JPH0578809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光交換機や光情報処理装置等の論理
演算・記憶要素として重要な光双安定半導体レー
ザ装置に関する。

（従来の技術） 大量の情報信号を高速に処理するための超高速
の論理演算、記憶デバイスの研究が精力的に続け
られている。従来、電気信号の論理演算、記憶を
行うデバイスとしてはカレント・スイツチを基本
ブロツクとしたカレント・モード・ロジツクが知
られており、更には近年GaAsFET、高電子移動
度トランジスタ（HEMT）やジヨセフソン接合
素子等を用いた超高速論理演算、記憶デバイスの
研究が進められている。しかしながら、画像情報
等の２次元的な大量のデータの高速デジタル情報
処理を電気信号で行うには演算速度、消費電力等
の面で限界がある。また、光伝送信号の交換機等
では光を一担電気信号に変換することによる帶域
制限、歪、波長情報の消失等の問題がある。この
ため高速で広帯域で、２次元並列の情報処理にも
親和性のある光信号を光のままデジタル情報処
理、記憶することのできる光論理演算、記憶デバ
イスの実現が望まれている。このような光論理演
算、記憶デバイスとしては、雑誌オプテイカル・
エンジニアリング（Optical Engineering）19巻、
1980年463〜468ページに記載されているような半
導体エタロンによる光双安定素子や昭和59年度電
子通信学会総合全国大会論文集S17−15に記載さ
れているような光双安定半導体レーザ等が考えら
れる。このうちでは、自身で発振、増幅機能を有
する光双安定半導体レーザが大きな可能性を持つ
ており期待されている。現在この光双安定半導体
レーザを用いて光論理演算又は記憶を行う装置
（本明細書では光双安定半導体レーザ装置と称す
る。）は、昭和59年度電子通信学会総合全国大会
論文集S17−13に記載されているように時分割光
交換機の光メモリ等として実際にシステムの中で
用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、従来の光双安定半導体レーザ装置に
は、光信号の速度が上昇するにつれてトリガ光レ
ベルが増大するという問題がある。そこで、従来
のその装置では、使用できる光信号速度の上限は
数100Mb／ｓ程度と考えられており、Gb／ｓ程
度以上の高速の光信号の演算、記憶には問題があ
つた。

そこで、本発明の目的は、光信号の演算及び記
憶が高速に行える光双安定半導体レーザ装置の提
供にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、共振器内部に電流注入領域及び電流
非注入領域がある光双安定半導体レーザと、前記
電流注入領域にバイアス電流を与える手段とが備
えてある光双安定半導体レーザ装置において、前
記電流非注入領域にバイアス光を印加する手段が
設けてあることを特徴とする。

（発明の作用・原理） ここでまず光双安定半導体レーザの動作に付い
て図面を用いて説明する。

第２図ａは、光双安定半導体レーザの具体例を
示す断面図である。その構造は通常用いられる電
流注入形の半導体レーザとほぼ同じであり、例え
ば、GaAlAs／GaAsやInGaAsP／Inを材料とす
るダブルヘテロ接合構造のレーザーである。但
し、電極が一様ではなく、一部に電流の注入され
ない部分が存在していることが通常の半導体レー
ザとは異なつている。上記電流の非注入領域は可
飽和吸収体として働くので本図の光双安定半導体
レーザでは注入電流対光出力特性にに双安定特性
をもたせることができる。なお、電極を不均一に
するかわりに、発光領域である活性層の部分に不
均一性をもたせ、一部に可飽和吸収領域を設置す
ることにより同様な双安定特性をもたせることが
できる。これらの光双安定半導体レーザでは注入
電流ｉを適当に選ぶことによつて、外部からの注
入光に対する出射光の特性にも双安定特性が得ら
れる。このような光双安定半導体レーザの詳細は
前述の昭和59年度電子通信学会総合全国大会論文
集S17−15に於いて詳しく述べてある。

第２図ｂ，ｃ，ｄは同図ａの光双安定半導体レ
ーザの動作を説明するための図である。第２図ｂ
は入射光量Pin＝０とした時の注入電流ｉと出射
光量P_putの関係を示す図である。すなわち注入電
流ｉをi_pから増加させたときにはｉ＝i_aで急激に
出射光量P_putが増加し、逆に注入電流ｉをi_tから
減少させた場合には出射光量P_putはｉ＝i_cで急激
に減少するようなヒステリミス特性を示し、ｉ＝
i_bにおいて出射光量P₀およびP₁の２つの安定点Ａ
及びＢがある。

第２図ｃは同図ｂにおいて注入電流ｉ＝i_bとし
た時の入射光量P_ioと出射光量P_putの関係を示す図
である。すなわち出射光量P_put＝P₀の第１の安定
点Ａにある時に入射光量P_ioを０から増加させた
場合は出射光量P_putはP_io＝P_aで急激に増加し、以
降入射光量P_io＝P_tから減少させた場合には出射
光量P_putはほとんど減少せずに出射光量P_put＝P₁
の第２の安定点Ｂに移る。第２図ｃにおける点
Ａ，Ｂはそれぞれ同図ｂにおける点Ａ，Ｂと同一
の点を表す。第２図ｄは注入電流ｉおよび入射光
P_ioにたいする光双安定半導体レーザの動作を表
にして示したものである。注入電流ｉがi_bで入射
光Pにが０である場合には、光双安定半導体レー
ザーは前に書き込まれたデータに応じて第２図ｂ
における２つの安定点Ａ，Ｂのいずれか一方に位
置し、出射光量P₀あるいはP₁を保守する。同図
ｂにおいて光双安定半導体レーザが一方の安定点
Ｂ（出射光量P₁）を保持している時に注入電流ｉ
は一度i₀とし再びi_bni戻すと出射光量P_putはＢ→Ｄ
→Ａの順に変化し以後他方の安定点Ａ（出射光量
P₀）を保持する。すなわち光双安定半導体レー
ザはリセツトされる。また第２図ｃにおいて光双
安定半導体レーザが安定点Ａ（出射光量P₀）を保
持している時に入射光量を一度P_tとし再び０に戻
すと出射光量P_putはＡ→Ｅ→Ｂの順に変化し以後
安定点Ｂ（出射光量P₁）を保持する。すなわち光
双安定半導体レーザはセツトされる。

このように光双安定半導体レーザは、光信号に
対しＳ−Ｒフリツプ・フロツプとして動作し、記
憶機能を持つている。光双安定半導体レーザの動
作速度は、可飽和吸収領域でのキヤリアの寿命で
決まつており、注入電流バイアスに対する依存性
を持つことが知られている。つまり、第２図ｂで
バイアス電流値を可能な限りi_aに近付けることに
より、トリガ光入力レベルが低下し、高速光信号
に対する応答が改善される。実際に光双安定半導
体レーザを用いる際にも、電流、温度の変動によ
る誤動作がない範囲でバイアス電流をi_aに近付け
て用いられている。このようなバイアスによる高
速光信号への応答性の改善の効果は同様に光バイ
アスによつても期待できる。つまり、第２図ｃで
光入力P_ioにP_ani近い光バイアスを与えておけば、
必要なトリガ光入力レベルが減少し、高速光信号
への応答性が更に改善される。本発明は、このよ
うな効果を利用し、光双安定半導体レーザに電流
及び光のバイアスを与えて動作させる装置であ
る。

（実施例） 以下本発明につき図面を用い詳細に説明する。

第１図ａ〜ｄは本発明の一実施例の光双安定半
導体レーザ装置を説明するための図であり、同図
ａはその一実施例の構成を示す図である。この実
施例は、光双安定半導体レーザ１の電流非注入領
域に光フアイバ２を介して電源４により駆動され
た半動体レーザ３からのバイアス光が印加される
構成となつている。電流非注入領域は電極のない
部分を活性層近く迄エツチングにより除いて形成
してあり、そのエツチングの溝の部分に上方から
光フアイバ２の端面が近接させてある。

第１図ｂ，ｃ，ｄは同図ａの実施例の動作を説
明するための図である。第１図ｂはバイアス光
P_bが存在し入射光量P_io＝０としたときの注入電
流ｉと出射光量P_putとの関係を示す図である。先
に説明した第２図ｂの場合と同様に、本実施例
は、注入電流ｉをi₀から増加させたときにはｉ＝
i_aで急激に出射光量P_putが増加し、逆に注入電流
ｉをi_tから減少させたときには出射光量P_putはｉ
＝i_cで急激に減少するようなヒステリシス特性を
示し、ｉ＝i_bにおいて出射光量P₀およびP₁の２つ
の安定点ＡおよびＢを有する。このように、本実
施例では、第２図ｂの場合に比べバイアス光P_b
が存在する分だけシステリシス・ループが低注入
電流側にずれている。

第１図ｃは、第１図ｂに於いて注入電流ｉ＝i_b
として、バイアス光P_bが存在する際の入射光量
P_ioと出射光量P_putとの関係を示す図である。出射
光量P_put＝P₀の第１の安定点Ａにある時に入射光
量P_ioを０から増加させた場合は出射光量P_putは
P_io＝P_aで急激に増加し、以降入射光量P_io＝P_tか
ら減少させた場合には出射光量P_putはほとんど減
少せずに出射光量P_put＝P₁の第２の安定点、Ｂに
移る。これも第２図を用いて説明したものとほぼ
同様であるが、バイアス光P_bが存在する分だけ
ヒステリンスの立上がり光量P_aが減少している
点が異なる。

第１図ｄは注入電流ｉおよび入射光P_ioに対す
る本図ａの実施例の動作を表にして示したもので
ある。注入電流ｉがi_bで入射光P_ioが０である場場
合には光双安定半導体レーザは前に書き込まれた
データに応じて第１図ｂにおける２つの安定点
Ａ，Ｂのいずれか一方に位置し、出射光量P₀あ
るいはP₁を保持する。第１図ｂにおいて光双安
定半導体レーザ１が一方の安定点Ｂ（出射光量
P₁）を保持している時に注入電流ｉを一度i₀とし
再びi_bに戻すと出射光量P_putはＢ→Ｄ→Ａの順に
変化し以降他方の安定点Ａ（出射光量P₀）を保持
する。すなわち光双安定半導体レーザ１はリセツ
トされる。また第１図ｃにおいて光双安定半導体
レーザ１が安定点Ａ（出射光量P₀）を保持してい
る時に入射光量を一度P_tとし再び０に戻すと、出
射光量P_putはＡ→Ｅ→Ｂの順に変化し以後安定点
Ｂ（出射光量P₁）を保持する。すなわち光双安定
半導体レーザ１はセツトされる。

このように、第１図ａに示した光双安定半導体
レーザ装置は、先に説明した通常の光双安定半導
体レーザと同様に動作するが、光バイアスP_bが
存在する分だけセツトに要する入射光量を小さく
できる。そのため高速の光信号に対する応答が著
しく改善されることになる。更にバイアスが光及
び電流で与えてあるから動作点の設定を非常に微
妙に行うことができるという利点も生じる。従来
の装置では温度等の変動により光双安定半導体レ
ーザのヒステリシス特性が変動するため温度を一
定に保ように外部でペルチエ素子等により制御を
行つている。これに対し、本実施例では、温度変
動によるシステリシス特性の変化を予め把握して
おけば光バイアス値を変化させヒステリシス特性
の変動を補償することも可能である。このような
微妙な制御が可能なのは、本実施例では光バイア
ス及び電流バイアスを共に変化させることができ
るからである。

なお、第１図ａに示した実施例では光バイアス
を光双安定半導体レーザ１の上部から印加する構
造としたが、本発明では光入力信号と共に光双安
定半導体レーザ１の入射端から印加する構造も可
能である。また、光フアイバ２の使用は本質的で
はなく、本発明は光バイアスが印加される構造で
あればよい。また、メモリのリセツト動作の再に
は電流バイアスと共に光バイアスも切るようにす
ることもできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、非
常に高速な光信号に対しても光論理演算及び記憶
が可能な光双安定半導体レーザ装置が提供でき
る。そこで本発明は、高速の光交換機や光情報処
理装置の実現に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例の構成を示す図、
同図ｂはその実施例の注入電流と出射光量の関係
を示す図、同図ｃはその実施例の入射光量と出射
光量との関係を示す図、同図ｄは注入電流及び入
射光量に対する第１図ａ実施例の作動を示す図、
第２図ａは電流だけでバイアスを与える光双安定
半導体レーザを示す模式的な断面図、同図ｂは本
図ａの光双安定半導体レーザの注入電流と出射光
量との関係を示す図、同図ｃは本図ａの光双安定
半導体レーザの入射光量と出射光量との関係を示
す図、同図ｄは注入電流及び入射光量に対する第
２図ａの光双安定半導体レーザの動作を示す図で
ある。 １……光双安定半導体レーザ、２……光フアイ
バ、３……半導体レーザ、４……電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 共振器内部に電流注入領域及び電流非注入領
   域がある光双安定半導体レーザと、前記電流注入
   領域にバイアス電流を与える手段とが備えてある
   光双安定半導体レーザ装置において、前記電流非
   注入領域にバイアス光を印加する手段が設けてあ
   ることを特徴とする光双安定半導体レーザ装置。