JPH02126236A - 光デバイス - 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］ 本発明は一般的に、光デバイスに関する。更に詳細には
、本発明はデータを電子的に全く変換することなく、光
の形でｔ’）込み、記憶および読出しｌる光メモリデバ
イスに関する。

［従来の技術］ 通信網および広帯域サービス用の要件が、高速および高
帯域幅で動作する各種部品類の能力に対する高い髪求を
出し続けていることは一般的に、認められている。この
新たな要件を清だすために、通信網で光フアイバ技術の
使用が増大している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、通信網は光信号で動作することのできない常用
の電ｒデバイスを依然として多数使用している。従って
、伝送される情報を処理するために、電子（；；壮から
光信号へ、および、光信号から、ｈ　Ｊ’　Ｕ　ＳＪ’
への変換が必髪である。

明らかに、必グな変換回数を減少させるデバイスは現時
点では得られないような効果をもたらすであろう。

現在、スイッチングエネルギの低い双安定光スイプチは
市販されている。このようなデバイスでは、光スイツチ
ングエネルギは光を吸収して光電流を発生させることの
できる材料を使用することにより得られる。光電流に応
答する電圧を半導体驕子ウェル領域を有する構造物に印
加し、半導体量子ウェル領域の吸光を光電流の変化に応
答して変化させる。更に、半導体量子ウェル領域の吸光
変化は光を吸収できる材料の吸光度に影響を及ぼし、非
線形および双安定光動作状態を発生する帰還回路を形成
することができる。

［課題を解決するためのｆ段］ 本発明は、電ｒ（５号に全く変換することなく、光の形
のままでデータを書込み、記憶および読出しする光メモ
リデバイスを提供する。読出し、リセットなどのような
実社機能は電−ｆ’　Ｔ＝段、光重・段またはこれらの
組み合オ）せにより行うことができる。メモリ機能に必
要な固有双安定性／ヒステリシスは飽和性吸収体を含む
レーザ構造物により得られる。

本発明は、メモリの読出しおよびリセットのためのレー
ザキャビティーに結合された、電ｒ的または光的に制御
される方向性カプラを使用する。

この読出し方法は、現在のどのデバイスにより得られる
効率よりも一層高い効率でメモリ状態を読み出すことが
できる。

要するに、本発明の光デバイスは次のような特別な素子
から構成できる。光利得手段；飽和性吸収体；静導波方
向性カプラ；スイッチ可能方向性カプラ；レーザメモリ
キャビティを形成するための−・対の反射面；スイッチ
可能方向性カプラの読出し−リセット制御に必認な電位
；または、スイッチ可能方向性カプラが光により制御さ
れるような場合には、読出し−リセット機能を開始させ
るための光信号・。

前記の素ｒ類はバルクまたは導波光デバイスの何れであ
ってもよく、また、混成形式で組み合わされた個別ユニ
ットまたは集積ユニットあるいはこれらの組み合わせの
何れであってもよい。各種素ｒを製造するために様々な
材料技術が存在する。

例えば、ＧａＡｓのような２元系、Ｉ　ｎＧａＡｓのよ
うな３元系、またはＩ　ｎＧａＡｓＰのような４元系の
゛１１導体材料により集積構造物を製造できる。光用途
に関するこれらの最高技術水準の材料技術は急速に発展
していることに注目しなければならない。混成の実現も
魅力的であり、これらの実現可能性は最近、半導体デバ
イス、ガラス光ファイバ、およびリチウム−ニオブ集積
光部品の組み合わせにより実証されている。

［実施例］ 以ド、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明する
。

第１図を参照する。ｔ、１ＮｂｏＪ、ＧａＡｓなどのよ
うな電子−光基板であるチップ１０は３本の導波路１２
，１４．１６を支持している。電子−光）、（板１０に
おける導波路１２は・端で第２のチップ１８に結合され
、他端は反射面２０に結合されている。第２のチップ１
８は光利得セクシＨン２２と飽和性吸収体２４とからな
る。第２の反射面２６がチップ１８の元利ｊリセクシげ
ンの端部に配置されている。導波路１２と併用されるチ
ップ１８および２枚の反射面２０．２６はレーザキャビ
ティーを形成する。反射面２０．２６は、反射面として
機能する分布帰還をもたらす屈折率の周期的変化を有す
る光格子、高度に研磨された表面などから構成できる。

チップ１８はレーザ様チップであり、利得領域２２とし
て作用するチップ部分に“ｉ電極が配設されている。長
さが数トマイクロである第２の領域２４は電極を全く有
さず、そして、飽和性吸収領域として機能する。

中央導波路１２は導波路１４と共に方向性カプラ２８を
形成する。また、導波路１６と共に第２の方向性カプラ
３０を形成する。方向性カプラの物理的位置は任意であ
る。これらのカプラは第１図に示されるように、チップ
ｌＯの中心に配置することもできるし、あるいは、中心
導波路１２に沿って別の位置に形成させることもできる
。

導波路１４．１６の端部には反射防止剤が塗布されてい
る。同様に、導波路１２の一端にも反射防１１−剤を塗
布し、そして、短い長さのファイバまたはバットカップ
リングによりチップ１８を導波路１２に接続させること
ができる。

方向性カプラ３０はデバイスの用途に応じて固定または
スイッチ１工能カプラとすることができる。

メモリが“８込み”されるべきものか、または、ユーザ
ーの制御で活性化されるような場合にはスイッチ可能カ
プラが有用である。固定カプラが使用される場合、メモ
リは自動的に活性化される。

選択される場合、−・膜内なカップリング効率は約２０
％である。デバイスを結合し、信号の受信と伝送を容易
にするため、ファイバのピグテール３４．３６を導波路
１４の端部に結合し、また、ファイバのピグテール３８
．４０を導波路１６の端部に結合することができる。

読出しコントロール４２を結合し、西向性カプラ２８に
印加される電圧を制御する。＋’Ｆ込みコントロール４
４を結合し、方向性カプラ３０に印加される電圧を制御
する。

本発明の“、１Ｆ込み”および“読出し”動作は次の通
りである。リセット状態から開始し、利得媒体２２を電
流注入によりバイアスレベルにまでポンピングする。こ
のバイアスレベルは、飽和性吸収体２４の飽和レベル以
下のレベルであり、従って、ミラー２０．２８により画
成され、かつ、導波路１２を含むレーザキャビティーの
レーザ作用の閾値以下のレベルである。従って、中心導
波路１２における光強度は極めて小さい。光データパル
スが導波路１６の入力導波路３８または４０で発生する
と（論理１の出現を意味する）、これはカプラ３０を介
して効率ηｑで中心導波路およびレーザキャビティー１
２にカップリングされる。

この先イ３号は反射面２０により反射され、飽和性吸収
体２４の方向へ向かう。この追加光エネルギは飽和性吸
収体に達すると、飽和され、そして、吸収体２４は透過
性になり、その結果、光エネルギは反射面２０と２６の
間を自由に通過する。従って、利得領域２２から放出さ
れた先エネルギは反射面２０により反射され、誘導放出
とレーザ作用を生起４−る。レーザ作用が開始されたら
、レーザ光エネルギレベルは飽和状態を維持するのに十
分なので、入力光信号はもはや本質である。従って、光
データは“、１Ｆ込まれ”、そして、レーザのレーザ発
光状態により光の形で維Ｌ）または記憶される。入来信
号が光の“ＯＦＦ″レベル（論理Ｏ）となった場合、レ
ーザは非レーザ発光状態に維持される。

本明細８において、′光”または“光エネルギ”という
用語を使用する場合、これらの用語は光子エネルギを含
むものとして理解されなければならない。光子エネルギ
は赤外から紫外に及ぶ範囲内またはファイバにより伝送
できる電磁スペクトルにおけるその他の全ての波長であ
ることができる。

記憶された情報を読むために、メモリ素ｒの光状ｆｍ　
（ミラー２０．２８で画成されるレーザキャビティー）
がスイッチ可能カプラ２８で検知される。通常、カプラ
２８は“ストレート−スルー”状態に調節される。すな
わち、光エネルギは通常、レーザを出さない。レーザ状
態を検知するために、スイッチ可能カプラ２８を読出し
コントロール４２によりクロスオーバー状態にセットす
る。カプラ２８がＬｉＮｂＯ３またはＧａＡｓで製造で
きるような電子−尤デバイスである場合、カプラのスイ
ッチ状態は適当な電圧をかけることにより選択される。

電子制御よりも光制御が所望の場合、チップ１０は有機
ポリマーまたはその他の光非線形材料から構成できる。

この場合、スイッチ可能カプラ２８は別の制御ビームに
より先約に活性化される。

カプラ２８が“クロスオーバー”状態の場合、レーザキ
ャビティー中に存４する光エネルギーは先導枝路１４に
移送され、そして、導波路１４のファイバ端３４．３８
から出ていく。導波路１４のファイバ端から出る光エネ
ルギは、メモリの状態により左右されることもある別の
操作の入力として使用するために、系の次の状態に結合
させることができる。所望により、光出力１３号も光検
出器に結合させ、信号の光状態（高／低）を電ｆレベル
に変換できる。

本発明では、カプラ２８によりレーザギヤビデイーから
得られる光出力（＋”＋”ｊはキャビティー中に存在す
る大多数の光ｒからなる。この先Ｙはキャビティーから
出力導波路１４に的接移される。従っ−Ｃ１このように
し゛Ｃ出力導波路１４に移された尤ｒの数は、光子が部
分的に反射する表面によりレーザキャビティーから移さ
れる場合の光子移送数よりも著しく多い。

読出し動作の結果、導波路１２内の光強度は低レベルに
まで落ち込み、そして、飽和性吸収体はレーザ作用を停
止ｌ・する。このようにして、レーザ作用が停ｉｌ・、
　シ、そして、メモリ素ｒはリセットされる。その後、
スイッチ可能カプラは読出しコントローラ４２により“
ストレートスルー”状態にセットバックされる。前記の
２種類の素ｒを組み合わせることにより不揮発性メモリ
デバイスを形成することができる。

所望により、導波路１４の両刃のファイバ端部３４．３
８から出来する光を一緒に合わせ、−層高い出力強度°
をもたらすことができる。あるいは、導波路１４の両方
のファイバ端部３４．３Ｂは２本の・１／行な出力端と
して使用することもできる。

同様に、導波路１６のファイバ端部３８または４０の何
れかを所望により入力端として利用するか、両方とも入
力端とし′Ｃ利用することもできる。導波路１６の両方
の端部を、源を異にする別々の入力端に結合する場合、
デバイスはこのメモリにおける論理ＯＲ動作の結果を記
憶する。

［′ｊｅ明の効果コ 以■−説明したように、本発明によれば、電子信号に全
く変換することなく、光の形のままでデータを書込み、
記憶および読出しする尤メモリデバイスが得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一例を例証する模式図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）記憶すべきデータ用のメモリとして機能する第１
   の状態または第２の状態を呈することのできるキャビテ
   ィーを有するレーザ； 記憶すべきデータを有する第１のまたは第２の状態に選
   択的に光的に前記レーザを発射するように結合された書
   込み手段；および レーザの状態を導波路に選択的に移すように結合された
   読出し手段； からなる光デバイス。
2. （２）レーザのキャビティーは第１の導波路からなり、
   また、前記書込み手段は前記第１の導波路と共に方向性
   カプラを形成する第２の導波路からなることを特徴とす
   る請求項１記載の光デバイス。
3. （３）前記方向性カプラは固定タイプであることを特徴
   とする請求項２記載の光デバイス。
4. （４）前記方向性カプラは制御可能であり、また、書込
   みコントロール手段は前記方向性カプラの動作を選択的
   に制御するように結合されていることを特徴とする請求
   項２記載の光デバイス。
5. （５）前記読出し手段は前記第１の導波路と共に第２の
   方向性カプラを形成する第３の導波路からなることを特
   徴とする請求項２記載の光デバイス。
6. （６）前記第２の方向性カプラは制御可能であり、また
   、読出しコントロール手段は前記第２の方向性カプラの
   動作を光的にまたは電子的に制御するように結合されて
   いることを特徴とする請求項５記載の光デバイス。
7. （７）前記レーザは光利得部材、およびレーザ用のキャ
   ビティーとして機能する導波路と連携する飽和性吸収体
   からなり；前記光利得部材、前記飽和性吸収体および前
   記導波路は２枚の完全反射面の間に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の光デバイス。
8. （８）第１の導波路、前記第１の導波路の一端に結合さ
   れた完全反射面、前記第１の導波路の他端と第２の完全
   反射面との間に間挿された光利得部材および吸光体、前
   記第１の導波路、吸光体、光利得部材および一対の完全
   反射面はレーザを発生し、このレーザは前記第１の導波
   路が前記レーザのキャビティーである場合に記憶すべき
   データ用のメモリとして機能する第１の状態または第２
   の状態で動作する； 前記第１の導波路と共に方向性カプラを形成するように
   結合された第２の導波路、前記第２の導波路により搬送
   された光入来データ信号は前記レーザを発射し、二つの
   状態のうちの何れか一方の状態で動作して入来信号を表
   し； 前記第１の導波路と共に第２の方向性カプラを形成する
   ように結合された第３の導波路；およびレーザキャビテ
   ィー中の光を前記第３の導波路に選択的に移すように結
   合された読出しコントロール手段； からなる光デバイス。
9. （９）前記第２の導波路の一端に結合された第１の入力
   および前記第２の導波路の他端に結合された第２の入力
   からなり、これにより論理ＯＲ動作の結果が光的に記憶
   されることからなる請求項８記載の光デバイス。