JPH0328833A - 光論理素子 - 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」 本発明は小型で動作速度の速い半導体光論理素子に関す
るものである。

「従来の技術」 従来、同一種類の光信号のみで動作する半導体光論理素
子は存在しなかった。例えば、同じ波長、同じ強度の光
パルス信号が入射される毎に光出力の状態を反転させる
、所謂、フリップフロツプ動作は実現できなかっ・た。

そこで光信号以外に電気信号を併用してフリップフロッ
プ動作を実現していた。第５図はフリップフロツブ動作
に用いられる光双安定素子の構造を示す断面図であり、
この図においてｌ　ａ，　１　ｂは上部電極、２はｐ型
半導体で構成されるクラッディング、３は半導体導波路
のコアを形成する活性層、４はｎ型半導体で構成される
クラプディング、５は下部電極である。図に示すように
、上部電極は分割されており、一方の電極１ａ（．：電
流が注入されない場合にはその＊ｉの下の活性層３は可
飽和吸収領域として働き、１ｔ！！方の電極１ｂに注入
される順方向電流対先出力には、所謂双安定特性が得ら
れる。第６図は電唖１ｂを流れる電流Ｉｔに対して得ら
れる光出力特性を表わしたもので、同特性は図に示すよ
うにヒステリシスカーブを痛く。通常の電極分離型半導
体レーザによって第５図の光双安定素子を構成すると、
第６図に示す電流１　ｂ＋，　Ｅ　ｂｔ，Ｉ　ｂｉは各
々３２ｍＡ，２　８ｍＡ，２　９．３ｍＡ程度となり、
光出力ＰＬ，ＰＵは各々約１０μＷ，Ｉ．５ｍＷとなる
。

そこで、電流■１を電流１ｂ＋と１ｂ３のほぼ中間の電
流１ｂｏに保持しておき、第５図に矢印によって示すよ
うに、光パルス信号Ｐを活性Ｒ３に注入する。これによ
り、■１の電流に換算して第６図の■ｂ１以」二になる
、光によるキャリアが励起されると、先出力はＰＬより
ＰＩＪに増加して保持状態となる。そして、次の光パル
ス信号Ｐによって光出力がＰ　Ｌまで減少すればフリッ
プフロツブ動作となるが、実際には、本光双安定素子の
状態は反転しない。そこで反転させる手段としてバイア
ス電流１ｂｏを一度１ｂｔまで減少させる。この電気信
号によって本光双安定素子はリセットされ元の状態に復
帰することとなる。第７図（イ）に光パルス信号Ｐを、
（口）にバイアス電流Ｉ１を、また、（ハ）に光出力を
示す。

「発明が解決しようとする課題」 上述したように、光双安定素子によるフリップフロップ
動作は、入射される光パルス信号Ｐに同期した電気信号
が必要となり、光パルス信号のみによる光フリツブフロ
ツブ動作は実現できなかった。

そこで本発明の目的は同一の光パルス信号のみに基づく
論理動作が可能な光論理素子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、光入ツノに対して光出力が双安定機能を有す
る光双安定素子の出力光の一部を、光遅延回路を介して
該光双安定素子の入力に加えることを特徴としている。

ここで、光遅延回路を介して入力に加える方向を、前記
光双安定素子の光導波路と直交する方向とする場合があ
る。

「作用」 本発明によれば、光双安定素子の光出力が光遅延回路を
介して同光双安定素子の入力に加えられ、これによって
光双安定素子の実質的なバイアスが変化する。この結果
、従来のものにおいて電流値を変化させた場合と同じ効
果が得られ、波形変換動作等の論理動作が可能となる。

「実施例ｌ」 以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する
。第１図は本発明の第１の実施例の構戊を示す図であり
、この図において、１１．１３は尤分岐・合流回路、１
２は第５図において説明した電極分離型半導体光双安定
素子、ｌ４は光遅延線による光遅延回路である。第２図
は第１図における光双安定素子ｌ２の注入電流対光出力
特性を示す図であり、第６図で説明したようにヒステリ
ンスカーブを描く。ここで、特性線Ｌ，は光遅延回路１
４を介した光フィードバックがない場合、特性線１−　
ｔは光フィードバックがある場合である。

次に、上記実施例の動作を説明する。今、双安定素子Ｉ
２のバイアス電流を第２図に示す電流■１ｏに設定する
。また、同素子ｌ２がオフの状態にあるとする。この状
態において、約５０μＷ以上のビークパワを持つ光パル
ス信号Ｐ（第３図（イ）参照）を光分岐・合流回路１１
へ入射させると、その光パルス信号Ｐが光分岐・合流回
路ｌ！を介して光双安定素子ｌ２へ入力され、同素子！
２の可飽和領域がブリーチングされ、同素子ｌ２がオン
となる。これにより、光出力が第２図のＰＬからＰｕｔ
へと増加し、以後、その値が保持される。

光出力ＰＵは、光分岐・合流回路１３によってその一部
のバワが光遅延回路１４へ導かれ、遅廷時間ｔ，を経過
した後、光分岐・合流回路１１を介して、光双安定素子
１２の入力に印加される。

この時、光双安定素子ｌ２はオンの状態にあり、そこへ
波長が同じで、かつ、ある程度強い光バワが注入される
と、光双安定素子１２のキャリアが哨費され、第２図に
特性線Ｌ１によって示すように、等価的に双安定特性が
高電流側にシフトする。

その結果、バイアス電流ｒｌｏでは光出力ＰＵを保持で
きなくなり、光双安定索子ｌ２は第３図（口）に示すよ
うにオフとなり、光出力はＰＬへと減少する。これによ
り、光遅延回路ｌ４を介した光フィードバックがほぼ０
となり、光双安定素子１２の特性が特性線Ｌ，の特性に
戻る。次に、光パルス信号Ｐが再び光分岐・合流回路ｌ
１を介して光双安定素子Ｉ２へ入力されると、上記と同
様にして素子ｌ２の光出力がＰＵに上昇し、時間ｔ１が
経過した時点で光出力がＰＬまで低下する。以下、光パ
ルス信号Ｐが入力される毎に同様の動作、すなわち、パ
ルス幅変換（伸張）動作が行なわれろ。

第３図（ハ）は、光遅延回路ｌ４による遅延時間ｔ，が
入力光パルス信号Ｐのパルス間隔より長い場合である。

なお、光遅延回路Ｉ４の遅延時間を適当１こ設定するこ
とによって、第１図の構成を多段縦続接続することがで
きることは言うまでもない。

「実施例２」 第４図はこの発明の第２の実施例の構成を示す平面図で
あり、フィードバック光を直接光双安定素子ｌ２の横方
向から注入する構造としたものである。光双安定素子１
２をＩ　ｎＧａＡｓＰ／　Ｉ　ｎＰの半導体で構成し、
クラプディングをＩｎＰで構成する場合には、出力光が
クラプディングで吸収されないため減衰が小さく、した
がって、注入効率がよい。通常の双安定レーザで実験ず
ると注入光は約１５０μＷ以上であればオフとなった。

またこの構成にすると、入力部で光合流回路を使用しな
いため挿入損失が小さくて済む利点があり、さ６に、出
力信号にリップルが乗らないというｆ’ｌ点もある。ま
た、複数の光注入信号でオフする構成とすることらでき
、さらに複雑な信号処理が可能となる。

なお、第６図においては、光遅延線を分岐して遅延量を
変化させる場合（符号ｌ５参照）や、外部から他の光信
号を注入する場合（符号１６参照）についても示してあ
る。

なお、上記第１，第２の実施例では光遅延回路１４を光
ファイバのイメージで描いてあるが、これを半導体基板
上にモノリシック的に構成できることは言うまでもない
。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明は光双安定素子の出力光の
一部を光遅延回路を介して入力にフィードバックする構
成としているので、次のようなｆｌ点を１辱ることがで
きる。

（１）簡単な構成で光論理素子を構成することができる
。

（２）遅延量を制御することによって、確実に論理動作
を実現することができる。

（３）同一の光一信号のみで波形変換動作が可能である
。

（４）多段接続動作が可能である。

（５）小さい入力信号光で動作し、出力先は大きいバワ
が得られる。

（６）サブナノ秒の高速動作が可能である。

（７）小型・集積化が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す一部段面図
、第２図は第１図における光双安定素子Ｉ２の特性を示
す図、第３図は同実施例の動作を説明するためのイミン
グチャート、第４図は本発明の第２の実施例の構成を示
す平面図、第５図は光双安定素子の断面図、第６図は第
５図に示す光双安定素子の特性を示す図、第７図は同光
双安定素子によるフリップフロップ動作を説明するため
の波形図である。 ＋１，１３・・・・・・光分岐・合流回路、ｌ２・・・
・・・光双安定素子、ｌ４・・・・・光遅延回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光入力に対して光出力が双安定機能を有する光双
   安定素子の出力光の一部を、光遅延回路を介して該光双
   安定素子の入力に加えることを特徴とする光論理素子。
2. （２）前記光遅延回路を介して入力に加える方向が、前
   記光双安定素子の光導波路と直交する方向であることを
   特徴とする光論理素子。