JPS6079788A - 光双安定素子 - Google Patents

光双安定素子

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JPS6079788A
JPS6079788A JP58187314A JP18731483A JPS6079788A JP S6079788 A JPS6079788 A JP S6079788A JP 58187314 A JP58187314 A JP 58187314A JP 18731483 A JP18731483 A JP 18731483A JP S6079788 A JPS6079788 A JP S6079788A
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JP
Japan
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diffraction grating
optical
laser
light
semiconductor laser
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JP58187314A
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Inventor
Isao Kobayashi
功郎 小林
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02—Optical bistable devices
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
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    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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    • H—ELECTRICITY
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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】 本発明は、光機能素子、特に同一の入力レベルに対して
安定な２値の出力レベルを有する光双安定素子に関する
。
光双安定素子は、今後の光論理回路や光記憶回路の主要
な構成要素として注目され、研究開発が行なわれている
。従来、光双安定素子を実現する方法として）発光素子
と受光素子を組み合わせて、発光素子からの出力光を電
気信号に変換して発光素子にもどす方法が知られている
。一般に光双安定素子では、出力光の取り出しの他に１
　トリガーをかけるための入力光を注入する必要がある
。つまり、光の入出力用に２光回路必要である。前述の
光双安定素子では、帰還用に１出力光を用いているので
、全体として光の、入出力用に３光回路必要になる。
ところが、従来の半導体レーザでは、共秦器の２枚の出
力反射鏡を入出力用に用いているために２光回路しかな
く、前述の光双安定、素子を実現するためには、発光素
子と受光素子の他に光分岐素子等の光回路が必要になり
、光双安定素子の安定性が低下するだけでなく、素子全
体の大きさが大きくなるとともに、多数の素子を集積化
しにくい等の欠点が避けがたかった。
本発明の目的は、半導体レーザを用いて／Ｊ％形で安定
かつ集積化可能な光双安定素子を提供することにある。
本発明の元双宥定素子は、高次のブラック回折格子を内
蔵する半導体レーザと、その回折光を受ける光検出器と
、その光検出器からの電気出力を半導体レーザにＲＲす
るための手段とを含む構成となっている。
本発明では、高次ブラック回折格子による回折光が通常
のレーザ九出力方向と異なる角度にも出射することを利
用して、特に他の、例えば光分岐素子等を用いることな
しに１小形で安定かつ集積化可能な光双安定素子を実現
したものである。
以下、図面をお照して本発明の詳細な説明する。
第１因は本発明の基本概念を説明するためのブロック図
をあられす。
これは、高次のブラック回折格子ＩＯを内部に持つ半導
体レーザｌの回折光」００を光検出器２で受け、その１
０．気出力を電気回路３を通して半導体レーザ１の電＠
２７に帰還したものである。光検出器の非線形性による
非線形な帰還によりこの半導体レーザの出力光１０１は
注入電流に対するヒステリシス特性や、入力光１０２に
対する双安定特性等を示す。この発明では、この光帰還
用に通常の入出力光とは異なる方向へ放射される回折光
を利用しているので、従来のこの構成の光双安定素子で
必要とされた光分岐素子等は必要でなく、小形で安定な
光双安定素子が得られる。それに、光検出器、場合によ
っては電気回路も半導体基板上に半導体レーザとともに
集積化可能である。
第２図は本発明の第１の実施例の断面図をあらゎす、（
００１）面のｎ−ＩｎＰの基板２ｏ上に、周期３９６０
人の回折格子１１を通常のＨｅ−Ｃｄ　レーザ光の干渉
露光と化学エツチングにより形成し、その上に、ｎ　−
ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層２１（厚さ０．２ｐｍ、組
成波長１．１５４ｔｘ）、ノンドーグのＩｎＧａＡｓＰ
の活性層２２（厚さ０．ＩＡｍ、組成波長１．３μｍ）
、ｐ−Ｉｎｐのクラッド層２３（厚さ１μｍ）及びｐ−
ＩｎＧａＡｓＰのキャップ層２４（厚さ０．８μｍ１組
成波長１・２μｍ）をエピタキシャル成長し、基板２ｏ
を研磨して全体の厚さを１３０μ嵐程度にし、その後基
板側にｎ　−ＩｎＧａＡｓＰのフォトダイオード活性層
重９（厚さ１．５μｍ、組成波長１．３Ａｍ　）をエピ
タキシャル成長し１１ｓｔマスクをかけてＺｎを選択的
に基板中に拡散してｐ領域５を形成する。負電極２６、
フォトダイオード電極部としてＡｕＧｅＮｊを、正電極
２７としてＡｕＺｎを真空蒸着により付加しアロイした
後に、へき開を利用してチップに切り出し、素子製作を
終了する。正電極２７と負電極２６の間に順方向に電流
を印加すると、回折格子１１による帰還により、レーザ
発振が生じる。回折格子１１の周期は、結晶層の屈折率
及び膜厚で決まる等側屈折率を考慮したとき、１．３μ
ｍの発振波長の管内波長とほぼ等しい。すなわち、この
発振波長に対して２次の回折４６子となっている。した
がって、１次回折光１０５は先導波路に対して直角な方
向へ散乱される。そこでｐ領域により形成したｐｎ接合
によりこの散乱光を受け、光電流に変換し、増幅器３１
を介して正電極２７へ帰還してやれは、レーザ出力光の
一部を検出して帰還したことと等価になり、光双安定動
作が実現した。この実施例では、通常のレーザ出力光Ｉ
Ｑ６，１０７は双安定動作を起させるために用いていな
いので、出方光として、用いることができる。また、光
の可逆性を考えると出方光ＩＱ６．ｌＱ７　の出射部分
をトリガー用の光入方回路として用いることができる。
このように、本実施例によれば、光分岐回路等の受動回
路を余分に用いることなしに、光双安定素子ノ１ 子が実現された。これらはＰ形で安定かつ集積化可能な
ものである。
第３図は本発明の第２の実施例の断面図を示す。
この実施例が第１の実施例と異なる点は、回折格子とし
て、レーザ発振用の周期１９８０Ａの第１の回折格子１
１　ａと、回折光取り出し用の周期３９６０λの＠２の
回折格子１１　ｂを形成した点にある。第１の回折格子
１１　ａの周期は、発振波長１，３μｍの管内波長の部
分である。すなわち、これは１次の回折格子になる。し
たがって、回折光は活性ｐａ２２の面内方向のみにある
ので、第１の実施例の半導体レーザよりも高効率で低し
きい値のレーザ動作が期待できる。一方、第２の回折格
子１１ｂは、前述した通り、２次の回折格子であるから
、活性層２２の面と直角な方向に回折光１０５が得られ
、これを帰還光として用いて双安定動作が実現できる。
第４図は本発明の第３の実施例の断面図を示す。
半絶縁性のＩｎＰの基板刈上１こ、ｎ−ＩｎＰのバッフ
ァ層２９、ノンド−プＩｎＧａＡｓＰの活性層２２（厚
さ０，１１１１２１１．組成波長１．５ｓμｍ）、Ｐ−
ＩｎＧａ４ｓＦの光導波路Ｎ　２１　（厚さ０．２ｔｇ
ｍ、組成波長ｔ、３μｍ）を液相成長により積層し、そ
の上に、周期４６００人の２次の回折格子１１を形成し
、再びその上に液相成長によりｐ−ＩａＰのクラッド層
おとｎ−ＧａＡｓＰのキャップ層３０（厚さ１μｍ、組
成波長１．６μｍ）を形成する。その後Ｚｎの選択拡散
により、レーザ電極領域５０をキャップ層３０をつきぬ
ける深さまで、またフォトダイオード領域５１をキャッ
プＩｒｌ３０の内部に、それぞれ形成し、さらに両者を
分離する溝５２をキャップ層園をつきぬける深さまで形
成する。その後、レーザ正電極２７、フォトダイオード
用正電ａ２Ｂを前の実施例と同様化形成する。負側の電
極として、レーザ負電極２６ヲｎ　ＩｎＰのバッファ／
１２９の上のレーザ田力元１０６、１０７のじゃまにな
らない部分に、またフォトダイオード負電極４０をＢ−
ＩＨＧａＡｓＰのキャップ層３０上のフォトダイオード
用正電極あの近くに形成する。レーザ負電極加は図には
示されていない。
この実施例にセいても、フォトダイオード２の出力電流
を電気回路３１を通して半導体レーザｌに帰還すること
により光双安定動作が実現できた。この実施例でも入出
力用の光回路としてレー１７’　ｌの光出力の２方向が
使えることは全く前の実施例と同様である。さらに、こ
のような素子を例えばアレイ状に多数集積化することも
可能である。
本発明は以上の基本的な実施例の他にいくつかの変形が
可能である。まず、レーザの構造としてはすでにこれま
でに知られている種々の横モード制御構造、例えば埋め
込み構造が採用できる。次に、帰還手段としては、フォ
トダイオードの出力電流が大きい場合には、増幅回路は
必要な（、単に電線でつなぐだけでも双安定動作が可能
になる。
また、外部の電気回路の他に、トランジスタやＦＢＴ等
を同一基板上に形成し、それを用いても良い。このとき
は、半絶縁性基板の上に形成する方が容易に実現できる
。光検出器は一体化集積の他に、外部に近接して設置す
ることも可能である。
実施例は主としてＤＦＢＷについて述べたが　ＤＢａ型
についても実施例と同様のＭ理で適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本概念を示すブロック図、第２図１
第３図、第４図は本発明の第１、第２、第３の実施例の
断曲図をそれぞれあられす。 図において、 ｌ・・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・・・・
光検出器、３・・・・・・・・・１ｆｔ気回路、　ＩＬ
　１１．１１ｂ　・・・・・・・・・昂次回折格子、　
ＩＩ　ａ・・・・・・・・・１次回折格子、　加・・・
・・・・・・基板、２１・・・・・・・・・光尋波路層
、２２・ニラ・・・・・活性層、２３・・・・・・・・
・クラッド層、　あ・・・・・・・・・キャップ層、　
あ・・・・・・・・・ｐ領域、２６・・・・・・・・・
負電極、２７・・・・・・・・・ｊＥｉ！極、　お・・
・・・・・・・フォトダイオード正電極、２９・・・・
・・・・・バッファ層、３ｏ・・・・・・・・・、キャ
ラｊＭ、３１・・・・・・・・・増幅器、４ｏ・・・・
・・・・フォト　ダイオード負電極、５０・・・・・・
・・・レーザ亀＋ＩＡｍ域、５１・・・・・・・・フォ
トダイオード饋域、　ＩＩＪｏ、１０５・・・・・・・
・・回折光、２０１，１０６，３０７・・・・・・・・
・レーザ出力光、１０２・・・・・・・・・入力光をそ
れぞれあられす。 ７１−１　図 ７３　図 第４　図 ス１

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高次のブラック回折格子を内蔵する半導体レーザと、そ
    の回折光を受ける光検出器と、その電気出力を前記半導
    体レーザーζ帰還−するための手段とを含むことを特徴
    とした光双安定素子・
JP58187314A 1983-10-06 1983-10-06 光双安定素子 Pending JPS6079788A (ja)

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