JPH0666510B2 - 光メモリ書き込み方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は注入電流と出射光量との間にヒステリシス特性
を示す双安定半導体レーザを用いた光メモリの書き込み
方式に関する。

（従来技術） 従来、電気信号の論理演算を高速で行なうデバイスとし
ては、カレント・スイッチを基本ブロックとしてカレン
トモードロジックが知られており更には近年GaAs FETや
ジョセフソン結合素子等を用いた超高速論理演算デバイ
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次元的で大量なデータの高
速ディジタル情報処理を電気信号で行なうには演算速
度、消費電力等の面で限界がある。このため高速で２次
元並列の情報処理に親和性のある光信号を光のままディ
ジタル情報処理することのできる光論理演算デバイスの
実現が望まれており、このような光論理演算デバイスに
は光情報を読み書きすることのできる光メモリが不可欠
である。

このような光メモリとしては例えば文献エレクトロニク
ス・レター（Electronics Letter）第17巻741ページ記
載の双安定半導体レーザが知られている。

第５図500は双安定半導体レーザの具体例を示す断面図
である。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/I
nPを材料とするダブルヘテロ接合構造のレーザである。
但し、電極501が一様ではなく、一部に電流の注入され
ない部分502が存在していることが通常の半導体レーザ
とは異なっている。上記電流の非注入領域502は可飽和
吸収体として働くので第５図の双安定半導体レーザでは
注入電流ｉ対光出力P_o特性にヒステリシス特性をもたせ
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
性を持たせることができる。これらの双安定半導体レー
ザでは注入電流ｉを適当に選ぶことによって、外部から
の注入光P_iに対する出射光P_oの特性にも双安定特性が得
られる。

第６図(a)，(b)は前記第５図の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６図(a)は入射光量P_i
＝０とした時の注入電流ｉと出射光量P_oとの関係を示す
図である。すなわち注入電流ｉをi_cから増加させたとき
にはｉ＝i_uで急激に出射光量P_oが増加し、逆に注入電流
ｉをi_u以上の値から減少させた場合には出射光量P_oはｉ
＝i_d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０およびP_ohの２つの安定点Ａ
およびＢを有する。第６図(b)に示した600は第５図にお
いて注入電流ｉ＝i_wとした時の入射光量P_iと出射光量P_o
との関係を示す。すなわち出射光量P_o＝０の第１の安定
点Ａにある時に入射光量P_iを０から増加させた場合は出
射光量P_oはP_i＝P_iuで急激に増加し以降入射量P_i＝P_ihか
ら減少させた場合には出射光量P_oはほとんど減少せずに
出射光量P_o＝P_ohの第２の安定点Ｂに移る。第６図(a)に
おける点Ａ，Ｂはそれぞれ第６図(b)における点Ａ，Ｂ
と同一の点を表わす。

（発明が解決しようとする問題点） 第６図(a)において、注入電流ｉの値をi_wからi_bに減少
させると、第６図(b)の601に示すように入出射光量特性
は出射光量P_oが立ち上がる入射光量P_iがP_iuからP_iu′に
増加し、これにより双安定半導体レーザは、入射光量P_i
を０からP_ihに増加させても、発振状態に至らず、出射
光量P_oは０のままに留まる。

第７図は従来技術による光メモリ書き込み方式を示す図
である。

第７図において、第５図と同一番号を付したものは第５
図と同一の構成要素を示す。

第８図は第７図に示した光メモリの動作を説明するため
のタイムチャートを示す。

第８図によれば、第７図に示した双安定半導体レーザ50
0の電極501には可変定電流源700によって800で示す注入
電流ｉが供給されておりこれにより活性層701の一端702
から入射される801で示す光信号P_iを記憶し、活性層701
の一端702および他端703から802で示す光信号P_oを出射
する。

第６図(b)に示したように注入電流ｉの値がi_bである限
りはたとえ光量P_ihの光信号P_iが入射されても第７図に
示した双安定半導体レーザ500は前回書き込まれた値に
応じて光量０あるいはP_ohのいずれか一方の出射光P_oを
保持している。

ここで、第８図803に示すように注入電流ｉの値を第６
図(a)に示すi_bからひとたびi_cに減少すると双安定半導
体レーザ500は第６図(a)に示すＡ，Ｂいずれの安定点に
あってもリセットされ、出射光P_oの光量は０となる。こ
の後に、第８図804に示す如く注入電流ｉの値を第６図
(a)に示すi_wに増加すると、第６図(b)に示す如く、双安
定半導体レーザ500は光量P_ihの入射光P_iによってセット
することができる。すなわち、第７図に示した双安定半
導体レーザ500は注入電流ｉの値がi_wとなる期間804に活
性層701の一端702に入射される光信号P_iに応じた値を記
憶し、以後注入電流ｉの値がi_bである限りその値を保持
する。

第７図に示した従来技術による光メモリ書き込み方式は
活性層701の一端702から入射された光信号P_iの値を注入
電流ｉを制御することによってラッチする。

本発明の目的は活性層の一端および他端にそれぞれ入射
される２つの光信号のいずれか一方を選択して記憶する
ことのできる光メモリ書き込み方式を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は電極が共振軸方向に第１および第２の電極の２
つに分割されている双安定半導体レーザと、前記第１お
よび第２の電極にそれぞれ第１および第２の注入電流を
供給する第１および第２の可変電流源とによって構成さ
れる光メモリにおいて、前記第１および第２の注入電流
値を互いに独立に制御することによって前記双安定半導
体レーザの活性層の第１の電極側端面および第２の電極
側端面からそれぞれ入射される２つの光信号のいずれか
一方の値を記憶することを特徴とする光メモリ書き込み
方式である。

（作用） 本発明は上述の構成をとることにより双安定半導体レー
ザの活性層の両端にそれぞれ加えられる光信号のいずれ
か一方を選択して記憶することを可能にした。

すなわち、双安定半導体レーザとして溝をはさんで電極
が共振軸方向に２つに分割されているタンデム電極構造
の双安定半導体レーザを用いるとともに２つの電極にそ
れぞれ供給されている２つの注入電流を個々に制御する
ことにより、活性層の両端にそれぞれ入射されている光
信号のいずれか一方を選択して記憶することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第３図300は本発明に用いる双安定半導体レーザの具体
例を示す断面図である。基本的構造は第５図に示した双
安定半導体レーザ500とほぼ同じであるが、本発明では
電極が溝をはさんで共振軸方向に電極301と電極302との
２つに分割されていることが第５図に示した双安定半導
体レーザ500と異なっている。

このような双安定半導体レーザとしては昭和57年度電子
通信学会光・電波部門全国大会講演論文集（分冊２）27
2番に述べられているものが知られている。この文献に
は、本発明に使用できる双安定半導体レーザの２つの電
極を互いに接続して、１つの電流源回路で駆動した場合
の動作しか記載されていない。また、入力される光信号
も１つである。

第３図に示した双安定半導体レーザ300の電極301および
302にはそれぞれ注入電流i₁およびi₂が供給されてお
り、これによって活性層303の一端304および他端305に
それぞれ入射されている２つの光信号P₁およびP₂のいず
れか一方の値を記憶し、活性層303の両端から光信号P_o
を出射する。

第４図は第３図に示した双安定半導体レーザ300の特性
を示す図である。第４図(a)に示すように第３図に示し
た双安定半導体レーザ300は入射光量P₁＝０，注入電流i
₂＝i_2bとした時に注入電流i₁と出射光量P_oとの間に400
で示すヒステリシス特性を有し、注入電流i₁の値をi_1b
に設定することによって２つの安定点ＡおよびＢを示
す。更にまた、第３図に示した双安定半導体レーザ300
は、i₂＝i_2wとした場合にも、ヒステリシス特性400と同
様のヒステリシス特性を有する。第４図(b)は注入電流i
₂＝i_2bとした時の入射光量P₁と出射光量P_oとの関係を示
す図であり、第３図に示した双安定半導体レーザ300は
注入電流i₁の値を第４図(a)に示したi_1bの値に設定する
ことにより401で示す特性を有する。ここで注入電流i₁
の値を第４図(b)に示すi_1wに設定すると、双安定半導体
レーザ300は402で示す特性を示す。

更にまた、第３図に示した双安定半導体レーザ300は、i
₂＝i_2wとした場合にも、401，402と同様の特性を有す
る。

一方第４図(c)に示すように第３図に示した双安定半導
体レーザ300はまた入射光量P₂＝０、注入電流i₂＝i_2bと
した時に注入電流i₂と出射光量P_oとの間に403で示すヒ
ステリシス特性を有し注入電流i₂の値をi_2bに設定する
ことによって２つの安定点ＡおよびＢを示す。更にま
た、第３図に示した双安定半導体レーザ300は、i₁＝i_1w
とした場合にも、403と同様のヒステリシス特性を有す
る。第４図(d)は注入電流i₁＝i_1bとした時の入射光量P₂
と出射光量P_oとの関係を示す図であり、第３図に示した
双安定半導体レーザ300は注入電流i₂の値を第４図(c)に
示したi_2bの値に設定することにより404で示す特性を有
する。ここで注入電流i₂の値を第４図(c)に示すi_2wに設
定すると双安定半導体レーザ300は403で示す特性を示
す。更にまた、第３図に示した双安定半導体レーザ300
は、i₁＝i_1wとした場合にも、403，404と同様の特性を
有する。第４図(a)における点Ａ，Ｂはそれぞれ第４図
(b)〜(d)における点Ａ，Ｂと同一の点を表わす。

第１図は本発明の実施例を示す図である。

第１図において、第３図と同一番号を付したものは第３
図と同一の構成要素を示す。

第２図は第１図に示した光メモリの動作を説明するため
のタイムチャートである。第２図によれば第１図に示し
た双安定半導体レーザ300の電極301および302にはそれ
ぞれ可変定電流源100および101によって200および201で
示す注入電流が供給されており、これによって活性層30
3の一端304および他端305から入射され、それぞれ第２
図202および203で示される光信号P₁およびP₂のいずれか
一方の値を記憶し、活性層303の一端304および他端305
から204で示す光信号P_oを出射する。

第４図(b)および(d)に示したように注入電流i₁，i₂がそ
れぞれi_1b，i_2bである限りはたとえ光量P_1h，P_2hの光信
号P₁，P₂がそれぞれ活性層303の一端304および他端305
に入射されても第１図に示した双安定半導体レーザ300
は前回書き込まれた値に応じて光量０あるいはP_ohのい
ずれか一方の出射光P_oを保持している。

ここで第２図205，206に示すように注入電流i₁，i₂のい
ずれか一方の値をそれぞれ第４図(a)，(b)に示すi_1c，i
_2cに減少すると、双安定半導体レーザ300は第４図(a)，
(c)に示すＡ，Ｂいずれの安定点にあってもリセットさ
れ、出射光P_oの光量は０となる。この後に例えば第２図
206に示すように注入電流i₂の値を第４図(a)に示すi_2w
に増加すると、第４図(b)に示す如く双安定半導体レー
ザ300は光量P_1hの入射光P₁によってセットすることがで
き、注入電流i₁の値がi_1bを保っている限り活性層303の
一端304に入射されている光信号P₁は前記のセット動作
には何等の影響を及ぼすことがない。すなわち第１図に
示した半導体レーザ300は注入電流i₁，i_1bを保ち注入電
流i₂の値がi_2wとなる期間206に活性層303の他端305に入
射される光信号P₂に応じた値を記憶し、以後注入電流
i₁，i₂の値がそれぞれi_1b，i_2bである限りその値を保持
する。

同様にして第１図の半導体レーザ300は注入電流i₂がi_2b
を保ち注入電流i₁の値がi_1wとなる期間207に活性層303
の一端304に入射される光信号P₁に応じた値を記憶し以
後注入電流i₁，i₂の値がそれぞれi_1b，i_2bである限りそ
の値を保持する。

（発明の効果） 以上述べたように、第１図に示した双安定半導体レーザ
300によれば、２つの電極301，302に供給される注入電
極i₁，i₂を制御することにより活性層303の一端304およ
び他端305にそれぞれ加えられる光信号P₁，P₂のいずれ
か一方を選択して記憶し、前記活性層303の一端304およ
び他端305から光信号P_oを出射することができる。

すなわち本発明による光メモリ書き込み方式によれば双
方向の光メモリ動作を得ることができる効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は第１図
に示した光メモリの動作を説明するためのタイミングチ
ャートを示す図、第３図は本発明に用いる双安定半導体
レーザの具体例を示す断面図、第４図は第３図に示した
双安定半導体レーザの特性を示す図、第５図は従来技術
による光メモリに用いられている双安定半導体レーザの
具体例を示す断面図、第６図は第５図に示した双安定半
導体レーザの特性を示す図、第７図は従来技術による光
メモリ書き込み方式を示す図、第８図は第７図に示した
光メモリの動作を説明するためのタイミングチャートを
示す図である。 図において100，101および700は可変定電流源、300およ
び500は双安定半導体レーザをそれぞれ表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極が共振軸方向に第１および第２の電極
   の２つに分割されている双安定半導体レーザと、前記第
   １および第２の電極にそれぞれ第１および第２の注入電
   流を供給する第１および第２の可変電流源とによって構
   成される光メモリにおいて、前記第１および第２の注入
   電流値を互いに独立に制御することによって前記双安定
   半導体レーザの活性層の第１の電極側端面および第２の
   電極側端面からそれぞれ入射される２つの光信号のいず
   れか一方の値を記憶することを特徴とする光メモリ書き
   込み方式。