依存性がある。このため、第一実施
例のファブリペロ−共振器とは人出力特性が少し異なる
。まず基礎となる光電場間の関係式は、 ＩＥｏｔ　＝　ｔ−Ｅ”（Ｌ） 、（６） となる。ここで、Ｅ　ｉ　Ｔｈ、ＥｏｕｔＳＥ”（０）
　、Ｅ”（Ｌ）、Ｅ−（０）　、Ｅ−（Ｌ）　、θ、ｒ
、ｔ、φおよびδの表記は、第一実施例の説明で用いた
ものと同一である。また、Ｇは光が共振器長しだけ進む
間に受ける利得、ｇは媒質の利得係数、αは媒質の損失
係数、ｇｏは未飽和利得係数、Ｐ□ｔは飽和光強度、ｂ
は屈折率の実数部の増加率と虚数部の減少率との比であ
る。ここでも、第一実施例と同様に、平均場近似を用い
た。これらの式を連立させて解くことにより、〔１）式
に対応する半導体光増幅素子１′の人出力特性、 Ｘｆσ・Ｅｔｎ・ｅｘｐ　〔ｉ（２πｆ　ｔ−φ＋θ）
〕−・（７） が得られる。

半導体光増幅素子１′は、その材質そのものが光強度に
より屈折率の変化する非線形媒質であり、第一実施例と
同様の位相変化φが得られる。したがって第一実施例と
同様に、定常的に入力されている光と位相および周波数
が等しい光パルスを入力することにより、半導体光増幅
素子１′をオフ状態からオン状態に遷移させることがで
きる。

次に、周波数の異なる光を入力する場合について説明す
る。その場合には、周波数差が十分に小さく、その周波
数差に対して半導体光増幅素子１′の非線形屈折率が十
分に応答できる場合の入出力関係が、 ＋２　　。ｕｔ＊ｌ・　。ｕｔ＋２ ｘ　ｃｏｓ　（２π・Δｆ−ｔ＋θ１２）・・　−（８
） となる。Ｇ、ｇ、φの表記は（６）式と同じである。

また、Ｐ　ｉＲ＋　ｌ　ｓ　Ｐ　Ｇｕｔｓ　ｌ　は周波
数ｆ、の入力光に対する入力光強度と出力光強度、Ｐ　
ｉｈ＋　Ｉ、ＰＯｕＬ＋１は周波数ｆ２の入力光に対す
る入力光強度と出力光強度、Δｆ＝ｊ、−ｆ２、θ１２
は二つの入力光の入力時の位相差である。ここでは、第
一実施例の場合と同様の理由により、各周波数の光に対
する位相変化は同一であるとしている。

（７）式および（８）式を参照すると、（７）式の位相
変化φおよび利得係数ｇが、（８）式の三番目の式で表
される光強度Ｐに従って振動することがわかる。この振
動に伴って、（８）式の最初と二番目の式で表される入
出力関係も振動する。この入出力関係の計算例を第５図
に示す。

第５図では、縦軸をＰ　Ｏｕｔ＋　Ｉ　／　Ｐ　ｓｕｔ
　ｓ横軸をＰ　１ｈ＋　ｌ　／　Ｐ　ｓｕｔとして入出
力関係を示す。この図において、 ｃｏｓ　（２π・Δｆ−ｔ＋θ１２）＝±１のときの値
を実線で示している。任意の時刻における入出力関係は
、これらの二つの実線の間に分布する。

この計算では、 Ｌ＝５００ｊＩＪＢ Ｒ＝０．３５ δ＝２．５ ｂ＝　　　５ α＝　　１０　ｃｍ″″′ ｇｏ　　＝　２９．５　ｃｍ″″Ｉ Ｐ＊−、ｚ／Ｐ□、　　＝　０．０００５とした。また
、第５図には、周波数ｆ２の入力光がないとき、すなわ
ちＰ　１ｈ、ｔ　ａ　＝００ときの入出力関係を破線に
より併記した。

第５図に示した入出力関係は、第３図に示した入出力関
係と同様の形態を示す。したがって、周波数ｆｌｓ光強
度Ｐａの入力光を定常的に半導体光増幅素子１′に入力
してふき、この入力光と周波数および位相が等しい光強
度Ｐｓの光パルスをセット用に使用し、これらの光と周
波数の異なる光パルスをリセット用に使用して、第一実
施例と同様にフリップフロップ動作を得ることができる
。

以上の実施例では、第一ないし第三の光注入手段として
、空間伝搬光を想定し、ハーフミラ−を利用して光路を
合致させる例を示したが、光の伝搬経路に光ファイバま
たは先導波路を用い、方向性結合器または波長多重伝送
に用いられる光合波器を用いても本発明を同様に実施で
きる。

また、定常的に注入される入力光とセット用の光パルス
とが別の光路を通過する例を示したが、出力強度が可変
の光源を用い、同一の光源から同一の光路で入力させて
も本発明を同様に実施できる。さらに、同一の光源から
の光をふたつに分岐し、その一方の光路を切り替えてセ
ット用の光パルスのオンオフを行っても本発明を同様に
実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光フリップフロップは、
電気信号を介することなく、光パルスでオン状態とオフ
状態との切り替えを行うことができる。したがって、応
答時間がきわめて高速な全光論理回路を得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例光フリツプフロツプの構成図
。 第２図はファブリペロ−共振器の入力光強度と出力光強
度との関係を示す図。 第３図は三波長入力時の入力光強度と出力光強度との関
係を示す図。 第４図は本発明第二実施例光フリップフロップの構成図
。 第５図は半導体光増幅素子の入力光強度と出力光強度と
の関係を示す図。 第６図は第一の従来例光フリップフロップの構造図。 第７図は特性を示す図。 第３図は第二の従来例光フリップフロップの回路図。 第９図は偏波双安定半導体レーザの注入電流に対する光
出力の特性を示す図。 １・・・ファブリペロ−共振器、１′・・・半導体光増
幅素子、２．３．１１．１２・・・ハーフミラ−１１３
・・・非線形素子、４・・・電源。 Ｉｓ　　　　　　　　　ＩＲ 蔦　１　会 島２図 Ｐｉｎ、２ 策３　口 Ｉｓ　　　　　　　　　　　　ＩＲ Ｐａｎｔ／Ｐｓ し− 薫　６　図 注入電見 墓　７　図 Ｍ　８　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対する二枚のハーフミラーの間に光強度により
   屈折率が変化する非線形媒質が挿入された構造のファブ
   リペロー共振器と、 このファブリペロー共振器に、このファブリペロー共振
   器の入力光強度と出力光強度との間でヒステリシス関係
   を生じさせる第一の周波数（ｆ＿１）の光を定常的に注
   入する第一の光注入手段と、上記第一の周波数の光と位
   相および周波数が等しい光パルスを上記ファブリペロー
   共振器の出力光強度が高レベルとなる入力レベルで上記
   ファブリペロー共振器に注入する第二の光注入手段と、
   上記第一の周波数と異なる第二の周波数（ｆ＿２）の光
   パルスを上記ファブリペロー共振器の出力光強度が低レ
   ベルとなる入力レベルで上記ファブリペロー共振器に注
   入する第三の光注入手段とを備えた光フリップフロップ
   。
2. （２）ファブリペロー共振器は、その発振しきい値より
   わずかに小さいバイアス電流が供給された半導体光増幅
   素子を含む特許請求の範囲第（１）項に記載の光フリッ
   プフロップ。