JPS613485A - レ−ザ機能装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、レーザ発元素子に対して光通信、元エレクト
ロニクス、元情報処理等に好適な種々の機能を付与して
なるレーザ機能装置に関し、特に、集積回路化が可能な
構成により種々の機能を呈するに必要な双安定性が容易
に得られるようにしたものである。

（従来技術） 従来実用化の段階に入っている光通信は、光源とする発
光ダイオードや半導体レーザと元伝送路とする光ファイ
バと光検出器とするホトダイオードあるいはホトトラン
ジスタ等との他は、すべて電気通信におけると基本的に
同一の構成要素を用いて構成した通信システムによって
行なわれている。したがって、次の段階の光通信として
は、光自体に′より各構成要素を制御し得るように構成
した光通信システムが当然に指向され、光自体の高速変
調、信号波形制御、増幅、記憶、論理演算等の機能を備
えた光装置の実現が待望されている。

したがって、究極的には、高速、高密度の処理能力を備
えた各種の光装置により構成した光通信、光計算、光情
報処理の各システムの実用的開発が期待されている。

しかしながら、従来の上述したような各種の光情報シス
テムにおいては、光の高速制御のために開発され実用化
された各種の光ｉ能装置が、いずれも、物質の電気光学
効果を利用した半ば光学的機能装置であり、印加電圧に
応じて透過光の制御、変調、スイッチング等を行なって
おり、元入力対光出力の処理機能を有する真の光機能装
置ではなかった。

（問題点り かかる状態に対して、近年、光入力対光出力の処理機能
を有する真の光機能装置として各種の光双安定素子が研
究、開発されているが、従来開発された光双安定素子は
、いずれも、光双安定動作はするものの、その動作に必
須の光源は別途配設する必要があった。かかる構成は、
実用上の観点からすれば、集積回路化して結合させるこ
とが困難な光源の別途配置を必要とする点で、極めて不
便であり、また、装置の規模や経済性の点でも極めて不
利であった。特に、光機能装置の高速度化、高性能化、
小型化を実現するには、この種装置の高密度配置による
高速動作が必要であり、したがって、この種光機能装置
の元集積回路化は絶対不可欠の条件である。かかる条件
に対して、従来開発されている光機能装置、特に、光双
安定素子は、素子自体の相互間の集積回路化については
可能性があるとしても、光情報システムを構成するに必
要な他の構成累、子、すなわち、・光源素子や光検出素
子等の基本的元素子との間の元集積回路化が極めて困難
である、という実用化のうえで極めて重大な本質的欠点
を有していた。

（発明の目的〕 本発明の目的は、上述した従来装置の有する種々の欠点
全−挙に除去し、各種の機能を呈するレーザ装置自体が
双安定性を具備するように半導体レーザ素子を基本にし
て当該装置を構成するとともに、当該装置を構成要素に
して元情報システムを構成することにより、その集積回
路化を容易に実現し得るようにしたレーザ機能装置を提
供することにある。

（発明の要点〕 すなわち、本発明レーザ機能装置は、密接して縦続配置
したレーザ媒質と光強度変調素子との両端に半透明反射
鏡をそれぞれ配設して構成したレーザ共振器と、前記レ
ーザ媒質にエネルギーを供給して前記レーザ共振器を励
起する励起源と、前記光強度変調素子を駆動する駆動電
源と、前記レーザ共振器の前記半透明反射鏡を介した一
方の発振出力光全検出する光検出手段と、その光検出手
段の検出出力に応じてその検出出力と所望の関係を有す
る電気信号を発生させる回路手段とを備え、前記電気信
号を前記駆動電源に帰還して前記光強度変調素子の光強
度変調動作を制御することにより、前記レーザ共振器の
発振出力元金双安定状態になし得るように構成したこと
を特徴とするものである。

（発明の構成〕 しかして、この像光機能装置に関し、本発明者らは、先
に、本願人の出願に係る特開昭５８−５２８９３号公報
により、「レーザ機能デバイス」と題して、主として半
導体レーザ素子からなる光源を内蔵するとともに、その
半導体レーザ素子と光電変換素子とを直列に接続し、レ
ーザ出力光もしくはレーザ出力光と外部から別途入射さ
せた制御入力光とを光電変換素子によりともに検出した
変゛換出力電流を半導体レーザ素子に正帰還して双安定
動作を行なわさせるように構成した光機能装置を提案し
た。しかしながら、この先の提案による光機能装置は、
理論的には半導体レーザ素子の他に、あらゆる種類の固
体、液体、気体のレーザ素子にも適用し得るものではあ
るが、実際には、装置の規模や動作状態の調整、価格な
どの点で、やや実用性に欠ける難点があるために、半導
体レーザ素子に適用した場合にのみ、その利点を十分に
発揮し得るに留まるという欠点があった。

これに対して、本発明は、この種レーザ機能装置におけ
る上述のようなレーザ素子全般に対する実用上の適用の
制約を解消するためになしたものである。すなわち、本
発明によれば、可視光をはじめとして赤外光や紫外光な
どあらゆる種類の輻射Ｊｊｔを発生させる半導体を含む
固体、液体および気体の各種レーザ素子について、その
素子に供給する光入力、励起エネルギー、励起電流もし
くは内部損失のある所定範囲内において、二様の互いに
異なる安定状態、すなわち、双安定状態にある出力輻射
’Ｋを得ることが可能となる。また、それらあらゆる種
類のレーザ素子の出力端の直前に配置した光検出素子に
より、その入力光の電力に依存して変化する大きさの出
力電流を所要の増幅特性に従って増幅したうえで、その
増−出力電流に応じてレーザ素子の動作状態を制御すれ
ば・レーザ素子の入力光電力のある所定範囲内において
二様の互いに異なる定常状態、すなわち、双安定状態に
ある元入力対光出力特性を実現することができる。

上述のような元入力、励起エネルギー、励起電流もしく
は内部損失・に対するレーザ素子の双安定状態にある光
出力は、そのレーザ素子の動作条件に応じて、ヒステリ
シス特性、微分利得特性あるいはリミッタ特性などを呈
するので、かかる動作状態のレーザ素子よりなる本・発
明レーザ機能装置は、元スイッチ、元メモリへ、光波形
制御、光変調、光論理演算等の多種多様の機能を備えて
おり。

極めて広汎な範囲に亘る光エレクトロニクス的応用の可
能性を期待することができる。

換言すれば、本発明レーザ機能装置は、従来、電子回路
において極めて重要な役割を演じているトランジスタや
各種の半導体ダイオード、磁性素子、誘電体素子などが
単独に、あるいは、適切な組合わせによって実現してい
る双安定特性に基づく種々の機能に対して動作上全く類
似した諸種の機能を光領域において実現することを実用
的に可能にするものである。しかして、上述のように電
子回路が従来呈している各種の機能をそれぞれ備えた電
子的機能素子は、テイジタル回路やパルス回路の根幹を
なす基本的回路゛素子であることがらすれば、光領域に
おいて同様の、奉本的素子として作用する本発明レーザ
機能装置は、光領域におけるディジタル的情報処理や元
パルス回路の構成上不可欠の極めて重要な役割をなすも
のである。したがって、本発明レーザ機能装置の光領域
における産業技術に示すその利用価値は絶大なものを期
待することができる。

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

１ず１、本発明レーザ機能装置の基本的構成の例を第１
図に示す。図示の基本的構成において、ｌは・半導体を
含めた固体、液体あるいは気体の材料からなるレーザ媒
質であり、２に、し、ザ媒質１を励起して発光させるに
必要な光、電流などのエネルギーを供給する励起源であ
る。３および３′は、レーザ媒質ｌを直接および間接に
両側から挾むように配設した半透明の反射鏡であり、レ
ーザ媒質１とともにレーザ共振器全構成する。４は、そ
のレーザ共振器４の内部に挿入した光強度変調器、実質
的には、レーザ発振に対する損失変調器である。５は、
光強度変調器４に電圧・電流を供給して駆動する駆動電
源であり、光変調器４は、その駆動に応じて電気光学効
果、磁気光学効果、音響光学効果、光吸収効果、元散乱
効果など、光と物質との相互作用に基づく種々の作用効
果を呈するものであυ、あらゆる種類の内部損失可制御
素子を用いて構成することができる。なお、レーザ共振
器は、上述のようにレーザ媒質１を挾む反射鏡３．８′
によって構成する他に、分布帰還型や分布型のブラッグ
反射器を備えて構成することができ、また、レーザ媒質
１とともに光強度変調器４がかかる帰還効、果による共
振作用を受ける構成であれば、あらゆる構成のレーザ共
振器とすることができる。

さらに、図示の基本的構成において、６および６′は、
かかる構成のレーザ共振器の両端、図示の例においては
反射鏡３および３′ヲそれぞれ介して得られる出力光で
あり、出力光〇と６′とは相等しい電力Ｐ。をそれぞれ
有するものとする。なお、出力光６と６′との電力が相
等しくない場合、あるいは、一方の出力うＣのみとする
場合もあり得るが、両者間にはある相関関係が存在する
ことは当然でおり、その相関関係圧基づいて、一方の出
力光から他方の出力光を実験的に求めることが一般に可
能である。７は、−万の出力光６を検出するための光検
出器であり、８は、その光検出器７の検出電流であって
、その検出電流８の大きさ’ｒＪｅとすると、光出力Ｐ
ｏと検出電流８の大きさＪｅとの間には一定の関係が存
在する。

つぎに、９は、検出電流８の大きさＪｅに基づいて検出
電流８を所要の大きさに増幅し、あるいは、大きさＪｅ
に依存するある所定の関数の形態をなす出力電流を発生
させる電子回路であり、１０に、かかる電子回路９の出
力電流であり、その出力電流１０の大きさヲＪｆとする
と、出力電流１０は駆動電源５を介して、その大きさＪ
ｆに応じ、光強度変調器４の動作を帰還制御する。

すなわち、図示の基本的構成においては、検出電流８の
大きさＪｅは、レーザ共振器の出力光６の出力ｐｏと一
義的な関ｇｆ−を有して２り、検出電流８のかかる大き
さＪｅに対し、電子回路９の出力電流１０の大きさＪｆ
は所定の関数関係をもって駆動電源５に帰還され、間接
的に光強度変調器４を帰還制御するようになっておジ、
本発明装置のかかる構成により、レーザ装置の出力光電
力ｐ。

が双安定特性を呈し得ることになる。

つぎに、本発明レーザ機能装置の動作原理を明らかにす
るために、例として、つぎのような単一モードで発振す
るレーザ素子の基本的な運動方程式に基づいて、本発明
レーザ機能装置の動作を説明する。

この運動方程式に最も一般的なもめであり、半導体を含
む固体、液体、気体のあらゆるレーザ素子の動作に対し
て原理的に成立つものであることが知られている。

ここに、Ｅはレーザ光電界の振幅成分に比例する複素量
であジ、Ｐはレーザ媒質の分極に比例する複素量であり
、σはレーザ媒質の励起によって生ずる反転分布に比例
する量であり、さらに、ｔは時間、にはレーザ共振器の
損失を表わす量、ｇはレーザ媒質の利得特性に関係する
量、λＰはレーザ媒質の励起の強さに関係する量、γ、
およびγ□、はレーザ媒質の横および縦の緩和時間に関
係する量、ｉ＝Ｆ］であり、木印は複累共役量を表わす
ものである。なお、第１図示の基本的構成における光強
度変調器４の基本的な役割は（１）式におけるレーザ共
振器の損失にを制御調整することである。

しかして、（１）式乃至（３）式について、定常状態、
すなわち、レーザ素子の動作特性全記述するための量Ｅ
、Ｐ、σが時間的に変化しない状態を考えて、これら（
８）式を変形し、簡単のためにＧ＝ｇ／ｒ□。

Ｅ４＝γ□γ□１／＋ｇｇとおくと、つぎの（４）式が
導出右れる。

にＥ　＝　ＧＥσｐ／　（１＋’／Ｅ、’　）　　　　
　（４）しかして、一般に、レーザ素子からの出力光電
力ｐｏはレーザ元電界の２乗に比例するので・Ｅ２に対
して比例関係を有している。したがって・第１図示の基
本的構成において、光検出器７と電子回路９とを介して
得られる出力電流１０による帰還電流量ＪｆはＥ２に対
しである関数関係を有することになる。また、光強度変
調器４の駆動電源５は、本来、光強度変調器４を制御し
てレーザ共振器の損失にを調整するものであり、上述し
た帰還電流量Ｊｆが駆動電源５に供給されない場合に光
強度変調器４を調整して得られる損失をに９とし、帰還
電流量Ｊｆの供給によって生起される付加的損失をにｆ
とすると、第１図示の基本的構成においては、レーザ共
振器の全損失には、これらの損失に１．にｆの和として
に＝にｌ＋にｆと表わされる。

すなわち、かかる関係にある損失量にｆがＥ２に依・存
したある関数関係を有するように、第１図示の基本的構
成においては、図示の構成要素６，７゜９．５．４の順
序でフィードバックループを構成しである。

そこで・かかる動作の態様の最も簡単な例としにｆ＝ξ
ｆＥ　２（５） なる場合を考える。なお、ξｆは上述したフィードバッ
クルーズに基づく比例係数を与えるものとする。したが
って、前述したに＝にｌ十にｆとともにＥ２＝ｎ、Ｅ８
−ｎ８とおいて、（４）式から定常状態におけるｎとレ
ーザ共振器損失にｌおヨヒレーザ励起強度Ｇσ、との間
の関係を求めると、一般に・（１，十ξｆｎ　）　（１
＋　ｒ１／／ｎｓ　）　ｎ　＝、　Ｇ　σｐ　ｎ（６）
となる。したがって、（６）式を満足するｎ、すなわち
、レーザ出力光電力ｐｏに比例する量は、ｎ　＝　Ｏ（
７） または ａ２ｎ　＋ａｌｎ　十に６−Ｃｒσｐ＝　Ｏ（８）の解
として与えられる。ここに、 ａ２＝ξｆ／ｒ１８ ａｌ＝ξｆ　＋Ｊ　／ｎ８ である。この（８）式はｎに関する２次方程式であり・
Ｇσ、を独立変数として解を求めると、第２図に太線お
よび細線によって示す２次曲線で表わしたような解が求
められる。なお、この解は、ａ工が正であってａ２が負
の場合に成立つものであり、また、ξは負でなければな
らないことを意味している。

しかして、（８）式のかかる解と（７）式によって求め
られたｎ　＝　Ｏなる解とについて解の安定性を検討す
ると、安定な解は第２図に示した太線が表わす状態に対
応するものであることが判る。したがって、第１図示の
基本的構成によるレーザ装置において励起強度Ｇａｐ　
ｆ順次に増大させていくと、Ｇａｐ〈にｌなる領域にお
いては光出力は生ぜず、ｎ＝ｏの状態にあり、Ｇσｐ＝
に形の閾値に達すると、光出力が急激に増大して、上向
き矢印が示すように、ｎ＝ｏの状態から一挙にＡ□点ま
で上昇する。ついで、Ｇａｐをさらに増大させると、太
線に沿ってＡ点からＢよ点に達するが、Ｇａｐをさらに
増大させようとすると、光出力が急激に減少して、下向
き矢印が示すように、−挙に００点まで下降してｎ＝ｏ
の状態に戻ることになる。かかる状態において、上述と
は反対に、励起強度Ｇσｐを減少させていくと、０　点
からＤよ点まで光出力を生ずることなくｎ＝００状態を
保って移動することになり、結局、光出力はレーザ励起
強度の増減に応じてＤ□→Ａ０→Ｂ□→Ｃ工→Ｄ□　な
るヒステリシス特性を呈することになり、双安定状態を
示すことになる。

本発明レーザ機能装置の上述したような動作原理は、単
一モードで発振するレーザ素子の基本的な運動方程式（
１１〜（８）に基づいて述べたものであるが、実際には
複数のモードが共存する多重モードで発振するレーザ素
子も多い。しかしながら、かかる多重モード発振の場合
においても、第１図示の基本的構成の装置によって上述
したと同様のヒステリシス特性を実現することが可能で
あり、本発明レーザ機能装置がなすかかる双安定動作は
広く一般性を有しているものでおる。なお、かかる−膜
性は、以下に引続いて述べる本発明レーザ機能装置が呈
する諸Ｗａにおいても同様に成立するものである。

しかして、第２図によって説明した本発明装置の動作原
理に基づいて第１図示の構成による本発明レーザ機能装
置を実際に動作させたときに得られるレーザ励起強度Ｇ
σｐ対出力元電力ｐｏのヒステリシス特性の例を第８図
に示す。なお、第２図示の特性量ｎと第３図示の特性量
ＰＯトが比例関係にあることは、前述した定義のとおり
である。

しかして、第２図示の理論的特性曲線における長さＣＩ
Ｄ□および高さＡＩＤ□もしくはＢＩＣ□にそれぞれ相
当する第３図示の実際に得たヒステリヒス特性曲線の幅
および前後の高さは、（８）式における係数ａｌ＆よび
ａ２にそれぞれ対応する値を適切に調整することによっ
て変化させることができる。

つぎに、出力光強度に比例する量ｎに関する二次方程式
（８）において、レーザ励起強度Ｇσｐを一定帰還が行
なわれない場合に光強度変調器４によって調整する損失
にＥが変化するものとして（８）式の解を求めると、第
４図に太線および細線によって示したような曲線が表わ
す解が得られるが、この解も、前述したと同様に、ξｆ
が負の場合にのみ成立つものであｐ、フィードバック電
流を供給することによってレーザ共振器の全損失が減少
するように動作するものであることを意味している。

すなわち、かかる場合には、第１図示の構成によるレー
ザ装置において、レーザ共振器の損失Ｊを次第に増大さ
せていくと、最初のに！＜Ｇσ、の領域においてはｎ＝
ｏの状態にあって光出力は生ぜず、ついで、に、＝Ｇσ
ｐの閾値に達すると、光出力が急激に増大して、上向き
矢印が示すように、ｎ＝ｏの状態から一挙にＡ２点まで
上昇する。ついで、損失にｌをさらにやや増大させると
Ａ３点からＢ２点に到る。かかる状態において、上述と
は反対に損失にｌを減少させていくと、図示の太線に沿
い、Ｂ２点からＡ２点を経てＢ２点までやや急激に下降
し、Ｂ２点に達すると光出力が急激に減少して０２点に
達し、光出力のないｎ＝ｏの状態に到達する。ついで、
損失にｌｔ再び増大させていくと、Ｃ２→Ｄ２→Ａ９４
　　”Ｑとレーザ共振器の損失にｌの増減に応じてＤ２
→Ａ２→Ｂ、→０２→Ｄ２なるヒステリシス特性を呈す
ることになる。

上述のような動作原理に基づいて第１図示の構成による
本発明レーザ機能装置を動作させたときに得られるレー
ザ共振器損失にｋに対する出力光電力ｐｏのヒステリシ
ス特性の例を第５図（ａ）に示し、また、（８）式にお
ける係数ａ０およびａ、の値を適切に選定したときに得
られるレーザ共振器損失にｌに対する出力光電力Ｐｏの
第５図（ａｌに示したヒステリシス特性とは全く異なる
態様の特性の例を第５図０）に示す。この後者の特性は
、レーザ共振器損失りに対する光出力のリミッタ特性も
しくは微分利得特性を呈し念ものであり、元エレクトロ
ニクスの極めて広汎な応用分野に亘って著しく有用な特
性である。したがって、かかる特性を適゛切に活用すれ
ば、パルス状励起電流や元入力に対する光出力パルスの
尖鋭化や高速スイッチ素子あるいは論理素子としての動
作をさせ得ることも明らかである。

第１図示の基本的構成による本発明装置の動作の態様を
それぞれ系した第２図および第４図に関する以上の説明
は、（５）式のような最も簡単な関係ヲ有スるフィード
バックによる付刀口的損失にｆに基づく動作例について
述べ念ものであるが、かかル動作は、フィードバックに
よる付加的損失にｆと複素量Ｅ　との間、したがって、
付加的損失にｆとレーザ出力光電力ｐｏとの間にさらに
複雑な関係が設定される場合にも、動作パラメータの適
切な選定を行なえば、同様の動作特性を実現し得るもの
であり、半導体を含む固体、液体、気体のあらゆる椎類
のレーザ媒質を用いたレーザ素子について極めて一般的
に成立するものである。

（実施例〕 つぎに、本発明レーザ機能装置の第１図に示した基本的
構成に多少の変更を施した他の構成例を本発明の実施例
として第６図に示し、その動作の態様を第７図に示す。

第６図示の構成例は、第１図示とほぼ同様の構成におい
て外部から入射、する元入力に対して元高力がヒステリ
シス特性など、上述したと同様の動作特性を呈するよう
にしたものであり、第６図においては、第１図における
と同一の部分には同一の記号を付して示し、その説明を
省略する。

しかして、第６図示の構成において、１ＩＦＸ、本装置
に対する外部からの入力光であり、その電力をＰ□とす
る。この入力光１１は、レーザ共振器からのレーザ出力
光６とともに光検出器７に入射して、同時に検出される
ようにしである。光検出器７の受光部は、両者を容易に
受光し得る程度に大きい場合にはそのまま使用し得るが
、両者を同時に受光し得ない程度に小きい場合には、ビ
ームスプリッタ、光ファイバ、合波器等、かかる場合に
慣用の光学手段を用いて、いずれの場合にも両者を同時
に受光する。

かかる第６図示の構成において・光検出器７および電子
回路９を順次に介して得られる大きさＪｆの帰還電流ｌ
Ｏは、一般にレーザ出力光６の電力Ｐｏに対応する電界
と大きさＰ工の外部入力光１１に対応する電界に対しで
ある関数関係を有しており、その関数関係は、光検出器
７の検出特性および電子回路９の動作特性に依存するも
のであって、それらの特性に基づいて帰還電流１０の大
きさＪｆの両者に対する依存性や大きさの調整、制御を
行なうことは十分に可能である。したがって、かかる帰
還電流による付加的損失にｆも、ある調整可能な依存性
もそれら両者の特性に対して依存ａｔ−有することにな
る。

第６図示の構成による本発明レーザ機能装置の動作は、
原理的には第１図示の基本的構成によるものと同様と考
え、うろことができるが、第６図示の構成にかいては、
外部からの入力光電力Ｐ、に対するレーザ出力光電力Ｐ
０の依存性が有用な動作特性を与えることになる。第６
図示の構成によるかかる動作の態様について、入力′光
電力Ｐ１に対するレーザ出力光電力Ｐ。のヒステリシス
４１１の例を第７図に示す。図示の態様による動作にお
いては、外部から入射する入力光１１は、他のレーザ装
置からのコヒーレント元であっても、また、レーザ装置
以外の一般の光源、例えば各種ランプ、発光ダイオード
、発熱体などからのインコヒーレント光であっても、−
向に差支えなく、要するに、第６図示の構成における光
検出器７が十分な検出感度を有する波長帯と光強度とを
有しておればよいことになる。

しかして、第７図示の動作の態様においては、入力光電
力Ｐｉｔ順次に増大させていくと、その入力光電力Ｐ□
の値が第６図示の構成によるレーザ機能装置に供給する
一定の励起強度Ｇσｐと帰還電流Ｊｆが供給されていな
い場合に元強度変調器今によって調整した前述の損失に
ｌとの差に対応する点に達すると、レーザ光出力が急激
に増大して、第８図示の特性と同様に図中に矢印によっ
て示す順序に従い、ヒステリシス特性を呈するようにな
る。

上述のようにして得られる元入力対光出力間の第７図示
の特性、らさには、第３図あるいは第５図（ａ）および
（１））に示した特性にそれぞれ対応する諸物件は、元
エレクトロエックスや光通信、光情報処理の技術分野に
おいては極めて有用なものでちる。特に、ヒステリシス
特性は、光双安定性を与えるものであって、元メモリや
元スイッチ、元ディスクリミネータなどに実用し得るも
のでアク、また、リミッタ特性は、元入力に対する微分
利得、光パル哀の尖鋭化、あるいは、波形整形、元パル
ス波高比較、元スイッチ、光論理演算、光再生発振等に
実用し得るものである。

（効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によるレーザ機
能装置の第１図および第６図に示した構成は、原理的に
は、あらゆる種類のレーザ装置に適用し得るものである
。しかして、特に半導体レーザ装置については、半導体
レーザ媒質は当然として、光強度変調器、帰還電流形成
用電子回路、駆動電源および励起源のすべての構成要素
を半導体材料によって構成することができるので、本発
明レーザ機能装置を適用する光装置をすべて小型・化し
・集積回路化することが容易となる。

例えば、ＧａＡｓ単結晶を基板にして光関係の素子や部
品および電子回路関係の部品や素子などをすべてＧａＡ
ｓ系の材料に統一して、装置全体をモノリシック咳集積
回路化することも、本発明装置が達成すべき応答速度や
情報処理能力を実用化するうえに有用である。さらに、
＄１単結晶の共通基板上にＧＩＬＡｓ系やＩｎＧａＡＳ
Ｐ系の半導体レーザ素子、光強度変調器および光検出器
を形成するとともに、他の電子回路部品や素子もすべて
Ｓ１ヲ母体とした従来慣用のＩＣ技術乃至ＬＳＩ技術を
駆使して集積回路化し、装置全体を１枚のチップの形態
に製作することも有用である。かかるモノリシックある
いはハイブリッド型の元−電子回路集積化により、例え
は、長さ故山ミクロン程度に超小型化したものを、さら
に高密度に集積化して、極めて複雑な光機能デバイスを
構成することも可能となる。

上述のような元−電子回路集積化により製作する本発明
レーザ機能装置は、従来開発された光双安定素子のよう
に、光源とは別個にその機能素子を構成したものとは異
なり、光源自体との集積化に対する根本的問題は全く介
在せず、したがって１光強度変調器および光検出器をも
含めた完全な集積回路化が可能である点が、本発明装置
の実用性を最も明らかにした独自の新規性を呈する点で
ある。しかしながら、本発明は、すでに繰返し述べたよ
うに、半導体を含む固体、液体、気体のレーザ媒質より
なるあらゆる種類のレーザ装置に普く適用し得るもので
あり、集積回路化は不可能ではあるが、レーザ共振器に
介在させた光強度変調器に対する帰還機能に基づいて、
放電、電子ビーム励起、光励起を行なう気体レーザ装置
や、光または電子ビームの励起を行なう固体、液体の色
素レーザ装置、半導体バルク結晶を用いる半導体レーザ
装置、色中心レーザ装置、さらには、他のレープ索子に
より励起する上述した各種のレーザ装置など、あらゆる
種類のレーザ装置に対して適用可能である。

さらに、本発明レーザ機能装置に外部から入射させる人
、刃元については、何らの制約も要せず、光検出器の特
性に適応し得る入力光であれば、極めて広い波長範囲に
おける低入力光強度によって十分に駆動することが可能
であり・コヒーレント光に限らず、インコヒーレント光
とすることもでキ、シたがってインコヒーレント光から
コヒーレント光への光変換装置としても機能し得ること
になる。

なお、本発明レーザ機能装置が具備する励起強度あるい
は損失−光出力間゛、乃至、元入力−光出力間のヒステ
リシス特性やリミッタ特性あるいは微分利得特性全応用
して得られる各種の機能乃至機能デバイスの主なものを
列挙するとつぎのとおりである。

（１）元ディジタル・メモリ素子や光計数素子などの光
計算機用デバイス。

（２）　　元マルチパイプレーク。

（８）　　元パルス波形整形デバイス。

（４）　光リミッタ・デバイス。

（５）　元ハルス増幅テハイス。

（６３ｉ　ハルス弁別テハイス。

（７）光通信用ディジタル中継器。

（８）光交換器。

（９）光パルス発生器。

かかる多様な応用装置を提供し得る本発明レーザ機能装
置は、その実用性が極めて大きく、しかも、かかる種々
の動作モードや応用デバイスはすべて電気的に制御し得
る利点も備えている。したカッて、近い将来における元
エレクトロニックスや光通信、光情報処理などの技術分
野における多種多様のシステム開発のための基本的デバ
イスとして活用されることを期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レーザ機能装置の基本的構成の例を示す
ブロック線図、 第２図は同じくその装置の理論的双安定Ｗ注の例を示す
特性曲線図、 第３図は同じくその装置の実際の双安定特性の例を示す
特性曲線図、　　　　′ 第４図は同じくその装置の理論的双安定特性の他の例を
示す特性曲線図、 第５図（ａ）および（ｂ）は同じくその装置のヒステリ
シス特性およびリミッタ特性の例をそれぞれ示す特性曲
線図、 第６図は同じくその装置の他の構成例を示すブロック線
図、 第７図は同じくその他の構成例のヒステリシス特性の例
を示す特性曲線図でおる。 １・・・レーザ媒質、２・・・励起源、８，８′・・・
半透明反射鏡、４・・・光強度変調器、５・・・駆動電
源、６゜６′・・・出力光、７・・・光検出器、８・・
・検出電流、９・・・電子回路、１０・・帰還電流、１
１・・・入力光。 第１図 第２図 Ｋｌ　　　　　巧 第３図 第４図 巧　　にノ 第５図 （ａ） にノ （ｂ） ンｃｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、密接して縦続配置したレーザ媒質と光強度変調素子
   との両端に半透明反射鏡をそれぞれ配設して構成したレ
   ーザ共振器と、前記レーザ媒質にエネルギーを供給して
   前記レーザ共振器を励起する励起源と、前記光強度変調
   素子を駆動する駆動電源と、前記レーザ共振器の前記半
   透明反射鏡を介した一方の発振出力光を検出する光検出
   手段と、その光検出手段の検出出力に応じてその検出出
   力と所望の関係を有する電気信号を発生させる回路手段
   とを備え、前記電気信号を前記駆動電源に帰還して前記
   光強度変調素子の光強度変調動作を制御することにより
   、前記レーザ共振器の発振出力光を双安定状態になし得
   るように構成したことを特徴とするレーザ機能装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記光
   強度変調素子、前記光検出手段および前記回路手段の動
   作パラメータを前記所望の関係に応じてそれぞれ設定す
   るようにしたことを特徴とするレーザ機能装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
   いて、外部より前記光検出手段に入射させた制御入力光
   により当該光検出手段、前記回路手段および前記駆動電
   源を順次に介して前記光強度変調素子の光強度変調動作
   を制御するようにしたことを特徴とするレーザ機能装置
   。 ４、特許請求の範囲前記各項のいずれかに記載の装置に
   おいて、前記発振出力光の双安定状態により、ヒステリ
   シス特性、微分利得特性およびリミッタ特性のうちいず
   れかの特性を呈するようにしたことを特徴とするレーザ
   機能装置。