JPH02220037A - 光フリップフロップ及び光フリップフロップアレイ - 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、光信号によって駆動及び制御される光フリッ
プフロップ及び光フリップフロップアレイに関するもの
である。

（従来の技術） 従来の技術においては、光電変換を行わずに光フリツプ
フロツプ動作を行う装置は知られていない。従来の技術
を用いて等価な動作を行う場合の構成としては第２図に
示すような構成が考えられる。即ち、外部からの光セッ
トパルスＳと光リセットパルスＲのそれぞれをフォトダ
イオード等の光検出器ＤＥＴＩ、ＤＥＴ２によって検出
し、これらの光検出器ＤＥＴＩ、ＤＥＴ２のそれぞれの
出力信号を信号増幅器ＡＭＩ、ＡＭ２により増幅して、
電子回路により構成されるＲＳフリップフロップＥＦＦ
を駆動する。更に、その出力信号を半導体レーザ等の発
光素子Ｌｌ、Ｌ２を発光させるドライバー回路Ｄｉ、Ｄ
２に印加して光フッツブフロップ動作を行うものである
。

あるいは、第３図に示すように、光学的に出力を帰還さ
せて、光フリップフロップを構成することも考えられる
。図において、ＰＤａ、ＰＤｂはフォトダイオード、Ｌ
ｌａ、Ｌｌｂ、Ｌ２ａ。

Ｌ２ｂは半導体レーザ等の発光素子、Ｒｌａ。

Ｒｌｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは光フリップフロップとして動
作させるための調整用抵抗器、ＨＭＩ〜ＨＭ４はハーフ
ミラ−である。

前記フォトダイオードＰＤａのアノードは発光素子Ｌｌ
ａのアノードと抵抗器Ｒ１ａの一端側に接続され、発光
素子Ｌｌａのカソードは直流電源Ｖ−に接続され、抵抗
器Ｒ１ａの他端側は接地されている。フォトダイオード
ＰＤａのカソードは発光素子Ｌ２ｇのアノードに接続さ
れると共に抵抗器Ｒ２ａを介して直流電源■＋に接続さ
れ、発光素子Ｌ２ａのカソードは接地されている。フォ
トダイオードＰＤｂのアノードは発光素子Ｌ　１　ｂの
アノードと抵抗器Ｒ１ｂの一端側に接続され、発光素子
Ｌｌｂのカソードは直流電ＲＶ−に接続され、抵抗器Ｒ
１ｂの他端側は接地されている°。

フォトダイオードＰＤｂのカソードは発光素子Ｌ２ｂの
アノードに接続されると共に、抵抗器Ｒ２ｂを介して直
流電源Ｖ＋に接続され、発光素子Ｌ２ｂのカソードは接
地されている。

また、光セットパルスＳはハーフミラ−ＨＭ２を介して
フォトダイオードＰＤｂに入射され、光リセットパルス
Ｒはハーフミラ−ＨＭ４を介してフォトダイオードＰＤ
ａに入射される。発光素子Ｌｌａの出射光はフォトダイ
オードＰＤａに入射され、発光素子Ｌｌｂの出射光はフ
ォトダイオードＰＤｂに入射される。発光素子Ｌ２ａの
出射光はハーフミラ−ＨＭＩを透過して光出力Ｑになる
と共に、ハーフミラ−ＨＭＩとハーフミラ−ＨＭ２とを
介してフォトダイオードＩ’Ｄｂに入射される。発光素
子Ｌ２ｂの出射光はハーフミラ−ＨＭ　３を透過して光
出力Ｑ′になると共に、ハーフミラ−ＨＭ３とハーフミ
ラ−Ｉ（Ｍ４とを介してフォトダイオードＰＤａに入射
されるようになっている。

前述の構成からなる光フリップフロップに光セットパル
スＳが入射されると、フォトダイオードＰＤｂの逆バイ
アス電流が増加するため発光素子Ｌ２ｂの発光が停止し
て光出力Ｑ′がローレベルになり、フォトダイオードＰ
Ｄａへの入射光強度が低下する。これによりフォトダイ
オードＰＤａの逆バイアス電流が低下するので発光素子
Ｌ２ａが発光して光出力Ｑがハイレベルになる。この構
成は対称なので、次に光リセットパルスＲを入射すれば
光出力Ｑがローレベルになり、光出力Ｑ′がハイレベル
となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来技術による光フリップフロップでは
、動作時間が電子回路の動作速度の上限によって決まる
ので、光本来の特徴である高速性を十分に利用すること
ができず、光−電気あるいは電気−光の変換処理が必要
になり、同時に多数の信号を処理することが困難である
などの欠点がある。

本発明の目的は上記問題点に鑑み、光の高速性を活かし
た光フリップフロップと、同時に多数の信号を処理でき
る光フリップフロップアレイとを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために請求項り１）では
、一対の光双安定素子をホールド光、リセット光及びセ
ット光により駆動し、フリップフロップ動作を行う光フ
リップフロップにおいて、ホールド光とリセット光を入
射し、該リセット光の入射状態により出射光の状態が変
化するエタロン型光双安定素子を有する第１の光ゲート
と、セット光と前記第１の光ゲートの出射光を入射し、
前記セット光及び前記出射光の入射状態により透過光及
び反射光の状態が変化するエタロン型光双安定素子を有
する第２の光ゲートとを備えた光フリップフロップを構
成した。

また、請求項（２）では、光双安定素子を有する複数の
光フリップフロップからなる光フリップフロップアレイ
において、エタロン型光双安定素子を有する複数の光ゲ
ーとからなり、該複数の光ゲートのそれぞれに対応する
複数のホールド光と複数のリセット光を入射し、該複数
のリセット光のそれぞれの入射状態により該複数のリセ
ット光に対応した光ゲートからの出射光の状態が変化す
る第１の光ゲートアレイと、エタロン型光双安定素子を
有する複数の光ゲートからなり、該複数の光ゲートのそ
れぞれに対応する複数のセット光と前記第１の光ゲート
アレイの複数の出射光を入射し、前記セット光及び前記
出射光の入射状態により、前記セット光または前記出射
光に対応する光ゲートの透過光及び反射光の状態が変化
する第２の光ゲートアレイとを備えた光フリップフロッ
プアレイを構成した。

（作　用） 本発明の請求項（１）によれば、例えば、ホールド光が
常に第１の光ゲートに入射されているときに、リセット
光が第１の光ゲートに入射されると、該第１の光ゲート
の光双安定素子への入射光は高レベルになり、該光双安
定素子の光透過率が増加する。これにより、前記第１の
光ゲートにおいて、ホールド光は、はとんど減衰するこ
となく光双安定素子を透過するため、該光双安定素子に
よる前記ホールド光の反射光は減衰する。また、リセッ
ト光が入射されなくなると、前記光双安定素子の光透過
率は減少し、前記ホールド光は前記光双安定素子により
反射される。

ここで、第１の光ゲートから出射される前記ホールド光
の反射光が第２の光ゲートに入射されていると、第１の
光ゲートにリセット光が入射された際に第２の光ゲート
の光双安定素子への入射光は低レベルになり、該光双安
定素子の光反射率が増加する。また、前記第１の光ゲー
トへのリセット光の入射が断たれた後も、第２の光ゲー
トの光双安定素子の光反射率は増加した状態に保たれる
ため、第２の光ゲートに入射される第１の光ゲートから
出射された前記ホールド光の反射光は第２の光ゲートの
光双安定素子により反射され、この状態が保持される。

この後、セット光が第２の光ゲートに入射されると、該
第２の光ゲートの光双安定素子への入射光は高レベルに
なり、該光双安定素子の光反射率が減少し、該光双安定
素子に入射される第１の光ゲートから出射された前記ホ
ールド光の反射光は、はとんど減衰することなく第２の
光ゲートの光双安定素子を透過し、セット光の入射が断
たれた後もこの状態が保持される。これによりフリ・ノ
ブフロップ動作が行われることになる。

また、請求項（２）によれば、第１の光ゲートアレイの
複数の光ゲートに対応したホールド光が常に該複数の光
ゲートのそれぞれに入射されているときに、例えば第１
の光ゲートアレイの第１の光ゲートに対応したリセット
光が第１の光ゲートアレイに入射されると、前記第１の
光ゲートの光双安定素子への入射光は高レベルになり、
該光双安定素子の光透過率が増加する。これにより、リ
セット光が入射された第１の光ゲートアレイの第１の光
ゲートにおいて、ホールド光はほとんど減衰することな
く、光双安定素子を透過するため、該光双安定素子によ
る前記ホールド光の反射光は減衰する。また、前記第１
の光ゲートにリセット光が入射されなくなると、光双安
定素子の光透過率は減少し、ホールド光は光双安定素子
により反射される。

ここで、第１の光ゲートアレイから出射される前記第１
の光ゲートによる前記ホールド光の反射光が、対応する
第２の光ゲートアレイの第１の光ゲートに入射されてい
ると、前記第１の光ゲートアレイの第１の光ゲートにリ
セット光が入射された際に、対応する第２の光ゲートア
レイの第１の光ゲートの光双安定素子への入射光は低レ
ベルになり、該光双安定素子の光反射率が増加する。ま
た、前記第１の光ゲートアレイの第１の光ケートへのリ
セット光の入射が断たれた後も、対応する第２の光ゲー
トア１ノイの第１の光ゲートの光双安定素子の光反射率
は増加した状態に保たれるため、該光双安定素子に入射
きれる第１の光ゲートアレイから出射された前記第１の
光ゲートによるホールド光の反射光は、対応する第２の
光ゲートアレイの第１の光ゲートの光双安定素子により
反射され、この状態が保持される。

この後、第２の光ゲートアレイの第１の光ゲートにセッ
ト光が入射されると、該第１の光ゲートの光双安定素子
への入射光は高レベルになり、該光双安定素子の光反射
率が減少し、該光双安定素子に入射される第１の光ゲー
トアレイから出射された第１の光ゲートアレイの第１の
光ゲートによるホールド光の反射光は、はとんど減衰す
ることなく対応する第２の光ゲートアレイの第１の光ゲ
ートの光双安定素子を透過し、該第２の光ゲートアレイ
の第１の光ゲートへのセット光の入射が断たれた後もこ
の状態が保持される。これにより複数のフリップフロッ
プ動作が独立して行われる。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。図
において、Ｆはシングルモード光ファイバ（以下単に光
ファイバ）　、ＦＣＭＩ　ａ−ＦＣＭｌｄはファイバコ
リメータ、ＨＭＩ、ＨＭ２はハーフミラ−である。また
ＰＢＳＩ〜ＰＢＳ３は偏光面が水平な直線偏光を透過す
る偏光ビームスプリッタ、ＱＰＬＩ、ＱＰＬ２は四分の
一波長板、ＲＬＩ、ＲＬ２ａ、ＲＬ２ｂ、ＲＬ３はロッ
ド１／ンズ、ＢＯＤＩ、ＢＯＤ２は光双安定素子、ＯＧ
ｌ、ＯＧ２は光ゲート、ｓｐは光遮蔽板、ＬＡは半導体
レーザである。また、入力光はセット光Ｓとリセット光
Ｒと定常的なホールド光Ｈであり、セット光Ｓとリセッ
ト光Ｒは無偏光とし、ホールド光Ｈはその偏光面が水平
となるように半導体レーザＬＡにより発生される。

前記リセット光Ｒは、光ファイバＦ１ファイバコリメー
タＦＣＭ１ａを介して偏光ビームスプリッタＰＢＳＩに
入射されるようになっている。また、偏光ビームスプリ
ッタＰＢＳＩのリセット光Ｒと直交する光入射側には半
導体レーザＬＡから出射されているホールド光Ｈがロッ
ドレンズＲＬ３を介して入射されている。偏光ビームス
プリッタＰＢＳＩから出射されたリセット光Ｒとホール
ド光Ｈの結合光は、ハーフミラ−ＨＭＩにより反射され
て光ゲートＯＧＩのロッドレンズＲＬＩを介して光双安
定素子ＢＯＤＩに入射される。

また、光ゲートＯＧ１の側からハーフミラ−ＨＭＩに入
射され、該ハーフミラ−ＨＭＩを透過した光は偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳ２と四分の一波長板ＱＰＬＩとを透
過して光ゲートＯＧ２の一端側に入射され、さらにロッ
ドレンズＲＬ２ａを介して光双安定素子ＢＯＤ２に入射
される。光ゲートＯＧ２の他端側から出射する光は、四
分の一波長板ＱＰＬ２を介して偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳ３に入射され、該偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に
より反射される光はファイバコリメータＦＣＭ１ｄを介
して光ファイバＦに光出力Ｑとして出射される。

前記偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に四分の一波長板Ｑ
ＰＬＩの側から入射され、かつ偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳ２により入射方向に対して直交する方向に反射され
る光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳＩに光遮蔽板ＳＰ
を介して並設されたハーフミラ−ＨＭ２に入射される。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ２の側からハーフミラ−Ｈ
Ｍ２に入射され、該ハーフミラ−ＨＭ２により反射され
る光はファイバコリメータＦＣＭ１ｃを介して光ファイ
バＦに光出力Ｑ′として出射される。また、セット光Ｓ
は、光ファイバＦ５ファイバコリメータＦＣＭ１ｂ、ハ
ーフミラ−ＨＭ２、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２及び
四分の一波長板ＱＰＬ１を介して光ゲートＯＧ２に入射
されるようになっている。

第４図は第１図の構成例における光ゲートＯＧ２の拡大
図である。Ｍはミラー　ＮＬは非線形媒質層で、非線形
媒質層ＮＬと両側のミラーＭとでエタロン型光双安定素
子ＢＯＤ２が構成され、ロッドレンズＲＬ２ａ、ＲＬ２
ｂの間に光双安定素子ＢＯＤ２を配置して、全体として
光ゲートＯＧ２を構成している。ロッドレンズＲＬ２ａ
は光双安定素子ＢＯＤ２上で平行光が焦点を結ぶような
ものを、ロッドレンズＲＬ２ｂは光双安定素子ＢＯＤ２
からの出射光が平行光となるようなものをそれぞれ用い
ている。

次に、この光ゲートＯＧ２の作成方法を説明する。

まず、別に用意したＧａＡｓ基板上にＡ、ＱＧａ　　　
Ａｓを０．２μｍｓついで、７５ＡＯ，３３０，８７ のＡ、１７　　　Ｇａ　　　Ａｓ層と７５ＡのＧａＡｓ
層０．３３　　０．８７ を交互に１００層ずつ積層する。このＧａＡｓとＡｐ　
　　Ｇａ　　　Ａｓを交互に積層した部分かい０．３３
　　０．８７ わゆるＭ　Ｑ　Ｗ　（Ｍｕｌｔｆｐｆｅ　Ｑｕａｎｔｕ
ｍ　Ｗｅｌｌ）で、この構成の場合の非線形媒質層ＮＬ
となる。そして、９７ＡのＴｉｅ”層及び１５０ＡのＳ
ｉＯ層を交互に８層ずつ積層し、片側の反射率９８％の
ミラーＭとする。この片側のミラーＭと非線形媒質層Ｎ
Ｌの積層されたＧａＡｓ基板をミラーＭのある面を下に
して、ロッドレンズＲＬ２ａに接！する。

次に余分なＧａＡｓ基板をエツチングし、保護層である
０、２μｍのＡｉｌ　　　Ｇ　ａ　　　Ａ　ｓ層を露０
．３３　　０．８７ 出させる。この上に再び、９７ＡのＴ　ｌ　０２層及び
１５０ＡのＳ　Ｉ　Ｏ２層を交互に８層ずつ積層し、反
対側のミラーＭとする。さらに、もう一つ用意した、ロ
ッドレンズＲＬ２ｂにロッドレンズＲＬ２ａの光軸が一
致するように接着して光ゲー）ＯＧ２が完成する。この
場合の動作波長は０，８７μｍである。光ゲートＯＧ１
の作製方法も同様である。

このように作製した光ゲートＯＧ２．ＯＧ１の前後に第
１図に示したような各光部品を光軸が一致するように接
着して、光フリップフロップを構成することができる。

尚、水弟１の実施例では、ミラーＭをＴ　ｉＯ２／　Ｓ
　ｉＯ２の誘電体多層膜ミラーにより構成したが、これ
に限定されるものではなく、他にも、Ｚｎ５ｅ／ＮａＦ
・３Ａ、９　Ｆ３の組合わせ等の誘電体多層ミラーある
いはＣｒ、Ａｊ７．Ａｕ、Ａｇ等の金属あるいはそれら
の複合膜を用いて構成できることは言うまでもない。ま
た、非線形媒質層ＮＬをＧａＡｓ／ＡＪ２ＧａＡｓ系物
質で形成したが、これに限定されるものではなく、Ｇａ
ＩｎＡｓ／Ａ、ＱＩｎＡｓ等の組合せのＭＱＷ、ＧａＡ
ｓ、Ｉ　ｎＰ、Ｉ　ｎＳｂ、Ｉ　ｎＡｓ等の■−Ｖ族化
合物半導体、Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ等の
■−■族化合物半導体、Ｔｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＣｕＣ，
１７等の半導体、ＣｄＳ　　　Ｓｅ　　等１−ｘ　　　
Ｘ の半導体の直径１００Ａ程度の微粒子をガラス中に分散
して作製した半導体ドープガラス、ポリジアセチレン、
２−メチレン拳４ニトロアニリン等の非線形定数の大き
い有機材料を用いて構成できることは言うまでもない。

第５図に光双安定素子ＢＯＤＩの入射光強度−反射光強
度特性を、第６図（ａ）に光双安定素子ＢＯＤ２の入射
光強度−透過光強度特性を、第６図（ｂ）に光双安定素
子ＢＯＤ２の入射光強度−返討光強度特性をそれぞれ示
すと共に、光フリップフロップとして動作させるための
入射光強度の設定の割合いを示す。

第５図において、横軸は入射光強度Ｐｉｎを表わし、縦
軸は反射光強度Ｐｒを表わしている。またＰＯは光双安
定素子ＢＯＤ１の双安定しきい値、Ｈは定常的なホール
ド光の光強度、Ｔ１はリセット光の光強度、Ｐｒｈｌは
高反射状態における光双安定素子ＢＯＤ１のホールド光
に対する反射光強度、Ｐｒ、９１は低反射状態における
光双安定素子ＢＯＤＩのホールド光とリセット光の結合
光に対する反射光強度である。光双安定素子ＢＯＤＩは
入射光強度が、その双安定しきい値ＰＯを越えると低反
射状態になり、双安定しきい値ＰＯより低いと高反射状
態になる。

第６図（ａ）において、横軸は入射光強度Ｐｉｎを表わ
し、縦軸は透過光強度Ｐｔを表わしている。

第６図（ｂ）において、横軸は入射光強度Ｐ１ｎを表わ
し、縦軸は反射光強度Ｐ「を表わしている。第６図（ａ
）及び第６図（ｂ）において、Ｐ３．Ｐ４は光双安定素
子ＢＯＤ２の双安定しきい値、ＰｒＲ１は前述したよう
に光双安定素子ＢＯＤＩが低反射状態のときのホールド
光とリセット光との結合光に対する反射光強度、Ｐｒｈ
ｌは光双安定素子ＢＯＤ１が高反射状態のときのホール
ド光に対する反射光強度である。また、Ｔ２はセット光
の光強度、Ｐｔｈ２は高透過状態（−低反射状態）にお
いて、入射光が光強度Ｐｒｈｌを有するときの光双安定
素子ＢＯＤ２における透過光強度、ｐｔｈ２″は高透過
状態における光双安定素子ＢＯＤ２のセット光子反射光
強度Ｐｒｈｌに対する透過光強度、Ｐｔｊ！２は低透過
状態（−高反射状態）における入射光が光強度Ｐｒｈｌ
を有するときの透過光強度、Ｐｔ、Ｉ）２−は低透過状
態における入射光が光強度ＰｒｆＩｌを有するときの透
過光強度である。さらに、Ｐｒ　ｈ２は高反射状態にお
ける入射光が光強度Ｐｒｈｌを有するときの反射光強度
、Ｐｒｈ２−は高反射状態における入射光が光強度Ｐｒ
１１を有するときの反射光強度、ＰｒｆＩ２は低反射状
態における入射光が光強度Ｐｒｈ、１を有するときの反
射光強度、ＰｒＪ７２−は低反射状態における光双安定
素子ＢＯＤ２のセット光子反射光強度Ｐｒｈｌに対する
反射光強度である。

前記光双安定素子ＢＯＤ２は入射光強度Ｐ１ｎがその双
安定しきい値Ｐ４を越えると低反射状態になり、双安定
しきい値Ｐ３より低いと高反射状態になる。

本節１の実施例では、ホールド光の光強度Ｈとリセット
光の光強度Ｔ１との和が双安定しきい値ＰＯより大きく
なり、ホールド光の光強度Ｈが双安定しきい値ＰＯより
小さくなり、更に、反射光強度Ｐｒｈｌとセット光の光
強度Ｔ２との和が双安定しきい値Ｐ４よりも大きくなり
、反射光強度Ｐｒｈｌが双安定しきい値Ｐ４よりも小さ
く、かつ双安定しきい値Ｐ３より大きくなり、反射光強
度Ｐｒｊ７１が双安定しきい値Ｐ３より小さくなるよう
に、各入射光強度を設定しである。

次に、前述の構成からなる第１の実施例の動作を第７図
（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。図において、Ｐ
　１ｎｌ　、　　Ｐ　ｌｎ２はそれぞれ光双安定素子Ｂ
ＯＤＩ、ＢＯＤ２に入射される光強度を示し、Ｐｏｕｔ
ｌは光双安定素子ＢＯＤ２を透過し、四分の一波長板Ｑ
ＰＬ２、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３及びファイバコ
リメータＦＣＭ１ｄを介して光ファイバＦに出射される
光強度を示し、Ｐｏｕｔ２は光双安定素子ＢＯＤ２によ
り反射され、四分の一波長板ＱＰＬＩ、偏光ビームスプ
リッタＰＢＳ２、ハーフミラ−ＨＭ２及びファイバコリ
メータＦＣＭ１ｃを介して光ファイバＦに出射される光
強度を示している。

例えば、初期状態が、Ｐｏｕｔ　１　（Ｑ）がハイレベ
ル、Ｐｏｕｔ　２　（Ｑ−）がローレベルであるとする
。ここで、リセット光Ｒを光強度Ｔ１で入射すると、偏
光ビームスプリッタＰＢＳ　１によりリセット光Ｒの偏
光面が垂直な直線偏光成分とホールド光Ｈとが結合され
、この結合光がハーフミラ−ＨＭＩに入射され、該ハー
フミラ−ＨＭＩにて反射されて光双安定素子ＢＯＤＩに
入射される。これにより、光双安定素子ＢＯＤＩはスイ
ッチング時間経過後に、高反射状態から低反射状態に変
化し、それに伴って光双安定素子ＢＯＤ２への入射光強
度Ｐ　１ｎ２が低下する。この値は双安定しきい値Ｐ３
よりも低いのでスイッチング時間経過後に、光双安定素
子ＢＯＤ２は高反射状態に変化する。

この後にリセット光Ｒの入射を断つと、光双安定素子Ｂ
ＯＤ１はスイッチング時間経過後に高反射状態に変化す
る。これによりホールド光Ｈが光双安定素子ＢＯＤＩに
より反射されて、ハーフミラ−ＨＭｌ、偏光ビームスプ
リッタＰＢＳ２及び四分の一波長板ＱＰＬＩを透過して
光双安定素子ＢＯＤ２に入射される。このときの入射光
は四分の一波長板ＱＰＬ　１により円偏光になっている
。

また、このときの光双安定素子ＢＯＤ２への入射光の光
強度Ｐｒｈｌは双安定しきい値Ｐ３とＰ４の間にあるた
め、光双安定素子ＢＯＤ２は高反射状態を保持する。こ
れにより光双安定素子ＢＯＤ２による反射光強度Ｐｏｕ
ｔ　２　（Ｑ　”　）がハイレベルになり、光双安定素
子ＢＯＤ２の透過光強度Ｐｏｕｔ　１　（Ｑ）がローレ
ベルになる。この状態において、セット光Ｓを光強度Ｔ
２で入射すると、セット光Ｓはハーフミラ−ＨＭ２を透
過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に入射される。さ
らに、偏光ビームスプリッタＰＢ８２により光双安定素
子ＢＯＤＩの反射光と結合され、四分の一波長板ＱＰＬ
Ｉに入射され、該四分の一波長板ＱＰＬＩにより円偏光
されて光双安定素子ＢＯＤ２に入射される。これにより
、光双安定素子ＢＯＤ２はスイッチング時間経過後に高
反射状態から低反射状態に変化し、光双安定素子ＢＯＤ
２の透過光強度Ｐｏｕｔ　１　（Ｑ）がハイレベルにな
り、反射光強度Ｐｏｕｔ　２　（Ｑ　−）がローレベル
になる。ここで、ファイバコリメータＦＣＭ１ｄからの
光出力Ｑは、四分の一波長板ＱＰＬ１．ＱＰＬ２及び偏
光ビームスプリッタＰＢＳ２．ＰＢＳ３によってホール
ド光Ｈの成分のみとなる。この後にセット光Ｓの入射を
断つと光双安定素子ＢＯＤ２への入射光強度は減少する
が、この入射光は双安定しきい値Ｐ３よりも大きい光強
度Ｐｒｈｌを有しているため、光双安定素子ＢＯＤ２は
低反射状態を保持する。

前述した入出力の関係は電気回路のＲＳフリップフロッ
プと同じになる。

第８図は本発明の第２の実施例を示す構成図である。図
において、Ｆはシングルモードの光ファイバ、Ｆ　ＣＭ
　１　ａ　＝　Ｆ　ＣＭ　１　ｅはファイバコリメータ
、ＭＰＩは内部に反射ミラーＭｌａ、Ｍｌｂを有する複
合プリズム、ＭＰ２は内部に反射ミラーＭ２ａを有する
複合プリズム、ＯＧＩ、ＯＧ２は光ゲートである。

光ゲートＯＧＩ、ＯＧ２は前述した第１の実施例と同様
にして作成される。ここで、ロッドレンズＲＬ１ａ、Ｒ
Ｌ１ｂ、ＲＬ２ａ、ＲＬ２ｂは半径方向に屈折率二乗分
布を有し、端面が光学軸に対して垂直な形状を有するも
のである。また、光ゲートＯＧＩ、ＯＧ２の光双安定素
子ＢＯＤＩ。

ＢＯＤ２は第１の実施例と同様の特性を有するものであ
る。また、入力光はセット光Ｓとリセット光Ｒと定常的
なホールド光Ｈである。７本第２の実施例と第１の実施
例との相違点は、ホールド光Ｈとリセット光Ｒをそれぞ
れ光双安定素子ＢＯＤ１の対向する側より入射し、光双
安定素子ＢＯＤ１によるホールド光Ｈの反射光とセット
光Ｓをそれぞれ光双安定素子ＢＯＤ２の対向する側より
入射すると共に、各光成分の分離を光学系の軸ずらしに
よって行っている点にある。この軸ずらし光学系は、屈
折率二乗分布を有するロッドレンズＲＬ１ａ、ＲＬ１ｂ
、ＲＬ２ａ、ＲＬ２ｂを用いて、軸に平行にロッドレン
ズＲＬ１ａ。

ＲＬｌｂ、ＲＬ２ａ、ＲＬ２ｂの一端側の端面に入射し
た光はすべて他端側の端面の中心（−軸心）に集光する
ように構成されている。即ち、光ファイバＦを導波し、
ファイバコリメータＦＣＭ１ａで平行光とされたリセッ
ト光Ｒは、ロッドレンズＲＬ１ａにより光双安定素子Ｂ
ＯＤＩの一方の面の中心に集光される。また、光ファイ
バＦを導波し、ファイバコリメータＦＣＭ１ｂで平行光
とされたホールド光Ｈは複合プリズムＭＰＩを透過し、
ロッドレンズＲＬ１ｂにより光双安定素子ＢＯＤ１の他
方の面の中心に集光される。さらに、光双安定素子ＢＯ
ＤＩにより反射されたホールド光Ｈは複合プリズムＭＰ
１の反射ミラーＭｌａ、Ｍｌｂにより反射された後、光
ゲー）ＯＧ２のロッドレンズＲＬ２ａにより光双安定素
子ＢＯＤ２の一方の面の中心に集光される。このとき、
光双安定素子ＢＯＤ２の一方の面にてホールド光Ｈが反
射されると、このホールド光Ｈは複合プリズムＭＰ１を
透過し、ファイバコリメータＦＣＭ１ｃを介して光出力
Ｑ′として光ファイバＦに出射される。

また、光双安定素子ＢＯＤ２をホールド光Ｈが透過する
と、この透過光はロッドレンズＲＬ２ｂにより複合プリ
ズムＭＰ２の反射ミラーＭ２に入射され、該反射ミラー
Ｍ２により反射された後、ファイバコリメータＦＣＭ１
ｄを介して光出力Ｑとして光ファイバＦに出射される。

さらに光ファイバＦを導波し、ファイバコリメータＦＣ
Ｍ１ｅで平行光とされたセット光Ｓは複合プリズムＭＰ
２を透過し、ロッドレンズＲＬ２ｂにより光双安定素子
ＢＯＤ２の他方の面の中心に集光される。

また、前述した各構成部分は、光双安定素子ＢＯＤＩを
透過したリセット光Ｒの光路と光双安定素子ＢＯＤＩに
入射するホールド光Ｈの光路及び光双安定素子ＢＯＤＩ
により反射されたホールド光Ｈの光路とが一致しないよ
うに、光双安定素子ＢＯＤ２を透過したセット光Ｓの光
路と光出力Ｑ゛に対応する光路とが一致しないように、
さらに、光双安定素子ＢＯＤ２により反射されたセット
光Ｓの光路と光出力Ｑに対応する光路とが一致しないよ
うに配置されている。

前述の構成よりなる本節２の実施例の動作は第１の実施
例の動作と同様であるが、前述した軸ずらし光学系を構
成しているため、偏光ビームスプリッタ、四分の一波長
板等が不要となり損失の少ない構成が可能となる。また
、光学系設定の自由度が増加し、即ち、ファイバコリメ
ータの位置調整と装着を容易に行うことが可能となり、
フリップフロップ動作を容易に行わせることができる。

尚、第１の実施例と同様にホールド光Ｈを発生する半導
体レーザを組込むようにしてもよい。

第９図は本発明の第３の実施例を示す構成図である。図
において、第１の実施例と同一構成部分は同一符号をも
って表す。即ち、ＰＢＳ　１〜ＰＢＳ３は偏光面が水平
な直線偏光を透過する偏光ビームスプリッタ、ＨＭＩ、
ＨＭ２はハーフミラ−ＱＰＬｌ、ＱＰＬ２は四分の一波
長板、ＭＬＡｌ、ＭＬＡ２ａ、ＭＬＡ２ｂはマイクロレ
ンズアレイ、ＢＯＤＩ、ＢＯＤ２は光双安定素子である
。

前記マイクロレンズアレイＭＬＡＩと光双安定素子ＢＯ
Ｄ１により光ゲートアレイ０Ｇ１０が、マイクロレンズ
アレイＭＬＡ２ａ、ＭＬＡ２ｂと光安定素子ＢＯＤ２に
より光ゲートアレイ０Ｇ２０が構成される。

前記光ゲートアレイ０ＧＩＯの各光ゲートに対応したリ
セット光Ｒとホールド光Ｈが偏光ビームスプリッタＰＢ
ＳＩに互いに直交するように入射される。さらに偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳＩによって結合された後に、ハー
フミラ−ＨＭＩによって反射され、光ゲーｈ　’７レイ
０ＧＩＯの各光ゲートに入射される。また、光ゲートア
レイ０ＧＩ０の各光ゲートにより反射され、該ハーフミ
ラ−ＨＭＩを透過した光は偏光ビームスプリッタＰＢＳ
２と四分の一波長板ＱＰＬＩとを透過して、対応する光
ゲートアレイ０Ｇ２０の光ゲートの一端側に入射される
。光ゲートアレイ０Ｇ２０の各光ゲートの他端側から出
射する光は、四分の一波長板ＱＰＬ２を介して偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳ３に入射され、該偏光ビームスプリ
ッタＰＢＳ３により反射される光は各光ゲートに対応し
た光出力Ｑとして出射される。

前記光ゲートアレイ０Ｇ２０の各光ゲートの一端側に入
射された光の各光ゲートによる反射光は、偏光ビームス
プリッタＰＢＳ２により反射され、ハーフミラ−ＨＭ２
に入射され、さらにハーフミラ−ＨＭ２により反射され
て、光ゲートアレイ０Ｇ２０の各光ゲートに対応した光
出力Ｑ゛とじて出射される。また、光ゲートアレイ０Ｇ
２０の各光ゲートに対応したセット光Ｓはハーフミラ−
ＨＭ２を透過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に
より反射され、四分の一波長板ＱＰＬ２を透過して、光
ゲートアレイ０Ｇ２０の各光ゲートの一端側に入射され
るようになっている。

第１０図は第９図における■の部分の拡大図で、ＭＬ２
ａ、ＭＬ２ｂのそれぞれは１つのマイクロレンズを示し
ている。

前述の構成では複数の光双安定素子が二次元的に並列に
配置されているものと等価であり、空間的に複数の光フ
リップフロップが集積されていることになる。この各々
の光フリップフロップの動作は前述した第１の実施例と
同様である。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）及び（２）によれば
、光信号を電気信号に変換することなく、光信号によっ
て光信号を制御するため、光本来の特徴である高速性を
充分に生かすことが可能になる。

また、光学部分を一体化し、モジュール化することによ
り取扱いも容易になり他の装置への組込みも簡単にでき
るようになる等の利点を有する。

また、各請求項による光フリップフロップ及び光フリッ
プフロップアレイを応用することにより１、カウンタ、
コンパレータ等の電子回路を光回路で構成することも期
待できる。

更に、請求項（２）によれば、上記効果に加えて、ファ
ブリペロ−構造の二次元性を活用して複数の光信号を同
時に独立して処理することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
第１の従来例を示す図、第３図は第２の従来例を示す図
、第４図は第１図の一部拡大図、第５図は光双安定素子
の入射光強度−透過光強度特性図、第６図（ａ）は光双
安定素子の入射光強度−透過光強度特性図、第６図（ｂ
）は光双安定素子の入射光強度−反射光強度特性図、第
７図（ａ）及び第７図（ｂ）は実施例におけるフリップ
フロップ動作の説明図、第８図は本発明の第２の実施例
を示す構成図、第９図は本発明の第３の実施例を示す構
成図、第１０図は第３の実施例の一部拡大図である。 ＨＭＩ、ＨＭ２・・・ハーフミラ−ＰＢＳＩ、ＰＢＳ２
．ＰＢＳ３・・・偏光ビームスプリッタ、Ｆ・・・シン
グルモード光ファイバ、ＦＣＭＩ　ａ−ＦＣＭｌｅ・・
・ファイバコリメータ、ＬＡ・・・半導体レーザ、ＱＰ
ＬＩ、ＱＰＬ２・・・四分の一波長板、ＯＧｌ。 ＯＧ　２−・・光ゲート、ＲＬＩ、ＲＬ２ａ、ＲＬ２ｂ
。 ＲＬ３・・・ロッドレンズ、ＢＯＤＩ、ＢＯＤ２・・・
光、−双安定素子、０ＧＩＯ，０Ｇ２０・・・光ゲート
アレイ、Ｍ　Ｌ　Ａ　１　、　Ｍ　Ｌ　Ａ　２　ａ　、
　Ｍ　Ｌ　Ａ　２　ｂ−ｖイクロレンズアレイ、ＮＬ・
・・非線形媒質、Ｍ・・・ミラーＭＰＩ、ＭＰ２・・・
複合プリズム。 特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の光双安定素子をホールド光、リセット光及
   びセット光により駆動し、フリップフロップ動作を行う
   光フリップフロップにおいて、 ホールド光とリセット光を入射し、該リセット光の入射
   状態により出射光の状態が変化するエタロン型光双安定
   素子を有する第１の光ゲートと、セット光と前記第１の
   光ゲートの出射光を入射し、前記セット光及び前記出射
   光の入射状態により透過光及び反射光の状態が変化する
   エタロン型光双安定素子を有する第２の光ゲートとを備
   えた、ことを特徴とする光フリップフロップ。
2. （２）光双安定素子を有する複数の光フリップフロップ
   からなる光フリップフロップアレイにおいて、エタロン
   型光双安定素子を有する複数の光ゲーとからなり、該複
   数の光ゲートのそれぞれに対応する複数のホールド光と
   複数のリセット光を入射し、該複数のリセット光のそれ
   ぞれの入射状態により該複数のリセット光に対応した光
   ゲートからの出射光の状態が変化する第１の光ゲートア
   レイと、 エタロン型光双安定素子を有する複数の光ゲートからな
   り、該複数の光ゲートのそれぞれに対応する複数のセッ
   ト光と前記第１の光ゲートアレイの複数の出射光を入射
   し、前記セット光及び前記出射光の入射状態により、前
   記セット光または前記出射光に対応する光ゲートの透過
   光及び反射光の状態が変化する第２の光ゲートアレイと
   を備えた、 ことを特徴とする光フリップフロップアレイ。