JPH01502615A - 光スイッチ - 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】 光スィッチ 本発明は元スイッチに関する。それは特に光ロジックや信号処理に用いられる。

光ロジックや信号処理におけるスイッチとして、半導体光素子を用いることが知 られている。それらは、低い電力レベルで動作するように、物理的には信号処理 システムの中で倣小なスペースしか取らず、光通信においてはその中で適合する 波長で動作するように設計することができ、また将来的には他の光学要素とモノ リシックに集積することができるという点で有用である。

受動素子または増幅素子がスイッチとして用いられる。レーデのような増幅素子 の固有の利得は、システムにおける付加的な増幅の必要を低減させるから、受動 素子に比べて増幅素子は有利である。更に増幅素子は、平均的に受動素子に比べ て１０３倍程度低い電力レベルでスイッチするように設計することができ、容易 に利用することができる。

半導体レーデは普通、周期律表のｌ族とＶ族の元素の化合物から成長させたウェ ーハによシ構成される。

レーザ・ウェーハは、選択的ドープによ）、活性領域の近くにｐｎ接合が形成さ れる。フォトンは、接合を横切る駆動電流のもとて電子−正孔（キャリア）対の 放射再結合によシ、活性領域で、生成される。クエーＩ・物質の屈折率を変える ことによシ、そして／または７ｔトダイオードの電流分布を制御することによシ 、生成される７ｔトンはフォトダイオードに沿う導波領域に導かれる。導波領域 への帰還は、例えばレーザの反射端面によシ（ファプリーペロー型レーデの場合 ）、または活性領域の近くにある界面におけるひだによシ（分布帰還型レーザの 場合）、なされる。元デバイスの材料選択の一つの要素は、今日の通信システム で広く用いられているシリカ光ファイバが、はぼ０．９μｍ。

１．３μｍおよび１．５５μｒｎＶＣ極小の損失をもつという事実にある。従っ て、波長範囲０．８〜１．６５μｍ、特に０、８〜１．　Ｏｐｒｎと１．３〜１ ．６５　μｍの範囲での光を用いた動作時に好ましい特性を示すことが、素子に とって特別に必要となる。（これらの波長は、ここでの全ての波長と同様、特に ことわシがない限シ、真空中の波長である。）そのような好ましい特性をもった 光スィッチの製造に適していると見出された材料は、ガリウム書ヒ素、インジウ ム・ガリウム・ヒ素、ガリウム・アルミニウム・ヒ素、インジウム・リン、そし て四元素物質であるインジウム・ガリウム・ヒ累・リン（Ｉ　ｎ　ｘ　Ｇ　ａ　 １−　ｘ　Ａｓ　ｙ　Ｐ　１−７　）を含むｉ−ｖ族半導体材料である。四元素 物質については、Ｘとｙを適当に選択することによシ、波長に対応するバンドギ ャップを選びながら、素子の中で近くにある上記材料の中の他の１−■材料と格 子整合をとることができる。

光エネルギーが半導体レーデの活性領域に入シ、駆動電流が供給されると、駆動 電流がレーザ動作に必要なしきい値電流以下でも光増幅が生じる。入力と出力の 光強度の間の関係は非線形であシ、出力強度が、入力強度がある適当な値になる 二値の間で急速にスイッチングするという、双安定性を示す。その非線形性は、 活性領域の材料の屈折室変化によシ生じる。増幅を受ける入力光は、自由キャリ ア濃度を低−減させ、従って利得を低減させる。屈折率は、クレーマーズ・クロ ーニツヒの関係（Ｋｒａｍｅｒｓ　Ｋｒｏｎｉｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　 ）に従って利得と共に変る。次に、入力光の増幅度は、入力波長と活性領域物質 の屈折率の間の関係に依存する。それ故もし、屈折率が変シ入力改長が一定なら ば、増幅度は変シ、従って出力光強度が変る。

入力光強度と出力光強度の関係は、活性領域物質の屈折率に影響する他の要素、 即ち温度によシ複雑になる。レーデ駆動条件と入力光は共に、温度に影響がある 。結局のところ、利得、屈折率、駆動電流および入力光の相互作用は、複雑であ って、特定の素子についてこれを詳しく記述することは困難である。

受動素子および増幅素子での入力光変化に応答する双安定スイッチング動作は、 ＡＮＤ１０ＲダートやＮＡＮＤ／ＮＯＲｒ　−）のような光ロジックに利用する ことができる。もし双安定性が、入力光の増大に応じた出力光の急激な増大を含 むのであれば、その素子はＡＮＤｌｏＲｒ　−）としての用途に適している。も し双安定性が、急激な減衰を含むのであれば、その素子はＮＡＮＤ／ＮＯＲゲー トとしての用途に適している。そのような特性のいずれかをもりて動作するであ ろう素子は知られている。例えば、単純な、受動７アプリ・ペロー共振器（＊ｔ ａｌｏｎ　）は、伝達盤（ｉｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　）でＡＮＤ１０Ｒ ダートとして動作することが可能であシ、一方、レーザは反射型（ｉｎ　ｒｅｆ ｌｅｃｔｉｏｎ　）でＮＡＮＤ　／　ＮＯＲゲートとして動作することが可能で ある。（１伝達型”とは、素子の入力端と出力端が素子の相対向する端面にある 場合をいい、１反射型”とは、入力端と出力端が同じ端面にある場合をいう）。

一つの増幅素子が、ＡＮＤ　／　ＯＲ論理ダートとして、或いはＮＡＮＤ　／Ｎ ＯＲ論理ダートとして用いられることは。

いまや見出された。

本発明の目的は、ＡＮＤ１０Ｒ１６理ゲートとして、或いはＮＡＮＤ　／　ＮＯ Ｒ論理ダートとして用いられる元スイッチを提供することにおる。

本発明によれば、光スィッチは、反射型で用いられる半導体レーザ増幅器と、離 調された（　ｔ＠ｔｕｎｅｄ　）光スイツチング信号をその増幅器に結合させる 手段と、レーデ発振のしきい値電流よシ小さい駆動電流をその増幅器に供給する 手段とを備える。上記駆動電流は、第一の値で増幅器がＡＮＤ１０Ｒｗａ埋ゲー トとして動作し、第二の値で増幅器がＮＡＮＤ　／ＮＯＲ＃ａ理ｒ−）として動 作するような、少くとも二つの異々る値の一方となるように選択される。

増幅器は、ファプリ・ペロー製レーデまたは分布帰還型（ＤＦＢ　）レーデによ シ構成される。いずれの場合も、スイッチング信号はその波長でレーザの共振が 避けられるように、離調されねばならない。好ましくは、その波長は増幅器が強 い利得を示す値の一つに選ばれる。ファプリ・ペロー型レーデの場合には、その スイッチング信号はレーデの空胴共振からずれるように離調されねばならない。

ＤＦＢレーデの場合には、そのスイッチング信号はストップ・バンド（５ｔｏｐ 　ｂａｎｄ　）の短波長側の出力ピークからずれるように離調されねばならない 。

ここで、ストップ・バンドの語は、通常のように、ブラッグ条件を満たし、素子 が殆んどのまたは全ての入力信号を伝達するよシは反射するように動作するよう な、ＤＦＢ素子への入力信号の波長範凹をいう。

本発明の実施例による光スィッチは、反射型の受動素子の使用に関連して知られ ている利益、即ち背面ｔ１２ＪＭコーティングを用いて臨界入力強度を低くでき るという利益を受けることが・できる。

素子は受動的であるよシは能動的であるから、用いられる動作パラメータ上有用 な少なからぬ制御がある。

本発明の一実施例による光スィッチを、最良の実例として、添付図面を参照して 説明する。

図１は、その光スィッチと、これにスイッチング信号を供給する手段と、そのス イッチのスイッチング信号に対する応答を検知する手段との概略構成を示す。

図２１と２ｂは、それぞれＡＮＤ１０Ｒダートとして、およびＮＡＮＤ　／ＮＯ Ｒゲートとして動作するときの、図１のスイッチの光スイツチング信号に対する 光出力応答の概略図を示す。

図３は、図１の元スイッチの入力光強度と出力光強度の関係を示す。

図４は、図１のスイッチの特殊な動作条件での光スイツチング信号に対する光出 力応答の概略を示す。

図５は、図１のスイッチのスペクトル応答を示す。

図６〜図８は、図１のスイッチの高周波正弦波入力信号に対する応答を示す。

図９は、図１のスイッチを用いて構成した光時分割多重化装置の概略構成を示す 。

図１に示されるように、スイッチは、反射型で用いられる二重チャネルのブレー ナ型埋込みかテロ構造（ＤＣＰＢＨ）レーデ増幅器１によシ構成される。光スイ ツチング信号は、減衰器７を組合せた同調可能なレーデ・ソース２から供給され る。

ソース２と増幅器１の間に設けられたビームスプリッタ３は、ソース２０党出力 の一部をスイッチング信号モニタ６に偏向させ、増幅器１の出力の一部を出力信 号ソニタ５に偏向させる。ソース２と増幅器１の間の相互作用は、ビームスグリ ツタ３とソース２の間にあるアイソレータ８によシ与えられ、また減衰器７はソ ース２の出力を変調して制御可能なスイッチング信号を得るために用いられる。

（ソース２と減衰器７はこの実施例では、例えば動作中の光通信システムによ〕 搬送される信号を事実上構成するような入力信号に模しである。） 増幅器１は、反射防止膜のない、２００　Ｊ１ｍ長の、ＩｎＧａＡｍＰ活性層を もつ工ｎＰによシ構成された７アプリ・ペローＤＣＰＢＨレーデである。室温で のしきい値電流は１５、７　ｍＡであシ、放射波長は１５０８　ｎｍである。そ のレーデは、活性領域の断面積が０．４μｍである。

ソース２は、回折格子によシ同調された単一モード信号を出す外部共振型レーデ である。このレーデは、反射防止膜がコートされた、波長１４５０〜１５８０　 ｎｍのアイソレータ８は、共に６０　ｄＢ分離を与える二つの分離素子によシ与 えられる。ソース２から増幅器１への最大結合パワーは、増幅器１で誘起される 光電流から推定されるように、数百μＷが得られる。ビームスプリッタ３は単純 なコーティングしていないガラス面によシ構成され、高速のＰＩＮプリアンプを 組合せることによシ（図示しない）、同調可能なソース２を直接変調して１００ 　ｐｔｅｃの一時的な分析によってスイッチング速度を測定できるようになって いる。

スイッチを動作させる方法を次に説明し、その結果につき１ｍ論する。

ソース２はチェーニングされて、増幅器１の空胴共振から位相変化−０，３π、 または隣接する共振そ−ドから３０％ずれた単一／＃ス（即ち反射のない）に対 応する量疋は離調された、強いゲインを示す信号を出す。駆動電流とスイッチン グ信号の選択的な組合せによシ、増幅器１は三つの異なる仕方で光学的双安定性 を示すようになる。

図２１に示されるように、増幅器１がレーデ発振しきい値利得の０．９５倍の実 質上の利得を得るような駆動電流を用いることによシ、増幅器１はＡＮＤ１０Ｒ 論理ダートとして用いられる第１の型の動作を示す。図において、増幅器出力信 号強度１Ｘ、′は、入力スイッチング信号強震”Ｉ、’″に対してプロットしで ある。いずれの強度も、基準強度１に、′　を用いて規格化しである。”　Ｉ　 ｊＩ　、”は、’　Ｉ、／１．　’に対して反時計回シのヒステリシス・ループ １０を示すことが認められる。

そのループ１０は、’　ＩｉＡ、”の増大に応答したステップ上昇９を含む。も し、”　Ｉ、／Ｉ、　’″がステップ上昇９よシ小さいある値（Ｂよシ小さい） からそれよシ上のある値（Ｃよシ大きい）に増大すると、’　Ｉ０／Ｉ、”は低 いレンジの値（ｂよシ低い）からよシ高いレンジの値（Ｃよシ高い）にスイッチ するであろう。これらの′″Ｉ　０／Ｉ　、”についての二つのレンジはそれぞ れ、′論理０″出力と１論理１”出力を表わすために用いられる。

もし、”　Ｉ、／Ｉ、　”が入ってくる二つの二値論理信号、（ｌ）と（ｉＤの 和を表わすならば、＠１”と１０１入力を表わす信号の値は次のようにして選択 することができる。

１、　ＡＮＤダート動作 （１）と（１１）がそれぞれ、＠Ｏ”入力としてはゼロまたは取るに足らぬ強度 であシ、 （Ｄと（ｉＤがそれぞれ単独で、１１″入力としてはヒステリシス゛・ループ１ ０の中にあるレンジ（人からＢ）内の＠Ｉｉ／Ｉ、　’″に等価な強度をもち、 加算された（１）と（１１）の１１１入力がＣよシ大きいＩ、／Ｉ、”に等価な 強度をもつ場合は、 次のような論理テーブルを与える。

（１）と（１１）がそれぞれ、加”入力としてはゼロまたは取るに足シぬ強度で あシ、 （ｉ）と（１１）がそれぞれ単独で、゛ｌ′″入力としてはＣよシ大きい＠１１ ７’ｌ、　”に等価な強度をもつ場合は、次のような論理テーブルを与える。

テリシス・ループ１０の一部として生じることが認められる。ステップ下降１１ は、”　Ｉ／Ｉ、　”が臨界値Ｃ′まで落ちたときに生じる。もし、Ｃ′よシ大 きい＊　Ｉ　、／Ｉ　、１″としての１直が１論理１″出力を表わす範囲をとる ならば、上述のようにスイッチは瓜ダートとして動作するが、メモリ特性をもつ ことが認められる。なぜなら、＠１０７Ｉ、−が一度１論理１“出力を示すと、 入ってくる信号の一つが１０”入力に落ちたとしても、′Ｉメ工、′は１論理１ ″出力を示し続けるからである。入ってくる信号が共に＠０′″入力に落ちたと きにのみ、＠　１．／Ｉ　、１１はステップ下降１１に達し、°論理０′出力に スイッチするであろう。これは、次の論理テーブルで表わさく１）と（ｉｉ）は 、組合せの時系列的順序において示されるよう力論理テーブルを持つ （＋３と（ｉＤの値の１−１という組合せの後は、組合せ１−０と０−１は交互 に起シ得ることが理解されるであろう。ここではしかしながら、１−０組合せの みが示されている。そして次のメモリ特性をもつ論理テーブルにおいては、１− ０から０−１への連続するスイッチングが増幅器のＯ−０条件を通シ、メモリ特 性を失うという実際上の危険を避けることが示される。

更に、メモリ特性は、次に示すように、増幅器１に元バイアス（１１ｐを供給し て、′１”入力としての（１）と（１１）の値を変えることによシ、変調するこ とができる。

４、バイアスされたメモリ特性をもりＡＮＤ　ｒ　−）動作光バイアスＧｉＤが Ａよシわずかに大きい”　Ｉ、／Ｉｌｌ”に等価な強度を持ち、 （＋）と（ｉＤはそれぞれ、＠０”入力としてはゼロまたは取るに足りぬ強度を 持ち、 中と□ｉ）はそれぞれ単独では、＠１”入力としては、ＯｉＤがグラスされたと き、Ｂよシ小さい＝　Ｉｌ／Ｉ、　’″に等画表強度を示すが、その強度の２倍 にＯｉＤがグラスされたときにはＣよシ大きい＠Ｉ、／Ｉ、　”に等側力強度を 示すような強度を持つ場合は、 次の論理テーブルを与える。

オン　０　０　０ オン　０１　０ オン　１　０　０ オン　１　１　１ オン　１　０　１ オン　００　１ オフ　０　０　０ 光バイアス（１１Ｄは、次のようにメ七り特性をもつＯＲダート動作を得るため に用いることもできる。

光バイアスが上記４におけると同様の強度を持ち、（：）と（ｉＤがそれぞれ″ ″０″０″入力はゼＨまたは取るに足シぬ強度を持ち、 （１）と（ＩＤがそれぞれ単独では、′１“入力としては、ＧｉＤをプラスして Ｃよシ大きい”　Ｉ、／Ｉ、　”に等価な強度を示すような強度を持つ場合、 次のような論理テーブルを与える。

バイアスＱｉＤ　（ｉ）　（ｉｉ）　’工メＩ、”オン　０　０　０ オン　０　１　１ オン　１　０　１ オン　１　１　１ オン　１　０　１ オン　０　０　１ オフ　０　０　０ 図２ｂに示されるように、増幅器１の固有の利得を、レーザ発振のしきい値利得 の０．６５倍とする駆動電流を用いた場合、増幅器１は、ＮＡＮＤ　／ＮＯＲ論 理ダートとして利用され得る第２のタイプの作用を示す。図においては再び、と もに１に、′″に対して規格化されて、”１”は”Ｉ、”に対してグロットされ ている。この場合”Ｉ、／Ｉ、”は＠ＩｏＡ１が＠Ｉ、／Ｉ、”に応答して時計 回シのヒステリシス・クーｆ１２を示し、このループ１２は、”１１／Ｉｓ’の 増加に応答するステップ下降１３と、＠Ｉｉ／１１の減少に応答するステップ上 昇１４を含むことが認められる。

１論理１″および１論理０”出力として１工。Ａ、′の値の範囲を、例えばそれ ぞれＧからＩｔで、およびＥからＦまでを選ぶことによって、増幅器１は上述の ような、ただし反転論理出力を持つスイッチとして動作するであろう。ヒステリ シス・ルーｆ１２のゼロ１！〆！、′に関する方向と位置から、光／？バイアス １ｖ）を用いることが好ましい。光ノ々イアス（１ｖ）を用いないと、１！−８ ”の１論垣０”出力値をつくる”　Ｉ、／Ｉ、　’の値の範囲がｇがらｈｔでと 、Ｋ’からｈ′までの二つある。例えば雑音や誤動作の原因となるあいまいさを 避けるためには、光バイアス（１ｖ）は、スイッチをして、あいまいさをもたら す”　Ｉ　ｏ／／Ｉｓ　”の範囲ｇ′からｈ′の外部に動作範囲を持っていくよ うに、ｈ′よシ大きい”　Ｉｉ／Ｉ、　”に等価な値に設定すべきである。光／ ９イアス（１ｖ）を用いることによシ、増幅器は次のような動作子−ドを示す。

６、　ＮＡＮＤゲート動作 光バイアス（ｉＶ）が、”Ｉ　７Ｉ　ｓ”の゛論理１”出力をつくるｅ′のすぐ 上で、ヒステリシス・ループ１２の下にある”　１１／Ｉ、　”に等価な強度を 持ち、入ってくるバイナリ論理信号中と（１１）のそれぞれが、１０″入力とし てはゼロまたは取るに足シぬ強度を持ち、（１）と（１１）がそれぞれ単独では 、１１′″入力としては。

（１いをプラスしたときに、′！。／１．′の１論理１′″出力をつくるがヒス テリシス・ループ１２の下にある、・′からＣの範囲の”Ｉ、／Ｉ、”に等価で あシ、ただしその強度の２倍プラス（１■）が、′！〆Ｉ３”の１論理Ｏ″出力 をつくるｇからｈの範囲の＠　Ｉ　、／Ｉ　、　”に等価な強度となる強度をも つ場合には、 次の論理テーブルを与える。

バイアス（ｉＶ）　（ｉ）　ｌｉ）　“工。／工、′オン　００　１ オン　０　１　１ オン　１　０　１ オン　１　１　０ バイアス（１いと、それぞれ入ってくるバイナリ論理信号中と（１１）の相対値 を変化させることによシ、メモリ特性を持つＮＡＮＤゲート動作もまた、次のよ うに実現光バイアス（１■）が上記６におけると同様の強度を持ち、 入ってくるバイナリ論理信号（：）と（ｉｉ）がそれぞれ、１０′″入力として は、ゼロまたは取るに足シぬ強度を持ち、（１）と（１１）それぞれ単独では、 ′１”入力としては、（１ｖ）をグラスしたときにヒステリシス・ループ１２円 の・からｆの範囲にある＠　ｌ、７１．　ｊｌに等価であシ、一方その強度の２ 倍に（１ｖ）をプラスしたときに”　ＩＶＩ、　”の１論理Ｏ”出力をつくるｇ からｈまでの組部にある１工メｘ、　ｌｌ＋に等価であるような強度である場合 は、次の論理テーブルを与える。ここでｍと（１１）は、テーブルに示されるよ うな組合せの時系列的顆序において値を持つ。

バイアス（ＩＶ）　（ｊ　）　（１０”’　Ｉ　７Ｉ　ｓ　”オン　０　０　１ オン　１　０　０ オン　０　０　１ 光バイアス（ｉＶ）が、ヒステリシス・ルーｆ１２のすぐ下のｅ′からｅまでの 範囲にある″Ｉ、／Ｉ、”に等価な強度をもち、 （１）と（１１）がそれぞれ、＠０″入力としては、ゼｒ：Ｉマたは取るに足シ ぬ強度を持ち、 （１）と（１１）がそれぞれ単独では、′１”入力としては、その強度プラス（ ＋Ｖ）　ｔたはその強度の２倍プラス（１ｖ）が、＠Ｉ、／’Ｉ、　”の”論理 ｏ”をつくるｇからｈまでの範囲にある”　Ｉ、／Ｉ、　”に等価であるような 強度である場合は、 次のよう表論理テーブルを与える。

オン　００　１ オン　０　１　０ オン　１　０　０ オン　１　１　０ オン　１　０　０ オン　０　０　１ とが注目されるであろう。しかしながら、よシ高い光バイアス（１ｖ）の値を導 入することによシ、以下のように、ＮＡＮＤ動作、ＮＯＲ動作共にメモリ特性を 示す。

９、変調された、バイアスされたメそす特性を持つＮＡＮＤｒ−）動作 光バイアス（ｉｖ）が、ヒステリシス・ループ１２の中にある、・からｆまでの 範囲内の”　Ｉ　ｉ／Ｉ　ｓ　’″に等価な強度を持ち、 （１）と（１１）がそれぞれ、上記７におけると同様の強度を持つ場合、 次のような論理テーブルを与える。ここで（１）と（ｎ）は、テーブルに示され る組合せの時系列的順序において値を持つ。

バイアス（１■）　中　（ｉｉ）　＠Ｉ、／Ｉ、”オン　０　０　１ オン　０　１　１ オン　１　０　１ オン　１　１　０ オン　１　０　０ オン　０　０　０ 光バイアス（１ｖ）および（ｉ）と（ｉＤが共にゼロのとき、１■。／ＩＪは出 力値を出すというよシは、全くリセットされることが見られるであろう。これは １論理０”および”論理１′として選ばれる１！。／１．′の範囲ＥからＦおよ びＧからＨは、ゼロを含まないからである。

光バイアス（１ｖ）が上記９におけると同様の強度を持ち、 （１）と（１１）がそれぞれ、上記８におけると同様の強度を持つ場合、 次のような論理テーブルを与える。

バイアｘ　（ｉｖ）　（１）　（Ｕ）　１！。ｙｒ、′オン　０　０　１ オン　０１　０ オン　１　０　０ オン　１　１　０ オン　１０　０ オン　０　０　０ オフ　０　０　リセット 図３を参照すれば、上述したスイッチング動作は、増幅器１に供給される駆動電 流に影響されるけれども、＠Ｉ、／Ｉ、　”と”Ｉ、／Ｉ、　’の関係から導か れると思われる。この関係は、動作時の増幅器利得の、増幅器のレーザ発振しき い値利得に対する比ｇ／ｇｔｈによシ表わされた超勤電流値の範囲に対してプロ ットされている。

ｇ／ｇｔｈの値が０．８５およびそれ以上の高い範囲では、その関係は開放され た、上向きのルーｆｘｓを示すことが認められる。０．７およびそれ以下の低い 値の範囲では、その関係は開放された、下向きのループ１６を示す。実際、下向 きのループ１６は、ｇ／ｇｔｈが大きくなって０．７４を含む値て起こる。これ らのループ１５゜１６は、Ｉ　ＯＡ　、の値が双安定性を示す範囲であシ、図２ ａおよび２ｂのヒステリシス・ループＩｏ、１２を導入する範囲にあると考えら れる。（王女定性ではなく、双安定性がおこるのは、ループ１５．１６のＩｉ／ ！方向と逆方向の連結部が不安定であるからである。）ｇ／ｇｔｈの値が０．７ ４と０．８５の間にある範囲では、その関係は閉ループ１７を示し、増幅器１は 第３の型の振舞いを示す。図４を参照すると、この閉ループ１７は、”　Ｉ　／ Ｉ　ｓ　’″の二つのステップ下降を伴う二重ヒステリシス・ループ１８を示す 。ループ１８の第一の部分１９は、時計回多方向に（入力の増大に対応して）通 シ、第二の部分２０は反時計回多方向に（入力の減少に対応して）通る。

図２から４の規格化された強度を光入力パワーレベルに変換するには、上述の増 幅器１にとりて、基準強度工はおよそ８×１０５Ｗ／儂２の値をもつ。増幅器ダ イオードの活性断面全体で、これは、係１８Ｘ１０　ＸＯ，４Ｘ１０”−１２Ｗ または３．２　Ｘ　１０−３Ｗに相当する。それ故、図３から、ｇ／ｇｔｂの高 い方の値０．９５で、開放の上向きループ１５は、はぼ！、が１６μＷと６４μ Ｗの間でできることが認められる。しかしながら、ν’ｇ　ｔ　ｈの低い方の値 ０．７では、開放の下向きループ１６は、はぼＩｔが１００μＷと１２０μＷの 間でできる。光学的双安定性を得るに必要な、これらの！、のよシ高い値は、関 連したｇ／ｇｔｈのよシ低い値の結果であることが予想される。ここに、トレー ドオフがある。もし、ソース２が増幅器１の壁側共振に近い信号をつくるように 同調されると、光学的双安定性はＩｉのよシ低い値で得られるが、ループ１５． １６は寸法が小さくなる。逆にもし、ソース２の離調が大きくなると、光学的双 安定性は！、のよシ高い値で得られるが、ループ１５．１６は大きくなる。

光学的双安定性と関連するループ１５．１６の寸法および工、の値に影響を与え る他め要素は、増幅器１０反射端面の反射率である。即ち、増傷器１の１背”面 は、入力ポートとしても出力ホードとしても作用しない。この面の反射率を増す ことによシ、例えば高反射率のコーティングを利用することによシ、得られる光 学的双安定性の深さを増すことができる。即ち、＠論理０″出力と１論理ｌ”出 力を表わすためにとられる”　Ｉ／工ｓ”の値の範囲をよシ離れて存在するよう に選択することができる。しかしながら、同時に、光学的双安定性が生じる！、 の値の範囲が増大する。（図１の構成におけるようにコーティングしない場合、 増幅器１０反射端面はおよそ３０チの反射率を持つ。）図３のヒステリシス・ル ープに関する更なる情報は、固定入力パワーに対する増幅器１のスイクトル応答 の計算によシ得られる。図５を見ると、”　Ｉ、／Ｉ、　”を０．０３に固定し 、図示のようにｇ／ｇｔｈの値と、入力信号の増幅器空胴共振からの離間位相φ に対してプロットされたスペクトル応答曲線は、利得ｇ／ｇｔｈが０．８および ０．９の点で図３のヒステリシス・ループに対応するループ２１を示す。利得ｇ ／ｇｔｈが０．７および０．６では、スペクトル応答曲線は、受動的な７アプリ ・ペロー素子で見られるそれと似ている。

本発明の一実施例による光スィッチのスイッチング速度は、時間と共に正弦波状 に変化する光入力信号に対する素子応答を見ることによシ、評価することができ る。

図６，７および８を参照すると、計算された各場合について、光出力応答が、° 定常状態の入力信号に関して（グラフ（ａ）　）　、および周期が約１．７　ｎ ５ｅｃのキャリア再結合時間の４，８および１２倍の正弦波入力信号に関して（ グラフ（ｂ）から（ｄ））示されている。（ここでの定常状態の信号とは、繰返 し速度がｋＨｚまたはこれよシ小さいオーダの信号である。）　ｇ／ｇｔｈＯ値 は各図で異なっておシ、図６，７および８でそれぞれ０．９゜（Ｌ８および０． ７である。各図の最初のグラフ（ａｌは、図３にプロットされた曲線の一つに対 応する。

正弦波信号に対して観察された素子応答がら、少くとも光スィッチがＡＮＤ　／ 　ＯＲダートとして用いられる場合の安定な利得状態間のスイッチング時間は、 キャリア再結合時間のオーダーであるように思われる。それ故、スイッチが動作 する最高クロック速度は、ナノ秒のスイッチング時間で制限されるであろう。

素子応答曲線上には、強度スノ母イク２２が観測される。これらは、光入力強度 の変化に起因する増幅器１の固有の屈折率の変化から生じると理解される。図８ の場合、これらのスノクイク２２は下向きであ）、痕跡のみとなっていることが 認められる。

図９を参照、すると、本発明の実施例による光スィッチ２６は例えば光学的時分 割スイッチングにおけるアレイに用いられる。Ｌ　ｉ　ＮｂＯ、方向性結合器マ トリクスを用いて読出しゲート２３および書込みダート２４を構成して、ビット ・インタリープ形式で時間多重化された、ディジタル的にコード化された４つの ６４Ｍｂ／Ｓカラービデオ信号が、本発明の実施例による光スィッチ２６によ多 構成された時間スイッチ２５に供給される。

書込みグ゛−ト２４は２５６　Ｍｂ／Ｓの時間多重化信号を各スイッチ２６に順 次に供給する。スイッチ２６は各々はそれから、要求されるシーケンスに従って 読出すことができ、時間スイッチングが戊しとげられた。

光スィッチ２６は光クロツク信号を用いることによシ、リセットすることができ る。

他の応用として、本発明の実施例による光スィッチは光発生器に利用することが できた。到来ディジタル信号とクロックツ４ルスを先に挙げた二つの到来バイナ リ論理信号（１）および（１１）として用いて、到来ディジタル信号を実際に発 生し前方に送信することができる。

本発明の一実施例が上に述べた全ての特徴を含むことは必要ではない。特に、増 幅器１としてファプリ・ペロー型レーデダイオードを用いることは必要ではない 。代シに例えば、ＤＦＢレーザダイオードを用いることができる。

特表千１−５０２６１５　（９） 国際調査報告 １Ｍｅ＋ａｌｌ＋ＩＭＩ　ＡＢ＃＋。１１．２．。　ＰＣ？’Ｇ二ε７／Ｃ○９ ０５ＳＡ　１９ε９７

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．反射型で用いる半導体増幅器と、この増幅器に離調された光入力スイッチン グ信号を結合させる手段と、前記増幅器に駆動電流を供給する手段とを備え、前 記駆動電流は、前記増幅器がＡＮＤ／ＯＲ論理ダートとして動作できる第一の値 と、ＮＡＮＤ／ＮＯＲ論理ダートとして動作できる第二の値の、二つの異なる値 のいずれか一方を持つように選択することができる光スイッチ。
2. ２．増幅器はレーザにより構成され、駆動電流はそのレーザの発振しきい値電流 以下にある請求項１記載の光スイッチ。
3. ３．増幅器はファプリ・ペロー型レーザにより構成され、そのスイッチング信号 はそりレーザの空胴共振から離調されている請求項２記載の光スイッチ。
4. ４．増幅器は分布帰還型レーザにより構成され、そのスイッチング信号はそのレ ーザのストップバンドの短波長側の出力ピークから離調されている請求項２記載 の光スイッチ。
5. ５．増幅器の反射端面は高反射率のゴーティングが施されている先行する請求項 のいずれかに記載の光スイッチ。
6. ６．先行する請求項のいずれかによる光スイッチを用いて構成された光時分割ス イッチ。
7. ７．先行する請求項のいずれかによる光スイッチを用いて構成された光信号発生 器。
8. ８．図１から８のいずれかを参照して先に実質的に記述された光スイッチ。