JPH0687109B2 - 光双安定素子 - Google Patents
光双安定素子Info
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- JPH0687109B2 JPH0687109B2 JP62018187A JP1818787A JPH0687109B2 JP H0687109 B2 JPH0687109 B2 JP H0687109B2 JP 62018187 A JP62018187 A JP 62018187A JP 1818787 A JP1818787 A JP 1818787A JP H0687109 B2 JPH0687109 B2 JP H0687109B2
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信システム，光情報処理システム，光交換
システム，光コンピュータ等に用いられる光デジタル論
理回路に適用して好適な光双安定素子に関するものであ
る。
システム，光コンピュータ等に用いられる光デジタル論
理回路に適用して好適な光双安定素子に関するものであ
る。
近年、光ファイバ技術や光半導体技術の発達により、基
幹伝送を目的とする長距離光通信システムや分散処理装
置間を高効率に接続する光LANシステムが実用化されて
いる。
幹伝送を目的とする長距離光通信システムや分散処理装
置間を高効率に接続する光LANシステムが実用化されて
いる。
これらのシステムにおいて、光技術は、主に、機能装置
間の接続手段として使われ、機能は専らLSIの中心とす
る電子回路技術に負うところが大である。
間の接続手段として使われ、機能は専らLSIの中心とす
る電子回路技術に負うところが大である。
近未来の高度情報化社会の到来を反映して、処理する情
報の多様化、大容量化がますます進むつれて、その処理
速度の超高速化、処理の複雑化が要求されてきている。
これらの要求に対処するためには、光技術を接続手段と
してのみでなく論理手段として使う必要が生じてきてい
る。
報の多様化、大容量化がますます進むつれて、その処理
速度の超高速化、処理の複雑化が要求されてきている。
これらの要求に対処するためには、光技術を接続手段と
してのみでなく論理手段として使う必要が生じてきてい
る。
すなわち、伝送されてきた光ディジタル信号を光のまま
ディジタル演算処理を行い、その処理結果を光で出力し
て他装置へ伝送できる光の高速性，広帯域性，無誘導性
等の特徴を充分に生かした光処理装置（光情報処理シス
テム，光交換システム等）が不可欠となる。
ディジタル演算処理を行い、その処理結果を光で出力し
て他装置へ伝送できる光の高速性，広帯域性，無誘導性
等の特徴を充分に生かした光処理装置（光情報処理シス
テム，光交換システム等）が不可欠となる。
この種の装置実現には、一般の電気論理回路で用いられ
ていると同様な光論理機能ブロック、例えば光ゲート
（INVERTOR,OR,AND,EXOR等）や光フリップフロップ回
路，光シフトレジスタ回路，光カウンタ等が構成されな
ければならない。
ていると同様な光論理機能ブロック、例えば光ゲート
（INVERTOR,OR,AND,EXOR等）や光フリップフロップ回
路，光シフトレジスタ回路，光カウンタ等が構成されな
ければならない。
これらの光論理機能ブロックを構成する重要な基本素子
は、光双安定素子である。
は、光双安定素子である。
従来の光双安定素子は光入力の増大に伴って光出力が低
い地から高い値へ、また光入力の減少に伴って光出力が
高い値から低い値へと変化する肯定型光双安定特性を有
している。
い地から高い値へ、また光入力の減少に伴って光出力が
高い値から低い値へと変化する肯定型光双安定特性を有
している。
すなわち、第６図に示すように、光入力Pinが増大して
閾値Pth2を越える値をとると、光出力Poutも高い値PHを
とり、光入力Pinが減少して閾値Pth1以下の低い値をと
ると、光出力Poutも低い値PLをとるという、論理には肯
定特性を有するものである。
閾値Pth2を越える値をとると、光出力Poutも高い値PHを
とり、光入力Pinが減少して閾値Pth1以下の低い値をと
ると、光出力Poutも低い値PLをとるという、論理には肯
定特性を有するものである。
このような光双安定特性を有する素子の一例として、第
５図に示す光双安定半導体レーザが発表されている（電
子通信学会全国大会,No.937（1983））。この光双安定
半導体レーザは、ファブリペロ共振器面41,42に平行に
設けられたスリット43によって電気的に絶縁された２分
割Ｐ側電側44,45を有している。各電極44,45の適切なバ
イアス電流I1,I2により、光入力Pinに対する光出力の関
係に第６図に示すように肯定型光双安定特性をもたせる
ことができる。
５図に示す光双安定半導体レーザが発表されている（電
子通信学会全国大会,No.937（1983））。この光双安定
半導体レーザは、ファブリペロ共振器面41,42に平行に
設けられたスリット43によって電気的に絶縁された２分
割Ｐ側電側44,45を有している。各電極44,45の適切なバ
イアス電流I1,I2により、光入力Pinに対する光出力の関
係に第６図に示すように肯定型光双安定特性をもたせる
ことができる。
以上のような肯定型光双安定特性を示す光双安定素子の
みでは、上述した光論理機能ブロックを構成することは
不可能である。すなわち、一般的な論理回路理論の示す
ところによれば、論理機能を自由度高く構成するには、
肯定型特性を有する論理素子に加えて否定型特性を有す
る論理素子が不可欠である。つまり、光入力が高い値を
とると光出力は低い値をとり、また光入力が低い値をと
ると光出力は高い値をとるという否定型光双安定特性を
有する光双安定素子が必要である。
みでは、上述した光論理機能ブロックを構成することは
不可能である。すなわち、一般的な論理回路理論の示す
ところによれば、論理機能を自由度高く構成するには、
肯定型特性を有する論理素子に加えて否定型特性を有す
る論理素子が不可欠である。つまり、光入力が高い値を
とると光出力は低い値をとり、また光入力が低い値をと
ると光出力は高い値をとるという否定型光双安定特性を
有する光双安定素子が必要である。
本発明は以上に鑑み、光論理機能ブロックを自由度高く
構成するため、肯定型および否定型光双安定性を共に有
する光双安定素子を提供することを目的としている。
構成するため、肯定型および否定型光双安定性を共に有
する光双安定素子を提供することを目的としている。
本発明の光双安定素子は、入力光導波路を第１及び第２
の出力光導波路とに分割するＹ形分岐器のいずれか一方
の出力光導波路との分岐接続部に光強度依存性屈折率部
を備えた構成としている。
の出力光導波路とに分割するＹ形分岐器のいずれか一方
の出力光導波路との分岐接続部に光強度依存性屈折率部
を備えた構成としている。
次に、本発明を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１の実施例を示す光双安定素子であ
る。入力光導波炉１はＹ形分岐光導波路４を介して、出
力光導波路２と３とに分割される。Ｙ形分岐光導波路４
は屈折率NPが光強度依存性を有するプリズム部５と屈折
率NCOが光強度に無依存の光導波路６とで構成されてい
る。ここで、前記光導波路1,2及び３の各コアの屈折率
は光導波路６の屈折率NCOと同値に選ばれている。
る。入力光導波炉１はＹ形分岐光導波路４を介して、出
力光導波路２と３とに分割される。Ｙ形分岐光導波路４
は屈折率NPが光強度依存性を有するプリズム部５と屈折
率NCOが光強度に無依存の光導波路６とで構成されてい
る。ここで、前記光導波路1,2及び３の各コアの屈折率
は光導波路６の屈折率NCOと同値に選ばれている。
これらの光導波路は半導体光導波路で実現される。
即ち、GaAs基板上10に混晶GaAsをウェル層とし、液晶Al
xGa1-xAsをバリア層とした多重量子井戸構造半導体5Aを
形成して前記プリズム部５を構成する。更に、GaAs基板
10上に混晶AlyGa1-yAs11を成長させ、フォトリソグラフ
ィによりパターン化して前記光導波路1,2,3及び６を形
成する。
xGa1-xAsをバリア層とした多重量子井戸構造半導体5Aを
形成して前記プリズム部５を構成する。更に、GaAs基板
10上に混晶AlyGa1-yAs11を成長させ、フォトリソグラフ
ィによりパターン化して前記光導波路1,2,3及び６を形
成する。
前記プリズム部５を形成する多重量子井戸構造半導体5A
の屈折率NPは、文献アプライド・フィジクス・レター
ズ,41（８）,10月号,1982年,679頁（Applied Physics L
etters,41（８）,15October,1982）に述べられているよ
うに、その励起子波長において、顕著な光強度依存性を
有する。
の屈折率NPは、文献アプライド・フィジクス・レター
ズ,41（８）,10月号,1982年,679頁（Applied Physics L
etters,41（８）,15October,1982）に述べられているよ
うに、その励起子波長において、顕著な光強度依存性を
有する。
すなわち、屈折率Npは下式で示され、 Np＝N1−N2・Pin 光入力Pinに依存しない屈折率N1と光入力Pinに依存する
屈折率N2・Pinの差になる。
屈折率N2・Pinの差になる。
ここで、多重量子井戸構造半導体の屈折率係数N2は、例
えば従来のバルクGaAsに比べて、２桁程大きいので比較
的低光強度で屈折率Npに大きな変化を与えることができ
る。
えば従来のバルクGaAsに比べて、２桁程大きいので比較
的低光強度で屈折率Npに大きな変化を与えることができ
る。
一方、光導波路1,2,3及び６を形成する混晶AlyGa1-yAs1
1の屈折率NCOは、その混晶比ｙを適切に選ぶことによ
り、比較的大きな自由度で決定できる。
1の屈折率NCOは、その混晶比ｙを適切に選ぶことによ
り、比較的大きな自由度で決定できる。
したがって、プリズム部５の屈折率Npと光導波路６の屈
折率NCOとの関係に第２図に示すような関係をもたせる
ことは容易である。
折率NCOとの関係に第２図に示すような関係をもたせる
ことは容易である。
すなわち、屈折率Ncoを光入力Pinがないときの屈折率N1
より小さく、また閾値Ｐ＋h2以上の光入力Pinでは、プ
リズムの屈折率Npより大きく設定することができる。し
たがって、Ｙ形分岐光導波路４の断面AA′の屈折率分布
は光入力Pinが閾値Pth2以下では第３図（ａ）であり、
光入力Pinが閾値Pth2以上では第３図（ｂ）である。
より小さく、また閾値Ｐ＋h2以上の光入力Pinでは、プ
リズムの屈折率Npより大きく設定することができる。し
たがって、Ｙ形分岐光導波路４の断面AA′の屈折率分布
は光入力Pinが閾値Pth2以下では第３図（ａ）であり、
光入力Pinが閾値Pth2以上では第３図（ｂ）である。
このような特性をもつＹ形分岐導波路４へ、入力光導波
路１を介して光入力Pinを印加する。光入力Pinが零より
閾値Pth2へ増加する間では、第３図（ａ）に示すように
プリズム５部の屈折率Npは光導波路６の屈折率NCOより
大きいので、光はプリズム部５の方へ導波され、出力光
導波路には光入力Pinに比例した光出力は第４図
（ａ）のように得られる（点21から点22）。一方、出力
光導波路２には光はほとんど導波されず、第４図（ｂ）
に示すように光出力Ｑは低い値PLをとりつづける（点31
から点32）。光入力Pinが更に増大し、光入力Pinが閾値
Pth2を越えると第３図（ｂ）に示すように逆に光導波路
６の屈折率NCOがプリズム部５の屈折率Npより大きくな
るので、光は光導波路６の方へ導波され、プリズム部５
の方へはほとんど導波されなくなる。
路１を介して光入力Pinを印加する。光入力Pinが零より
閾値Pth2へ増加する間では、第３図（ａ）に示すように
プリズム５部の屈折率Npは光導波路６の屈折率NCOより
大きいので、光はプリズム部５の方へ導波され、出力光
導波路には光入力Pinに比例した光出力は第４図
（ａ）のように得られる（点21から点22）。一方、出力
光導波路２には光はほとんど導波されず、第４図（ｂ）
に示すように光出力Ｑは低い値PLをとりつづける（点31
から点32）。光入力Pinが更に増大し、光入力Pinが閾値
Pth2を越えると第３図（ｂ）に示すように逆に光導波路
６の屈折率NCOがプリズム部５の屈折率Npより大きくな
るので、光は光導波路６の方へ導波され、プリズム部５
の方へはほとんど導波されなくなる。
よって、出力光導波路３の光出力は、第４図（ａ）に
示すように急激に減少し（点23）、一方出力光導波路２
の光出力Ｑは第４図（ｂ）に示すように急激に増大する
（点33）。光入力Pinが更に増大するとプリズム部５の
屈折率Npは光導波路６は屈折率よりますます小さくな
り、光は光導波路６へ完全に導波され、その結果光出力
は零に漸近（点24）し、一方光出力Ｑは高い値PHを保
つ（点34）。
示すように急激に減少し（点23）、一方出力光導波路２
の光出力Ｑは第４図（ｂ）に示すように急激に増大する
（点33）。光入力Pinが更に増大するとプリズム部５の
屈折率Npは光導波路６は屈折率よりますます小さくな
り、光は光導波路６へ完全に導波され、その結果光出力
は零に漸近（点24）し、一方光出力Ｑは高い値PHを保
つ（点34）。
このような状態から光入力Pinが逆に減少し、光導波路
６の屈折率NCOがプリズム部５の屈折率Npより大きい値
を保っている間では、光出力Ｑは高い値PHを保ち（点35
まで）、光出力は低い値PLを保つ（点25まで）。
６の屈折率NCOがプリズム部５の屈折率Npより大きい値
を保っている間では、光出力Ｑは高い値PHを保ち（点35
まで）、光出力は低い値PLを保つ（点25まで）。
光入力Pinが更に減少し、閾値Pth1（閾値Pth2とは異な
る）以下になり、逆に屈折率NCOが屈折率Npより小さく
なると光はプリズム部５の方へ急激に導波される。よっ
て、光出力Ｑは低い値PL（点36）を、光出力は低い値
PH（点26）を急激にとる。
る）以下になり、逆に屈折率NCOが屈折率Npより小さく
なると光はプリズム部５の方へ急激に導波される。よっ
て、光出力Ｑは低い値PL（点36）を、光出力は低い値
PH（点26）を急激にとる。
このとき、第４図（ａ），（ｂ）に示すように光入力Pi
n増加時の履歴（光出力Ｑでは履歴30,光出力では履歴
20）と減少時の履歴（光出力Ｑでは履歴37,光出力で
は履歴27）は異なる履歴をとるが、これは次のように説
明される。
n増加時の履歴（光出力Ｑでは履歴30,光出力では履歴
20）と減少時の履歴（光出力Ｑでは履歴37,光出力で
は履歴27）は異なる履歴をとるが、これは次のように説
明される。
第１図において、プリズム部５と光導波路６の境界７は
非線形インタフェイスと定義できる。非線形インタフェ
イスとは、文献ソビエト・フィジックス ジェイ・イ・
ティ・ピ56（２）,8月,1982,299頁（Soviet Phusics JE
TP,56（２）,August,1982）に述べられているように、
光強度依存性屈折率を有する媒体（第１図においてはプ
リズム部５）と光強度に無依存の屈折率を有する媒体
（第１図においては光導波路６）との境界である。非線
形インタフェイスでは、前記文献で理論的に証明されて
いるように、光入力増加時と減少時では屈折率変化状態
が異なり、閾値Pth1は閾値Pth2より低い値となる。した
がって、第４図（ａ）及び（ｂ）に示すように光入力Pi
nの増加時と減少時では異なる履歴を示すことになる。
非線形インタフェイスと定義できる。非線形インタフェ
イスとは、文献ソビエト・フィジックス ジェイ・イ・
ティ・ピ56（２）,8月,1982,299頁（Soviet Phusics JE
TP,56（２）,August,1982）に述べられているように、
光強度依存性屈折率を有する媒体（第１図においてはプ
リズム部５）と光強度に無依存の屈折率を有する媒体
（第１図においては光導波路６）との境界である。非線
形インタフェイスでは、前記文献で理論的に証明されて
いるように、光入力増加時と減少時では屈折率変化状態
が異なり、閾値Pth1は閾値Pth2より低い値となる。した
がって、第４図（ａ）及び（ｂ）に示すように光入力Pi
nの増加時と減少時では異なる履歴を示すことになる。
更に、光入力Pinが閾値Pth1から零に近付くにつれ、光
出力は高い値PHから比較して減少し、光出力Ｑは低い
値PLを保ちつつ、各々原点21及び31へ戻る。
出力は高い値PHから比較して減少し、光出力Ｑは低い
値PLを保ちつつ、各々原点21及び31へ戻る。
結局、光出力Ｑとは互いに相補の関係にあり、光出力
Ｑには肯定型出力が、光出力には否定型出力が得られ
る。
Ｑには肯定型出力が、光出力には否定型出力が得られ
る。
したがって、この構成の双安定素子では、否定型光双安
定特性と肯定型光双安定特性を同時に得ることができる
ので、論理機能を自由度高く構成でき任意の理論回路へ
の適用を実現できる。
定特性と肯定型光双安定特性を同時に得ることができる
ので、論理機能を自由度高く構成でき任意の理論回路へ
の適用を実現できる。
以上説明した実施例ではGaAs系の半導体材料で構成され
たもので説明したが、上述した材料に制限されることな
く屈折率の光強度依存性効果の大きい他の材料でも本発
明の光双安定素子を実現できることは自明である。例え
ば、最近文献アプライド・フィジクス・レターズ46
（７）,1,4月号,1985年,619頁（Applied Physics Lette
rs,46（７）,1 April 1985）に発表されているGaInAs/A
lInAs系の多重量子井戸構造半導体でも同様な光双安定
素子が実現できる。
たもので説明したが、上述した材料に制限されることな
く屈折率の光強度依存性効果の大きい他の材料でも本発
明の光双安定素子を実現できることは自明である。例え
ば、最近文献アプライド・フィジクス・レターズ46
（７）,1,4月号,1985年,619頁（Applied Physics Lette
rs,46（７）,1 April 1985）に発表されているGaInAs/A
lInAs系の多重量子井戸構造半導体でも同様な光双安定
素子が実現できる。
また、InSbやZnSe等の半導体材料にても上述の光双安定
素子が実現できる。更に、半導体材料に代わって、屈折
率の光強度依存性効果の大きい有機材料（例えば液晶の
MBBA）でも本発明の光双安定素子が実現できる。
素子が実現できる。更に、半導体材料に代わって、屈折
率の光強度依存性効果の大きい有機材料（例えば液晶の
MBBA）でも本発明の光双安定素子が実現できる。
以上説明したように本発明は、入力光導波路を第１及び
第２の出力光導波路とに分割するＹ形分岐器のいずれか
一方の出力光導波路との分岐接続部に光強度依存性屈折
率部を備えているので、これら第１及び第２の出力光導
波路の夫々の出力を否定型光双安定特性と肯定型光双安
定特性として同時に得ることができ、これにより論理機
能を自由度高く構成でき任意の論理回路への適用を実現
することができる効果がある。
第２の出力光導波路とに分割するＹ形分岐器のいずれか
一方の出力光導波路との分岐接続部に光強度依存性屈折
率部を備えているので、これら第１及び第２の出力光導
波路の夫々の出力を否定型光双安定特性と肯定型光双安
定特性として同時に得ることができ、これにより論理機
能を自由度高く構成でき任意の論理回路への適用を実現
することができる効果がある。
第１図は本発明の光双安定素子の一実施例の斜視図、第
２図は本発明の光双安定素子のＹ形分岐導波路部の屈折
率の光入力依存性図、第３図（ａ）及び（ｂ）は夫々閾
値が異なる状態における光双安定素子のＹ形分岐導波路
の第１図AA′線に沿う屈折率分布特性図、第４図（ａ）
及び（ｂ）は本発明の光双安定素子の光入力−光出力特
性図、第５図は従来の光双安定素子の斜視図、第６図は
従来の光双安定素子の光双安定特性図である。 １……入力光導波路、2,3……出力光導波路、４……Ｙ
形分岐光導波路、５……光強度依存性屈折率をもつプリ
ズム部、６……無依存性屈折率の光導波路、７……境
界、20,27,30,37……履歴、21〜26,31〜36……点、Pin
……光入力、Pout（Q,）……光出力、Pth1,Pth2……
閾値、NP,NCO……屈折率。
２図は本発明の光双安定素子のＹ形分岐導波路部の屈折
率の光入力依存性図、第３図（ａ）及び（ｂ）は夫々閾
値が異なる状態における光双安定素子のＹ形分岐導波路
の第１図AA′線に沿う屈折率分布特性図、第４図（ａ）
及び（ｂ）は本発明の光双安定素子の光入力−光出力特
性図、第５図は従来の光双安定素子の斜視図、第６図は
従来の光双安定素子の光双安定特性図である。 １……入力光導波路、2,3……出力光導波路、４……Ｙ
形分岐光導波路、５……光強度依存性屈折率をもつプリ
ズム部、６……無依存性屈折率の光導波路、７……境
界、20,27,30,37……履歴、21〜26,31〜36……点、Pin
……光入力、Pout（Q,）……光出力、Pth1,Pth2……
閾値、NP,NCO……屈折率。
Claims (2)
- 【請求項１】入力光導波路を第１の出力光導波路と第２
の出力光導波路とに分割するＹ形分岐器を備え、このＹ
形分岐器と前記第１又は第２の出力光導波器のいずれか
一方との分岐接続部に光強度依存性屈折率部を備えたこ
とを特徴とする光双安定素子。 - 【請求項２】光強度依存性屈折率部は、混晶GaAsをウェ
ル層とし混晶AlxGa1-xAsをバリア層としてGaAs基板上に
形成した多重量子井戸構造半導体で構成してなる特許請
求の範囲第１項記載の光双安定素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018187A JPH0687109B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 光双安定素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018187A JPH0687109B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 光双安定素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63187220A JPS63187220A (ja) | 1988-08-02 |
| JPH0687109B2 true JPH0687109B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=11964611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62018187A Expired - Lifetime JPH0687109B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 光双安定素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687109B2 (ja) |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP62018187A patent/JPH0687109B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63187220A (ja) | 1988-08-02 |
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