JP2650746B2 - 対称的光学デバイス - Google Patents
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- G—PHYSICS
- 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
- G02F3/028—Optical bistable devices based on self electro-optic effect devices [SEED]
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C7/00—Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
- G11C7/005—Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store with combined beam-and individual cell access
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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-
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- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は非線形光学デバイス、より詳細には、結果と
して、多重安定光学状態あるいは他の非線形光学応答を
与える高利得あるいはフィードバックを採用する非線形
光学デバイスに関する。
して、多重安定光学状態あるいは他の非線形光学応答を
与える高利得あるいはフィードバックを採用する非線形
光学デバイスに関する。
発明の背景 非常に低いスイチッング エネルギーを持つ非線形、
つまり、双安定光学デバイスが1985年10月８日にデービ
ッド A.B.ミラー（David A.B.Miller）に交付された合
衆国特許第4,546,244号において開示されている。この
デバイスはその光学吸収、従って、このデバイスの光学
状態を変えるために電気的に制御される半導体量子井戸
領域を持つ。このデバイスは一つあるいは複数の入力光
線によって動作される。但し、このデバイスは一つの出
力光線のみを持つという欠点を持つ。このため、このデ
バイスは相補的出力光線が要求されるような場合は限ら
れたシステム アプリケーションを持つ このデバイスが二つの入力光線にて動作される一つの
構成においては、これら入力光線の一つのパワーが一定
のレベルに保たれ、他方の光線のパワーが光学吸収及び
デバイスの状態を変えるために変化される。デバイスの
この構成の問題は、他の光線が除去される前にどちらか
の光線を除去すると、デバイスがその現在の状態を失う
ことである。
つまり、双安定光学デバイスが1985年10月８日にデービ
ッド A.B.ミラー（David A.B.Miller）に交付された合
衆国特許第4,546,244号において開示されている。この
デバイスはその光学吸収、従って、このデバイスの光学
状態を変えるために電気的に制御される半導体量子井戸
領域を持つ。このデバイスは一つあるいは複数の入力光
線によって動作される。但し、このデバイスは一つの出
力光線のみを持つという欠点を持つ。このため、このデ
バイスは相補的出力光線が要求されるような場合は限ら
れたシステム アプリケーションを持つ このデバイスが二つの入力光線にて動作される一つの
構成においては、これら入力光線の一つのパワーが一定
のレベルに保たれ、他方の光線のパワーが光学吸収及び
デバイスの状態を変えるために変化される。デバイスの
この構成の問題は、他の光線が除去される前にどちらか
の光線を除去すると、デバイスがその現在の状態を失う
ことである。
この双安定光学デバイスのこの構成のもう一つの問題
は、この一定のパワー レベルの光線のパワー レベル
が一旦確立されると、デバイスを一方の状態から他方の
状態に変えるためにこのデバイスに加えられる可変光線
のパワー レンジが固定されることである。
は、この一定のパワー レベルの光線のパワー レベル
が一旦確立されると、デバイスを一方の状態から他方の
状態に変えるためにこのデバイスに加えられる可変光線
のパワー レンジが固定されることである。
請求の範囲の請求項１に規定されるデバイスは、W087
/0278において開示されている。これはこの第11図内に
アレイの量子井戸デバイスを示すがここでは、各々のデ
バイスは自体の負荷抵抗体を持ち、各々のデバイスは他
の全てのデバイスと独立して動作する。
/0278において開示されている。これはこの第11図内に
アレイの量子井戸デバイスを示すがここでは、各々のデ
バイスは自体の負荷抵抗体を持ち、各々のデバイスは他
の全てのデバイスと独立して動作する。
発明の要約 請求項１に規定されるデバイスにおいては、二つの量
子井戸領域の光学吸収は、二つの入力光線の一方の他方
に対するパワーの比が所定の域値以上になると同時的に
相補及び対称的な高及び低光学吸収レベルを取る。同様
に、このパワー比が第二の域値以下になると、この二つ
の量子井戸領域は反対の相補的収レベルを取る。このパ
ワー比がこの二つの域値レベルの間にある時は、このデ
バイスは双安定動作領域内にあり、ここでは、これら量
子井戸領域はこのデバイスがこの双安定動作領域に入る
前に取ったそれらの吸収レベルをを保持する。
子井戸領域の光学吸収は、二つの入力光線の一方の他方
に対するパワーの比が所定の域値以上になると同時的に
相補及び対称的な高及び低光学吸収レベルを取る。同様
に、このパワー比が第二の域値以下になると、この二つ
の量子井戸領域は反対の相補的収レベルを取る。このパ
ワー比がこの二つの域値レベルの間にある時は、このデ
バイスは双安定動作領域内にあり、ここでは、これら量
子井戸領域はこのデバイスがこの双安定動作領域に入る
前に取ったそれらの吸収レベルをを保持する。
この光学デバイスは、例えば、ゼロ及び１の論理レベ
ルを表わす相補及び対称的な高及び低パワー レベルを
持つ二つの光線を放出するための光学ラッチあるいはメ
モリーとして動作することが可能である。量子井戸領域
を通過する任意の光線の伝送レベルはこの領域の光学吸
収レベルに比例して減少される。このデバイスの状態は
これら量子井戸領域の指定される一つから放射される光
線の伝送レベルによって決定される。他方の量子井戸領
域から放射されるもう一方の光線の伝送レベルは、第一
の光線のレベルと相補的なパワー レベルに置かれる。
ルを表わす相補及び対称的な高及び低パワー レベルを
持つ二つの光線を放出するための光学ラッチあるいはメ
モリーとして動作することが可能である。量子井戸領域
を通過する任意の光線の伝送レベルはこの領域の光学吸
収レベルに比例して減少される。このデバイスの状態は
これら量子井戸領域の指定される一つから放射される光
線の伝送レベルによって決定される。他方の量子井戸領
域から放射されるもう一方の光線の伝送レベルは、第一
の光線のレベルと相補的なパワー レベルに置かれる。
長所として、このデバイスはさらにこれら量子井戸領
域へのこの二つの光線のパワーを光学吸収レベル及びデ
バイスの状態を光学入力パワー レベルの広いレンジを
通じて保持するために同時的に変化させるための光学減
衰器を含むことができる。この二つの入力光線が低パワ
ー レベルに同時的に減衰されると、この二つの域値の
一つに到達してこのデバイスの状態をスイッチするため
のこの二つの間のパワーの差がより少なくて済む。こう
して、例えば、このデバイスはこれら二つの入力光線の
一つの少しの増加、あるいは低いパワー レベルを持つ
追加の制御光線に応答してデバイスの状態を変える。こ
の二つの減衰された光線が増加されると、各々の量子井
戸領域はより高いパワーレベルを持つ出力光線を放出す
る。このデバイスは、結果として、低パワー レベルの
制御光線とより高いパワー レベルの出力光線の間の利
得を示す。
域へのこの二つの光線のパワーを光学吸収レベル及びデ
バイスの状態を光学入力パワー レベルの広いレンジを
通じて保持するために同時的に変化させるための光学減
衰器を含むことができる。この二つの入力光線が低パワ
ー レベルに同時的に減衰されると、この二つの域値の
一つに到達してこのデバイスの状態をスイッチするため
のこの二つの間のパワーの差がより少なくて済む。こう
して、例えば、このデバイスはこれら二つの入力光線の
一つの少しの増加、あるいは低いパワー レベルを持つ
追加の制御光線に応答してデバイスの状態を変える。こ
の二つの減衰された光線が増加されると、各々の量子井
戸領域はより高いパワーレベルを持つ出力光線を放出す
る。このデバイスは、結果として、低パワー レベルの
制御光線とより高いパワー レベルの出力光線の間の利
得を示す。
この光学減衰器を持つこの二量子井戸領域双安定デバ
イスのもう一つの長所は、これら入力光線が同時的に除
去された時、このデバイスがこの状態を所定の期間だけ
保持することである。入力光線がこの期間内にこのデバ
イスに同時的に再度加えられる限り、このデバイスはこ
れがこの光線が除去される前に持った状態を保持し続け
る。更に、このデバイスを同時的に加えられる入力光線
にて定期的にリフレッシングすることによって、かなり
少ない光学入力パワー用件でこのデバイスの状態が保持
できる。
イスのもう一つの長所は、これら入力光線が同時的に除
去された時、このデバイスがこの状態を所定の期間だけ
保持することである。入力光線がこの期間内にこのデバ
イスに同時的に再度加えられる限り、このデバイスはこ
れがこの光線が除去される前に持った状態を保持し続け
る。更に、このデバイスを同時的に加えられる入力光線
にて定期的にリフレッシングすることによって、かなり
少ない光学入力パワー用件でこのデバイスの状態が保持
できる。
入力光線を互いに比例的に変化させることによって、
この二つの量子井戸領域の光学吸収及びデバイスの現在
の状態が保持され、このデバイスを広いレンジの入力光
線にて動作することが可能となる。この長所は、特に、
このデバイスを光学ラッチあるいはメモリーとして動作
するのに有効である。
この二つの量子井戸領域の光学吸収及びデバイスの現在
の状態が保持され、このデバイスを広いレンジの入力光
線にて動作することが可能となる。この長所は、特に、
このデバイスを光学ラッチあるいはメモリーとして動作
するのに有効である。
この光学デバイスは、更に、各々がバイアス入力光線
と制御入力光線とを結合してこれら光検出器の一つに加
えるための二つの光学結合器を含む。このデバイスの構
成においては、制御光線は光学Ｓ−Ｒラッチに対するセ
ット及びリセット信号として機能する。
と制御入力光線とを結合してこれら光検出器の一つに加
えるための二つの光学結合器を含む。このデバイスの構
成においては、制御光線は光学Ｓ−Ｒラッチに対するセ
ット及びリセット信号として機能する。
この減衰器はまた一例として一つの光線をこれら二つ
の光検出器に対する二つのバイアス光線に分割するため
の光線分割器を含む。
の光検出器に対する二つのバイアス光線に分割するため
の光線分割器を含む。
図面の簡単な説明 第１図は相補的な高及び低光学吸収レベルを持つ第一
及び第二の量子井戸領域を持つ双安定光学デバイス100
を示し； 第２図は第７図に示される光学デバイス100の修正さ
れたバージョンを示し； 第３図は第２図の光学デバイスの更に修正されたバー
ジョンを示し； 第４図は第１図の光学デバイス100の一例としての伝
送レベル曲線を示し； 第５図はクロックド光学Ｓ−Ｒラッチとして動作され
る第７図の光学デバイス100のタイミング図を示し； 第６図は第１図の光学デバイスのもう一つの構成を示
し； 第７図はデバイスの状態を光学入力パワー レベルの
広いレンジを通じて保持するための可変光学減衰器を更
に含む第１図の光学デバイスを示し； 第８図は集積化された構造内のこのデバイスの断面図
を示し；そして 第９図は第８図の集積化された構造の層ダイアグラム
を示す。
及び第二の量子井戸領域を持つ双安定光学デバイス100
を示し； 第２図は第７図に示される光学デバイス100の修正さ
れたバージョンを示し； 第３図は第２図の光学デバイスの更に修正されたバー
ジョンを示し； 第４図は第１図の光学デバイス100の一例としての伝
送レベル曲線を示し； 第５図はクロックド光学Ｓ−Ｒラッチとして動作され
る第７図の光学デバイス100のタイミング図を示し； 第６図は第１図の光学デバイスのもう一つの構成を示
し； 第７図はデバイスの状態を光学入力パワー レベルの
広いレンジを通じて保持するための可変光学減衰器を更
に含む第１図の光学デバイスを示し； 第８図は集積化された構造内のこのデバイスの断面図
を示し；そして 第９図は第８図の集積化された構造の層ダイアグラム
を示す。
詳細な説明 第１図は、二つの相補及び対称的な高及び低吸収レベ
ルを同時的に保持するための半導体多重量子井戸領域10
1及び102を持つ一例としての双安定光学デバイス100を
示す。デバイスのこの二つの相補的吸収レベルは、例え
ば、二進情報の二つの異なる論理レベルを表わす。情報
を格納するための光学ラッチあるいはメモリーとして動
作された場合、この情報は、デバイスから、夫々バイア
ス入力光線160及び161を量子井戸領域101及び102に送る
ことによって、得られる、つまり、読み出される。各々
の量子井戸領域の光学吸収は、二つの異なるレベルの一
つ、例えば、相補的な高及び低光学吸収レベルにある。
この二つの領域の一つの光学吸収が高レベルにある時、
他方の領域の光学吸収は低レベルにある。量子井戸領域
から放出される光線の伝送レベルは、この領域の吸収レ
ベルに比例して低減される。従って、量子井戸領域101
の光学吸収が高レベルにある時は、この領域から放射さ
れる出力光線162は低伝送レベルにある。量子井戸領域1
02の光学吸収は相補的低レベルにあるため、この領域か
ら放射される出力光線163は高伝送レベルにある。この
デバイスの状態は、この二つの出力光線の一つ、例え
ば、出力光線163の伝送レベルによって表わされ、一
方、このデバイスの相補的な状態は、出力光線162の伝
送レベルによって表わされる。重要なことに、相補及び
対称的な出力光線162及び163は、例えば、“ジュアル
レール（dual−rail）光学論理システムに使用される他
の相補的入力光学デバイスをドライブするために使用す
ることも出来る。
ルを同時的に保持するための半導体多重量子井戸領域10
1及び102を持つ一例としての双安定光学デバイス100を
示す。デバイスのこの二つの相補的吸収レベルは、例え
ば、二進情報の二つの異なる論理レベルを表わす。情報
を格納するための光学ラッチあるいはメモリーとして動
作された場合、この情報は、デバイスから、夫々バイア
ス入力光線160及び161を量子井戸領域101及び102に送る
ことによって、得られる、つまり、読み出される。各々
の量子井戸領域の光学吸収は、二つの異なるレベルの一
つ、例えば、相補的な高及び低光学吸収レベルにある。
この二つの領域の一つの光学吸収が高レベルにある時、
他方の領域の光学吸収は低レベルにある。量子井戸領域
から放出される光線の伝送レベルは、この領域の吸収レ
ベルに比例して低減される。従って、量子井戸領域101
の光学吸収が高レベルにある時は、この領域から放射さ
れる出力光線162は低伝送レベルにある。量子井戸領域1
02の光学吸収は相補的低レベルにあるため、この領域か
ら放射される出力光線163は高伝送レベルにある。この
デバイスの状態は、この二つの出力光線の一つ、例え
ば、出力光線163の伝送レベルによって表わされ、一
方、このデバイスの相補的な状態は、出力光線162の伝
送レベルによって表わされる。重要なことに、相補及び
対称的な出力光線162及び163は、例えば、“ジュアル
レール（dual−rail）光学論理システムに使用される他
の相補的入力光学デバイスをドライブするために使用す
ることも出来る。
デバイスの状態、並びに、この量子井戸領域の相補的
な光学吸収レベルは、この二つの量子井戸領域に加えら
れる光学パワーの差がこの二つの領域に加えられる光学
パワーに依存するあるレベルに達すると変化する。より
具体的には、量子井戸領域101に入射される光のパワー
の量子井戸領域102に入射される光のパワーに対する比
が第一の域値より大きな時は、この二つの領域の相補的
な光学吸収レベルがスイッチし、このデバイスの状態が
変化する。同様に、この光学パワー比が第二の域値より
小さな時は、この二つの領域の光学吸収は、元の相補的
レベルにスイッチ バックされる。
な光学吸収レベルは、この二つの量子井戸領域に加えら
れる光学パワーの差がこの二つの領域に加えられる光学
パワーに依存するあるレベルに達すると変化する。より
具体的には、量子井戸領域101に入射される光のパワー
の量子井戸領域102に入射される光のパワーに対する比
が第一の域値より大きな時は、この二つの領域の相補的
な光学吸収レベルがスイッチし、このデバイスの状態が
変化する。同様に、この光学パワー比が第二の域値より
小さな時は、この二つの領域の光学吸収は、元の相補的
レベルにスイッチ バックされる。
光学デバイス100は、導線150を介して電気的に相互接
続された光検出器103及び104を含む。各々の光検出器10
3及び104は、ｎ−ドープされた真性層、及びｐ−ドープ
された層を持つ周知の光ダイオードであり、光ダイオー
ド104のこのｎ−ドープされた層は、導線150を介して光
ダイオード103のｐ−ドープされた層に相互接続され
る。光ダイオード103の真性層は、半導体多重量子井戸
領域101を含む。同様に、光ダイオード104の真性層は、
半導体多重量子井戸領域102を含む。光ダイオード103及
び104は、導線151及び152を介して電気的に直列に電圧
源105に接続され、量子井戸領域の光学吸収を電気的に
制御する電気回路を形成する。電圧源105は、通常、光
ダイオード103及び104を逆バイアスするように接続され
る。これは、第１図に示されるように、この回路に対す
る電圧源105の左に正の電圧が現われることを要求す
る。電圧源105が省かれ、短絡回路にて置換された場合
でもこのデバイスから有効な特性を得ることが可能であ
る。長所として、入力光線160及び180は光ダイオード10
3の同一領域上に当てられる必要はなく、また、入力光
線161及び181も、光ダイオード104の同一領域上に当て
られる必要はない。
続された光検出器103及び104を含む。各々の光検出器10
3及び104は、ｎ−ドープされた真性層、及びｐ−ドープ
された層を持つ周知の光ダイオードであり、光ダイオー
ド104のこのｎ−ドープされた層は、導線150を介して光
ダイオード103のｐ−ドープされた層に相互接続され
る。光ダイオード103の真性層は、半導体多重量子井戸
領域101を含む。同様に、光ダイオード104の真性層は、
半導体多重量子井戸領域102を含む。光ダイオード103及
び104は、導線151及び152を介して電気的に直列に電圧
源105に接続され、量子井戸領域の光学吸収を電気的に
制御する電気回路を形成する。電圧源105は、通常、光
ダイオード103及び104を逆バイアスするように接続され
る。これは、第１図に示されるように、この回路に対す
る電圧源105の左に正の電圧が現われることを要求す
る。電圧源105が省かれ、短絡回路にて置換された場合
でもこのデバイスから有効な特性を得ることが可能であ
る。長所として、入力光線160及び180は光ダイオード10
3の同一領域上に当てられる必要はなく、また、入力光
線161及び181も、光ダイオード104の同一領域上に当て
られる必要はない。
光学デバイス100は、セルフ エレクトロ オプティ
ック効果デバイスに類似する。但し、セルフ エレクト
ロ オプティック効果デバイスは、二つの相補的な低及
び高伝送レベルの出力光線を放射するための相補的な高
及び低光学吸収レベルを持つ二つの半導体量子井戸領域
を持たない。セルフ エレクトロ オプティック効果デ
バイスについては、D.A.B.ミラー（D.A.B.Miller）らに
よって、IEEEジャーナル オブ クウォンタム エレク
トロニクス（IEEE Journal of Quantum Electronic
s）、Vo1.QE−21、1985年９月号、ページ1462−1476に
掲載の論文「量子井戸セルフ エレクトロ オプティッ
ク効果デバイス；光学電子双安定性及び発振、並びに自
己線形化変調（The Quantum Well Self Electro−Optic
Effect Device;Optical Electronic Bistability and
Oscillation,and Self Linearized Modulation）」にお
いて説明されており、さらに、D.A.B.ミラーらによって
アプライド フィジクス レターズ（Applied Physics
Letters）Vo1.49,1986年、ページ821−823に掲載の論文
「集積量子井戸セルフ エレクトロ オプティック効果
デバイス;2x2アレイの光学双安定スイッチ（Integrated
Quantum Well Self Electro−Optic Effect Devices;2
x2 Array of Optically Bistable Switches）」におい
ても説明されている。合衆国特許第4,546,244号は、二
つの安定状態を持つセルフ エレクトロ オプティック
効果デバイスの製造方法について開示する。J.S.ウエイ
ナー（J.S.Weiner）らによって、エレクトロニクス レ
ターズ（Electronics Letters）、Vo1.23、1987年１月1
6日号、ページ75−77に掲載の論文「低電圧変調器及び
セルフ−バイアスド セルフ エレクトロ オプティッ
ク効果デバイス（Low−Voltage Modulator and Self−B
iased Self−Electro−Optic Effect Device）」は、電
圧の外部ソース無しにSEEDを作る方法を開示する。当業
者においては、これら文献を参照して、二つの半導体多
重量子井戸領域を持つ光学デバイスを作ることが可能で
ある。第８図には、インテグレイテッド構造内のデバイ
ス100の断面図が示される。この対称的なデバイスは、
この真性層内に対応する量子井戸領域101及び102と共に
ｐ−ｉ−ｎ光ダイオード103及び104を含む。この集積構
造の材料は、Siドープされたｎ基板上への分子線エピタ
キシーによって成長される。この多重量子井戸ｐ−ｉ−
ｎダイオードは、別個のメサ（このケースにおいては、
〜200×200μｍ）をエッチングし、電気的にこのメサを
直列に接続することによって作られる。同時に互いに接
近してこの二つのダイオードを製造するこによって、ほ
ぼ同一の特性が保証される。結果としてのデバイスは、
６ボルトという低い電圧に対して、双安定性を示した。
これら比較的大きなデバイスでの2mWの光学入力パワー
（可能な最大パワー）での300nsスイッチング時間まで
の双安定スイッチングが観察された。予備テストは、こ
れも比較的低いエネルギー強度にて、前のSEEDと同一の
可逆パワー／速度トレード オフを示した。各々の量子
井戸領域101及び102は、それぞれ、105ナノメータ及び8
0ナノメータの厚さの63ピリオドのGaAs及びAlGaAsから
なる。
ック効果デバイスに類似する。但し、セルフ エレクト
ロ オプティック効果デバイスは、二つの相補的な低及
び高伝送レベルの出力光線を放射するための相補的な高
及び低光学吸収レベルを持つ二つの半導体量子井戸領域
を持たない。セルフ エレクトロ オプティック効果デ
バイスについては、D.A.B.ミラー（D.A.B.Miller）らに
よって、IEEEジャーナル オブ クウォンタム エレク
トロニクス（IEEE Journal of Quantum Electronic
s）、Vo1.QE−21、1985年９月号、ページ1462−1476に
掲載の論文「量子井戸セルフ エレクトロ オプティッ
ク効果デバイス；光学電子双安定性及び発振、並びに自
己線形化変調（The Quantum Well Self Electro−Optic
Effect Device;Optical Electronic Bistability and
Oscillation,and Self Linearized Modulation）」にお
いて説明されており、さらに、D.A.B.ミラーらによって
アプライド フィジクス レターズ（Applied Physics
Letters）Vo1.49,1986年、ページ821−823に掲載の論文
「集積量子井戸セルフ エレクトロ オプティック効果
デバイス;2x2アレイの光学双安定スイッチ（Integrated
Quantum Well Self Electro−Optic Effect Devices;2
x2 Array of Optically Bistable Switches）」におい
ても説明されている。合衆国特許第4,546,244号は、二
つの安定状態を持つセルフ エレクトロ オプティック
効果デバイスの製造方法について開示する。J.S.ウエイ
ナー（J.S.Weiner）らによって、エレクトロニクス レ
ターズ（Electronics Letters）、Vo1.23、1987年１月1
6日号、ページ75−77に掲載の論文「低電圧変調器及び
セルフ−バイアスド セルフ エレクトロ オプティッ
ク効果デバイス（Low−Voltage Modulator and Self−B
iased Self−Electro−Optic Effect Device）」は、電
圧の外部ソース無しにSEEDを作る方法を開示する。当業
者においては、これら文献を参照して、二つの半導体多
重量子井戸領域を持つ光学デバイスを作ることが可能で
ある。第８図には、インテグレイテッド構造内のデバイ
ス100の断面図が示される。この対称的なデバイスは、
この真性層内に対応する量子井戸領域101及び102と共に
ｐ−ｉ−ｎ光ダイオード103及び104を含む。この集積構
造の材料は、Siドープされたｎ基板上への分子線エピタ
キシーによって成長される。この多重量子井戸ｐ−ｉ−
ｎダイオードは、別個のメサ（このケースにおいては、
〜200×200μｍ）をエッチングし、電気的にこのメサを
直列に接続することによって作られる。同時に互いに接
近してこの二つのダイオードを製造するこによって、ほ
ぼ同一の特性が保証される。結果としてのデバイスは、
６ボルトという低い電圧に対して、双安定性を示した。
これら比較的大きなデバイスでの2mWの光学入力パワー
（可能な最大パワー）での300nsスイッチング時間まで
の双安定スイッチングが観察された。予備テストは、こ
れも比較的低いエネルギー強度にて、前のSEEDと同一の
可逆パワー／速度トレード オフを示した。各々の量子
井戸領域101及び102は、それぞれ、105ナノメータ及び8
0ナノメータの厚さの63ピリオドのGaAs及びAlGaAsから
なる。
第８図に示されるデバイス構造は、ｐ領域801及び802
真性領域803及びｎ領域804及び805、及び基板806から形
成された追加のダイオード構造を持つように設計され
る。基板806及び層805は、光線161及び163が出てくる領
域が化学エッチングによって除去され、光線162及び163
は、この基板あるいは層805によっては吸収されない。
この基板は、このデバイスの少なくとも一つの他の部分
の所で保持され、基板に対して電気接続807が作られ
る。第８図に示される構造の動作の一例としてのモード
においては、電気接続807が接続151と同一の正の電圧に
接続される。追加の層803及び804は、光線162及び163に
対して、実質的に透明となるように設計される。層803
と804の接合は、領域801と802の間の電気的な隔離を提
供する一方において、これらが同一の基板806上に成長
されることを許す。この隔離は、逆バイアスされたダイ
オードが結果として得られるように、接続807の正の電
位への接続によって促進される。当業者においては、プ
ロトン ボンバードメントのような他の隔離方法も明ら
かである。第９図には、これから周知のエッチング、フ
ォトリソグラフィック、堆積及びコンタクティング技術
によって第８図に示される構造を製造することが可能な
詳細な層構造が示される。このような層構造は、分子線
エピタキシーによって成長することができる。Ｎ＝1018
は、成長の際に立方センチメートル当たり約1018シリコ
ン原子のドーピング密度が導入されたことを意味する。
同様に、Ｐ＝1018は、成長の際に、約1018ベリリウム原
子のドーピング密度が導入されたことを意味する。値ｘ
は、化合物AlxGa1-xAs内のアルミニウムのモル分率を示
す。Ｘ＝０は、この層がGaAsであることを含蓄する。こ
の実施態様における領域101及び102（MQW領域）は、第
９図に示されるごとく、63ペアのｘ＝０及びｘ＝0.4の
層から成る。この実施態様における超格子（SL）領域80
1及び802は、第９図に示されるように、250ペアの交互
するｘ＝０及びｘ＝0.4の層から成る。基板806は成長の
際にシリコンにてドープされる。
真性領域803及びｎ領域804及び805、及び基板806から形
成された追加のダイオード構造を持つように設計され
る。基板806及び層805は、光線161及び163が出てくる領
域が化学エッチングによって除去され、光線162及び163
は、この基板あるいは層805によっては吸収されない。
この基板は、このデバイスの少なくとも一つの他の部分
の所で保持され、基板に対して電気接続807が作られ
る。第８図に示される構造の動作の一例としてのモード
においては、電気接続807が接続151と同一の正の電圧に
接続される。追加の層803及び804は、光線162及び163に
対して、実質的に透明となるように設計される。層803
と804の接合は、領域801と802の間の電気的な隔離を提
供する一方において、これらが同一の基板806上に成長
されることを許す。この隔離は、逆バイアスされたダイ
オードが結果として得られるように、接続807の正の電
位への接続によって促進される。当業者においては、プ
ロトン ボンバードメントのような他の隔離方法も明ら
かである。第９図には、これから周知のエッチング、フ
ォトリソグラフィック、堆積及びコンタクティング技術
によって第８図に示される構造を製造することが可能な
詳細な層構造が示される。このような層構造は、分子線
エピタキシーによって成長することができる。Ｎ＝1018
は、成長の際に立方センチメートル当たり約1018シリコ
ン原子のドーピング密度が導入されたことを意味する。
同様に、Ｐ＝1018は、成長の際に、約1018ベリリウム原
子のドーピング密度が導入されたことを意味する。値ｘ
は、化合物AlxGa1-xAs内のアルミニウムのモル分率を示
す。Ｘ＝０は、この層がGaAsであることを含蓄する。こ
の実施態様における領域101及び102（MQW領域）は、第
９図に示されるごとく、63ペアのｘ＝０及びｘ＝0.4の
層から成る。この実施態様における超格子（SL）領域80
1及び802は、第９図に示されるように、250ペアの交互
するｘ＝０及びｘ＝0.4の層から成る。基板806は成長の
際にシリコンにてドープされる。
第８図及び第９図のように構成されたデバイスは、85
5.8nmの入力光線波長に対して双安定性を示した。二つ
のダイオード103及び104を同一の材料から互いに隣接し
て製造することによって、これら二つのダイオードの特
性がほぼ同一となることが保証され、これは対称的な動
作を得る上で好都合である。
5.8nmの入力光線波長に対して双安定性を示した。二つ
のダイオード103及び104を同一の材料から互いに隣接し
て製造することによって、これら二つのダイオードの特
性がほぼ同一となることが保証され、これは対称的な動
作を得る上で好都合である。
光ダイオード103及び104は、それぞれ、光線160及び1
61に応答して、この二つの光ダイオード及び電圧源105
によって形成された電気回路内に光電流を生成する。こ
の光電流に応答して、この二つの光ダイオードは量子井
戸領域101及び102の光学吸収をこの二つの量子井戸領域
間の電圧を制御することによって電気的に制御する。こ
の量子井戸領域の光学吸収はこの領域間の電圧の関数と
して変化する。
61に応答して、この二つの光ダイオード及び電圧源105
によって形成された電気回路内に光電流を生成する。こ
の光電流に応答して、この二つの光ダイオードは量子井
戸領域101及び102の光学吸収をこの二つの量子井戸領域
間の電圧を制御することによって電気的に制御する。こ
の量子井戸領域の光学吸収はこの領域間の電圧の関数と
して変化する。
双安定光学デバイス100は、光ダイオード103及び104
の一つに入射される光のパワーを他方の光ダイオードに
入射されるパワーに対して増加させると、一方の状態か
ら別の状態へと変化する。より詳細に、この二つの光ダ
イオードの一つに入射される光のパワーの他方の光ダイ
オードに入射される光のパワーに対する比が第一の所定
の域値より大きな時は、この二つの量子井戸領域の光学
吸収はその相補的なレベルを変える。例えば、光線160
のパワーの光線161に対する比がこの第一の所定の域値
より大きな時は、量子井戸領域102の光学吸収は、高レ
ベルから低レベルに変化し、量子井戸領域101の光学吸
収は同時的に低から高レベルに変化する。同様に、この
二つの量子井戸領域の光学吸収は、光線162のパワーの
光線161のパワーに対する比が第二の所定の域値より小
さな時は、これらの元の相補的なレベルにスイッチ バ
ックする。光線160の光線161に対するパワー比がこの二
つの域値の間にある時は、このデバイスは双安定動作領
域内にあり、ここでは、この双安定領域に入る前の状態
が保持される。
の一つに入射される光のパワーを他方の光ダイオードに
入射されるパワーに対して増加させると、一方の状態か
ら別の状態へと変化する。より詳細に、この二つの光ダ
イオードの一つに入射される光のパワーの他方の光ダイ
オードに入射される光のパワーに対する比が第一の所定
の域値より大きな時は、この二つの量子井戸領域の光学
吸収はその相補的なレベルを変える。例えば、光線160
のパワーの光線161に対する比がこの第一の所定の域値
より大きな時は、量子井戸領域102の光学吸収は、高レ
ベルから低レベルに変化し、量子井戸領域101の光学吸
収は同時的に低から高レベルに変化する。同様に、この
二つの量子井戸領域の光学吸収は、光線162のパワーの
光線161のパワーに対する比が第二の所定の域値より小
さな時は、これらの元の相補的なレベルにスイッチ バ
ックする。光線160の光線161に対するパワー比がこの二
つの域値の間にある時は、このデバイスは双安定動作領
域内にあり、ここでは、この双安定領域に入る前の状態
が保持される。
光学デバイス100の状態を変化させるためのもう一つ
の方法は、光線160及び161を同一のパワー レベルに保
持し、対応する光ダイオード103及び104に制御光線180
及び181の一つを加える方法である。但し、この光学デ
バイスが状態を変えるためには、この二つの光ダイオー
ドに入射される光のパワーの比が第一の域値よりも大き
く、第二の域値より小さなことが要求される。従って、
この光学デバイスの状態をスイッチさせるためには、光
線160と制御光線180との結合されたパワーの光線161の
パワーに対する比が第一の域値を越えなければならな
い。
の方法は、光線160及び161を同一のパワー レベルに保
持し、対応する光ダイオード103及び104に制御光線180
及び181の一つを加える方法である。但し、この光学デ
バイスが状態を変えるためには、この二つの光ダイオー
ドに入射される光のパワーの比が第一の域値よりも大き
く、第二の域値より小さなことが要求される。従って、
この光学デバイスの状態をスイッチさせるためには、光
線160と制御光線180との結合されたパワーの光線161の
パワーに対する比が第一の域値を越えなければならな
い。
量子井戸領域102の光学吸収はこの領域を通過する光
線の減衰によって決定される。このデバイスの一つの状
態においては、量子井戸領域102の光学吸収は低レベル
にあり、従って、この領域102を通過する光線161を少し
の量、例えば、3dbのみ減衰して、出力光線163として放
射する。結果として、出力光線163,並びにこのデバイス
の状態は高伝送レベルとなる。同時的に、量子井戸領域
101の光学吸収は高レベルとなり、出力光線161の伝送レ
ベル、並びにデバイスの相補的な状態は、低伝送レベル
となる。量子井戸領域の光学吸収が高レベルにある時
は、この領域を通過する光線は、より大きな量、例え
ば、6dbだけ減衰される。
線の減衰によって決定される。このデバイスの一つの状
態においては、量子井戸領域102の光学吸収は低レベル
にあり、従って、この領域102を通過する光線161を少し
の量、例えば、3dbのみ減衰して、出力光線163として放
射する。結果として、出力光線163,並びにこのデバイス
の状態は高伝送レベルとなる。同時的に、量子井戸領域
101の光学吸収は高レベルとなり、出力光線161の伝送レ
ベル、並びにデバイスの相補的な状態は、低伝送レベル
となる。量子井戸領域の光学吸収が高レベルにある時
は、この領域を通過する光線は、より大きな量、例え
ば、6dbだけ減衰される。
同様に、この二つの量子井戸領域の光学吸収は、この
二つの光ダイオードに入射されるパワーの比が第二の所
定の域値より小さな時は、これらの相補的な吸収レベル
にスイッチする。例えば、光線160のパワー光線161と制
御光線181の結合されたパワーに対する比がこの第二の
域値より小さい時は、光線163の伝送レベル、並びに、
このデバイスの状態は、高から低レベルに変化する。同
時的に、出力光線162の伝送レベル、並びに、このデバ
イスの相補的な状態は、低から高レベルに変化する。
二つの光ダイオードに入射されるパワーの比が第二の所
定の域値より小さな時は、これらの相補的な吸収レベル
にスイッチする。例えば、光線160のパワー光線161と制
御光線181の結合されたパワーに対する比がこの第二の
域値より小さい時は、光線163の伝送レベル、並びに、
このデバイスの状態は、高から低レベルに変化する。同
時的に、出力光線162の伝送レベル、並びに、このデバ
イスの相補的な状態は、低から高レベルに変化する。
第４図には、量子井戸領域102の伝送レベルの一例と
しての曲線400が入力光線160と180との結合されたパワ
ーの入力光線161と181との結合されたパワーに対する比
P1の関数として示される。出力光線163のパワーの入力
光線161と181が結合されたパワーに対する比は、量子井
戸領域102の伝送レベルTLを特性化する。前述のごと
く、この量子井戸領域の伝送レベル、並びにここから放
出される光線の伝送レベルは、この領域の光学吸収レベ
ルに比例して低下する。ここで使用される光線は、特定
の光ダイオードに入射される結合された光学パワーを表
わす。従って、光線は、一つあるいは複数の光線が結合
されたものと考えることができる。伝送レベル曲線は、
高伝送レベル部分401と低伝送レベル部分403とを持ち、
これがグラフの入力パワー比P1の直線404と405の間の双
安定動作領域402内で重複する。このデバイスのこの双
安定領域においては、任意のパワー レベルを持つ入力
光線に応答してデバイスから放射される光線は、二つの
可能な安定パワー レベルの一方のレベルにある。この
デバイスの動作歴史が、光学吸収あるいは出力光線がこ
の二つのレベルのどちらを取るかを決定する。量子井戸
領域の伝送レベルが最初に低伝送レベル部分403にある
ものと想定すと、この量子井戸領域の伝送レベル、並び
にこのデバイスの状態は、入力光線160と180の入力光線
161と181に対するパワー比P1が1.0と1.5の間のパワー比
P1のどこかにあるライン405によって示される第一の域
値を越えた時、高レベルに変化する。光検出器103及び1
04の応答性は、同一であると想定される。また、簡素化
のため、この双安定領域は、比P1＝０を含むものと想定
される。この比は、光ダイオード103及び104の設計に依
存し、光ダイオード103と104が実質的に同一でない場合
は、他の比の値を動作ポイントとして使用することが必
要となることが考えられる。
しての曲線400が入力光線160と180との結合されたパワ
ーの入力光線161と181との結合されたパワーに対する比
P1の関数として示される。出力光線163のパワーの入力
光線161と181が結合されたパワーに対する比は、量子井
戸領域102の伝送レベルTLを特性化する。前述のごと
く、この量子井戸領域の伝送レベル、並びにここから放
出される光線の伝送レベルは、この領域の光学吸収レベ
ルに比例して低下する。ここで使用される光線は、特定
の光ダイオードに入射される結合された光学パワーを表
わす。従って、光線は、一つあるいは複数の光線が結合
されたものと考えることができる。伝送レベル曲線は、
高伝送レベル部分401と低伝送レベル部分403とを持ち、
これがグラフの入力パワー比P1の直線404と405の間の双
安定動作領域402内で重複する。このデバイスのこの双
安定領域においては、任意のパワー レベルを持つ入力
光線に応答してデバイスから放射される光線は、二つの
可能な安定パワー レベルの一方のレベルにある。この
デバイスの動作歴史が、光学吸収あるいは出力光線がこ
の二つのレベルのどちらを取るかを決定する。量子井戸
領域の伝送レベルが最初に低伝送レベル部分403にある
ものと想定すと、この量子井戸領域の伝送レベル、並び
にこのデバイスの状態は、入力光線160と180の入力光線
161と181に対するパワー比P1が1.0と1.5の間のパワー比
P1のどこかにあるライン405によって示される第一の域
値を越えた時、高レベルに変化する。光検出器103及び1
04の応答性は、同一であると想定される。また、簡素化
のため、この双安定領域は、比P1＝０を含むものと想定
される。この比は、光ダイオード103及び104の設計に依
存し、光ダイオード103と104が実質的に同一でない場合
は、他の比の値を動作ポイントとして使用することが必
要となることが考えられる。
高伝送レベルが想定されたため、量子井戸領域102は
高伝送レベルをパワー比が0.5と1.0の間のどこかにある
直線404によって示される第二の域値より低くなるまで
保持する。これは、この二つの光ダイオードに入射され
るパワーの比が第二の域値レベルより小さくなった時に
起き、すると、この量子井戸領域は高伝送レベルから低
伝送レベルに変化する。この曲線の低伝送レベル部分40
3においては、量子井戸領域102の光学吸収は高レベルに
ある。
高伝送レベルをパワー比が0.5と1.0の間のどこかにある
直線404によって示される第二の域値より低くなるまで
保持する。これは、この二つの光ダイオードに入射され
るパワーの比が第二の域値レベルより小さくなった時に
起き、すると、この量子井戸領域は高伝送レベルから低
伝送レベルに変化する。この曲線の低伝送レベル部分40
3においては、量子井戸領域102の光学吸収は高レベルに
ある。
曲線の双安定領域402においては、量子井戸領域102
は、その伝送レベルをこの双安定領域に入る前のレベル
に保つ。例えば、量子井戸領域102が高伝送レベルにあ
る時は、これは高伝送レベルに双安定領域にある間留ま
る。光線161と180の結合したパワーが減少されるか、あ
るいは、光線161と181の結合されたパワーが増加する
と、この比は減少して行き、ライン404によって示され
る第二の域値レベルに到達する。この第二の域値以下で
は、量子井戸領域102は、高から低伝送レベルにスイッ
チする。同様に、この量子井戸領域の伝送レベルが低レ
ベルにある時は、これはこの低伝送レベルにパワー比が
ライン405によって示される第一の域値より大きくなる
まで保持される。量子井戸領域101の伝送レベル曲線
は、量子井戸領域102の伝送レベル曲線と反対である。
より具体的には、量子井戸領域101は、量子井戸領域102
の低伝送の領域と同一のレンジを通じて高伝送レベル部
分を持ち、量子井戸領域102は、量子井戸領域102の高伝
送レベル部分401と同一のレンジを通じて低伝送レベル
部分を持つ。
は、その伝送レベルをこの双安定領域に入る前のレベル
に保つ。例えば、量子井戸領域102が高伝送レベルにあ
る時は、これは高伝送レベルに双安定領域にある間留ま
る。光線161と180の結合したパワーが減少されるか、あ
るいは、光線161と181の結合されたパワーが増加する
と、この比は減少して行き、ライン404によって示され
る第二の域値レベルに到達する。この第二の域値以下で
は、量子井戸領域102は、高から低伝送レベルにスイッ
チする。同様に、この量子井戸領域の伝送レベルが低レ
ベルにある時は、これはこの低伝送レベルにパワー比が
ライン405によって示される第一の域値より大きくなる
まで保持される。量子井戸領域101の伝送レベル曲線
は、量子井戸領域102の伝送レベル曲線と反対である。
より具体的には、量子井戸領域101は、量子井戸領域102
の低伝送の領域と同一のレンジを通じて高伝送レベル部
分を持ち、量子井戸領域102は、量子井戸領域102の高伝
送レベル部分401と同一のレンジを通じて低伝送レベル
部分を持つ。
第６図には、光学デバイス100のもう一つの構成が示
される。この構成においては、半導体多重量子井戸領域
601及び602は、周知の光ダイオードである対応する構造
607及び608の真性層内に含まれる。光検出器603及び604
は、導線650を介して電気的に相互接続され、さらに導
線651及び652を介して電圧源605と直列に接続される。
光検出器603及び604は、周知の光トランジスタである。
光検出器607及び608は、図示されるように、対応する光
トランジスタ603及び604を横断して並列に電気的に接続
される。光線160及び160は対応する量子井戸領域601及
び602を通過し、出力光線162及び163として放射され
る。光トランジスタ603及び604は、対応する制御光線18
0及び181に応答して、量子井戸領域601及び602の光学吸
収を電気的に制御する。この特定の構成の光学デバイス
100の動作は、第１図に示される光学デバイス100の構成
の動作と類似する。量子井戸領域601及び602が対応する
構造607及び608内に光検出器603及び604とは別個にこれ
と離れて含まれる。但し、デバイス全体を簡単に単一の
構造に統合することができる。
される。この構成においては、半導体多重量子井戸領域
601及び602は、周知の光ダイオードである対応する構造
607及び608の真性層内に含まれる。光検出器603及び604
は、導線650を介して電気的に相互接続され、さらに導
線651及び652を介して電圧源605と直列に接続される。
光検出器603及び604は、周知の光トランジスタである。
光検出器607及び608は、図示されるように、対応する光
トランジスタ603及び604を横断して並列に電気的に接続
される。光線160及び160は対応する量子井戸領域601及
び602を通過し、出力光線162及び163として放射され
る。光トランジスタ603及び604は、対応する制御光線18
0及び181に応答して、量子井戸領域601及び602の光学吸
収を電気的に制御する。この特定の構成の光学デバイス
100の動作は、第１図に示される光学デバイス100の構成
の動作と類似する。量子井戸領域601及び602が対応する
構造607及び608内に光検出器603及び604とは別個にこれ
と離れて含まれる。但し、デバイス全体を簡単に単一の
構造に統合することができる。
第７図には、デバイスの状態を変えることなく、入力
光線160及び161を同時的に変える可変光学減衰器701を
更に含む光学デバイス100のもう一つの構成が示され
る。ここで、同時的（concomitantly）とは、実質的に
同時（simultaneously）であることを意味する。可変光
学減衰器701は、周知であり、市販されているスニッ
ト、例えば、導線752上を周知の電気制御回路702からこ
れに加えられる適当な電気制御信号によって制御が可能
な音響光変調器が使用される。同一のパワー レベルを
持つ光線750及び751が可変光学減衰器701に加えられ、
対応する光線160及び161として放出される。光線160及
び161のパワー レベルが対応する光線750及び751のパ
ワー レベルより低く減衰されると、減衰された光線16
0及び161の一つの少しのパワーの増加、あるいは、低パ
ワー レベルの制御光線180あるいは181のいずれかを加
えるだけで、量子井戸領域102の光学吸収が一方のレベ
ルから他方のレベルに変化し、これに対応して、デバイ
スの状態が変化する。減衰器701は、ここに格納された
情報を高パワー レベルで読み出すために、入力光線16
0及び161のパワー レベルを光線750及び751のパワー
レベルに対して同時的に増加させ、これによって、結果
として、制御光線180及び181のどちらかに光学パワー利
得を与える。これは、他の光学デバイスをドライブする
のに有効である。デバイス100はまた減衰器がシャッタ
ーとして動作され、光線160及び161が、例えば、少なく
とも十秒間という限られた期間完全に除去された時もこ
の状態を保持する。シャッターを開くと、デバイス100
は、シャッターが閉じられる前の状態に戻る。
光線160及び161を同時的に変える可変光学減衰器701を
更に含む光学デバイス100のもう一つの構成が示され
る。ここで、同時的（concomitantly）とは、実質的に
同時（simultaneously）であることを意味する。可変光
学減衰器701は、周知であり、市販されているスニッ
ト、例えば、導線752上を周知の電気制御回路702からこ
れに加えられる適当な電気制御信号によって制御が可能
な音響光変調器が使用される。同一のパワー レベルを
持つ光線750及び751が可変光学減衰器701に加えられ、
対応する光線160及び161として放出される。光線160及
び161のパワー レベルが対応する光線750及び751のパ
ワー レベルより低く減衰されると、減衰された光線16
0及び161の一つの少しのパワーの増加、あるいは、低パ
ワー レベルの制御光線180あるいは181のいずれかを加
えるだけで、量子井戸領域102の光学吸収が一方のレベ
ルから他方のレベルに変化し、これに対応して、デバイ
スの状態が変化する。減衰器701は、ここに格納された
情報を高パワー レベルで読み出すために、入力光線16
0及び161のパワー レベルを光線750及び751のパワー
レベルに対して同時的に増加させ、これによって、結果
として、制御光線180及び181のどちらかに光学パワー利
得を与える。これは、他の光学デバイスをドライブする
のに有効である。デバイス100はまた減衰器がシャッタ
ーとして動作され、光線160及び161が、例えば、少なく
とも十秒間という限られた期間完全に除去された時もこ
の状態を保持する。シャッターを開くと、デバイス100
は、シャッターが閉じられる前の状態に戻る。
光学デバイス100を光学ラッチあるいはメモリーとし
て動作する場合は、このデバイスをこの伝送レベル曲線
の双安定動作領域内で動作することが要求される。動作
のこの一例としてのモードにおいては、光線750及び751
のパワー レベルは同一であり、このデバイスはこの双
安定動作領域に留まる。制御回路702に応答して、光学
減衰器701は光線750及び751のパワーを放射される光線1
60及び161が実質的に同一の割合だけ減衰されるように
同時的に変化させる。結果として、デバイスは、同一の
状態に、光線160及び161の同時的に変化されたパワー
レベルの大きなレンジを通じて留まる。この二つの光線
のパワーの比が第一と第二の域値の間に留まる限り、デ
バイス100は、その現在の状態に留まる。制御光線180及
び181は、Ｓ−Ｒ光学ラッチへのセット（Ｓ）及びリセ
ット（Ｒ）入力信号として扱われる。
て動作する場合は、このデバイスをこの伝送レベル曲線
の双安定動作領域内で動作することが要求される。動作
のこの一例としてのモードにおいては、光線750及び751
のパワー レベルは同一であり、このデバイスはこの双
安定動作領域に留まる。制御回路702に応答して、光学
減衰器701は光線750及び751のパワーを放射される光線1
60及び161が実質的に同一の割合だけ減衰されるように
同時的に変化させる。結果として、デバイスは、同一の
状態に、光線160及び161の同時的に変化されたパワー
レベルの大きなレンジを通じて留まる。この二つの光線
のパワーの比が第一と第二の域値の間に留まる限り、デ
バイス100は、その現在の状態に留まる。制御光線180及
び181は、Ｓ−Ｒ光学ラッチへのセット（Ｓ）及びリセ
ット（Ｒ）入力信号として扱われる。
第７図の光学デバイス100の構成の修正バージョンが
第２図に示される。この修正された構成においては、光
学減衰器701からの光線160及び161は、それぞれ、光学
結合器200及び201に向けられる。これらの光学結合器
は、周知であり、市販されている。制御光線180及び181
も、夫々、結合器200及び201に加えられる。光学結合器
ユニット220は、バイアス光線160及び制御光線180を結
合して光線270を生成するが、これは、この二つの光線
のパワー レベルの総和に等しいパワー レベルを持
つ。同様に、光学結合器ユニット201は、バイアス光線1
61と制御光線181を結合して、この二つの光線のパワー
レベルの総和に等しいパワー レベルを持つ光線271
を生成する。光線270及び271は次に前述のごとく、この
デバイスの対応する光ダイオード103及び104に加えられ
る。
第２図に示される。この修正された構成においては、光
学減衰器701からの光線160及び161は、それぞれ、光学
結合器200及び201に向けられる。これらの光学結合器
は、周知であり、市販されている。制御光線180及び181
も、夫々、結合器200及び201に加えられる。光学結合器
ユニット220は、バイアス光線160及び制御光線180を結
合して光線270を生成するが、これは、この二つの光線
のパワー レベルの総和に等しいパワー レベルを持
つ。同様に、光学結合器ユニット201は、バイアス光線1
61と制御光線181を結合して、この二つの光線のパワー
レベルの総和に等しいパワー レベルを持つ光線271
を生成する。光線270及び271は次に前述のごとく、この
デバイスの対応する光ダイオード103及び104に加えられ
る。
第２図に示されるような光学デバイス100の修正され
た構成は、さらに第３図の本発明の一例として実施態様
に示されるようにさらに修正することができる。このさ
らに修正された構成においては、周知の光線分割器301
及び光学ミラー302が二つのバイアス光線が光学減衰器7
01に加えられる必要性を排除する。ここで、光学減衰器
703は、単一の入力光線350を可変的に減衰し、減衰され
た光線351を光線分割器301に向ける。光線分割器は光線
351を光線160及び161にデバイスを双安定領域にバイア
スするのに適当な比率で分割する。光線分割器301は、
光線161を直接に光学結合器201に送るが、これは、この
光線を制御光線181と結合して、光線271を形成する。光
線分割器301は、示されるように、光線160をミラー302
を介して光学結合器に送る。光学結合器200は、光線160
と180とを結合して光線270を生成する。
た構成は、さらに第３図の本発明の一例として実施態様
に示されるようにさらに修正することができる。このさ
らに修正された構成においては、周知の光線分割器301
及び光学ミラー302が二つのバイアス光線が光学減衰器7
01に加えられる必要性を排除する。ここで、光学減衰器
703は、単一の入力光線350を可変的に減衰し、減衰され
た光線351を光線分割器301に向ける。光線分割器は光線
351を光線160及び161にデバイスを双安定領域にバイア
スするのに適当な比率で分割する。光線分割器301は、
光線161を直接に光学結合器201に送るが、これは、この
光線を制御光線181と結合して、光線271を形成する。光
線分割器301は、示されるように、光線160をミラー302
を介して光学結合器に送る。光学結合器200は、光線160
と180とを結合して光線270を生成する。
第５図のタイミング図は、クロックド光学Ｓ−Ｒラッ
チとして動作される光学デバイス100の理想化されたバ
イアス光線161及び161、セット（Ｓ）制御光線180、リ
セット（Ｒ）制御光線181、出力（Ｑ）光線、及び相補
（）出力光線161を時間との関係で示す。光学デバイ
ス100は第７図の構成に示されるような可変光学減衰器7
01を含む。第５図に示されるように、バイアス光線160
及び161の各々は、ゼロと10のユニットからなる二つの
光学パー レベルを持つ。可変光学減衰器701は、これ
ら信号を電気制御回路702に応答して放射する。図示さ
れるように、光線160と161のこの二つのパワー レベル
は、交互する期間において、０と10のユニットの間で交
互する。簡素化のため、比P1は、1.0であり、このデバ
イスの双安定動作領域内に入るものと想定される。セッ
ト及びリセット制御信号の各々は、０と１のユニットか
らなる二つのパワー レベルを持つ。光ダイオード104
から放射される出力（Ｑ）光線163及び光ダイオード103
から放射される相補出力（Ｑ）光線162は、示されるよ
うに、0,0.25,0.5,2.5,及び5.0からなるパワー レベル
を持つ。
チとして動作される光学デバイス100の理想化されたバ
イアス光線161及び161、セット（Ｓ）制御光線180、リ
セット（Ｒ）制御光線181、出力（Ｑ）光線、及び相補
（）出力光線161を時間との関係で示す。光学デバイ
ス100は第７図の構成に示されるような可変光学減衰器7
01を含む。第５図に示されるように、バイアス光線160
及び161の各々は、ゼロと10のユニットからなる二つの
光学パー レベルを持つ。可変光学減衰器701は、これ
ら信号を電気制御回路702に応答して放射する。図示さ
れるように、光線160と161のこの二つのパワー レベル
は、交互する期間において、０と10のユニットの間で交
互する。簡素化のため、比P1は、1.0であり、このデバ
イスの双安定動作領域内に入るものと想定される。セッ
ト及びリセット制御信号の各々は、０と１のユニットか
らなる二つのパワー レベルを持つ。光ダイオード104
から放射される出力（Ｑ）光線163及び光ダイオード103
から放射される相補出力（Ｑ）光線162は、示されるよ
うに、0,0.25,0.5,2.5,及び5.0からなるパワー レベル
を持つ。
時間t0とt1の間の期間において、光線160−163,180及
び181のパワー レベルは全て０である。テバイスの初
期状態は、低伝送レベル及び相補的な高伝送レベル状態
にあるものと想定する。時間t1とt2との間の期間におい
て、バイアス光線160及び161は10ユニットのパワー レ
ベルを取り、これを保持し、出力（Ｑ）光線163は、低
伝送レベルを表わす2.5のパワー レベルを取り、これ
を保持する。相補出力（）光線162は高伝送レベルを
表わす5.0ユニットのパワー レベルを取り、これを保
持する。これら二つの出力信号は、デバイス内に格納さ
れた情報のレベル及びその補数を表わすのに使用され
る。
び181のパワー レベルは全て０である。テバイスの初
期状態は、低伝送レベル及び相補的な高伝送レベル状態
にあるものと想定する。時間t1とt2との間の期間におい
て、バイアス光線160及び161は10ユニットのパワー レ
ベルを取り、これを保持し、出力（Ｑ）光線163は、低
伝送レベルを表わす2.5のパワー レベルを取り、これ
を保持する。相補出力（）光線162は高伝送レベルを
表わす5.0ユニットのパワー レベルを取り、これを保
持する。これら二つの出力信号は、デバイス内に格納さ
れた情報のレベル及びその補数を表わすのに使用され
る。
時間t2とt3との期間において、バイアス光線160及び1
61は０のパワー レベルにとどまり、セット（Ｓ）制御
光線180のパワー レベルは1.0ユニットに変化する。デ
バイスの状態は、0.25から0.50のパワー ユニットのレ
ベルに指数的に変化する出力（Ｑ）光線163によって示
されるその相補レベルに変化する。同様に、相補出力
（）光線162のパワー レベルは0.5から0.25ユニット
に変化する。
61は０のパワー レベルにとどまり、セット（Ｓ）制御
光線180のパワー レベルは1.0ユニットに変化する。デ
バイスの状態は、0.25から0.50のパワー ユニットのレ
ベルに指数的に変化する出力（Ｑ）光線163によって示
されるその相補レベルに変化する。同様に、相補出力
（）光線162のパワー レベルは0.5から0.25ユニット
に変化する。
時間t3とt4との間の期間において、デバイスの状態及
び格納された情報がデバイスから読み出される。バイア
ス光線160及び161のパワー レベルが10ユニットに同時
的に変化する。予想されるように、出力光線162及び163
のパワー レベルは、それぞれ、2.5及び5.0ユニットに
変化する。出力光線162及び163の伝送レベルはデバイス
の相補状態が変化したことを示す。
び格納された情報がデバイスから読み出される。バイア
ス光線160及び161のパワー レベルが10ユニットに同時
的に変化する。予想されるように、出力光線162及び163
のパワー レベルは、それぞれ、2.5及び5.0ユニットに
変化する。出力光線162及び163の伝送レベルはデバイス
の相補状態が変化したことを示す。
時間t4とt5との間の期間において、全ての光線は、０
のパワー ユニット レベルを取る。
のパワー ユニット レベルを取る。
時間t5とt6との間の期間において、デバイスの状態及
び格納された状態が、再度、時間t3とt4との間で説明さ
れたように読み出される。
び格納された状態が、再度、時間t3とt4との間で説明さ
れたように読み出される。
時間t5とt6との間の期間において、リセット（Ｒ）の
制御光線181は1.0のパワー ユニットに変化し、デバイ
スの状態を最初に取られた状態にリセットする。示され
るごとく、出力（Ｑ）光線163は指数的に0.50からの0.2
5パワー ユニットに変化し、相補出力（）光線162は
0.25から0.5のパワー ユニットに変化する。
制御光線181は1.0のパワー ユニットに変化し、デバイ
スの状態を最初に取られた状態にリセットする。示され
るごとく、出力（Ｑ）光線163は指数的に0.50からの0.2
5パワー ユニットに変化し、相補出力（）光線162は
0.25から0.5のパワー ユニットに変化する。
時間t7とt8との間の期間において、バイアス光線161
及び161が、再度、デバイスの状態を読み出すために高
パワー レベルを取る。出力（Ｑ）光線163は2.5ユニッ
トの低伝送パワー レベルを取り、一方、相補出力
（）光線162は5.0ユニットの高伝送パワー レベルを
取る。
及び161が、再度、デバイスの状態を読み出すために高
パワー レベルを取る。出力（Ｑ）光線163は2.5ユニッ
トの低伝送パワー レベルを取り、一方、相補出力
（）光線162は5.0ユニットの高伝送パワー レベルを
取る。
時間t8の後に、全ての光学信号は、０のパワー ユニ
ット レベルを取る。光線160及び161が完全にゼロに減
衰されると、デバイスはその状態にデバイス内の漏れ電
流その他の原因によって決定される有限期間だけ留ま
る。但し、この期間は、このデバイスが光学メモリーと
して動作される場合は、少なくとも10秒という活用に十
分に絶える長い期間である。
ット レベルを取る。光線160及び161が完全にゼロに減
衰されると、デバイスはその状態にデバイス内の漏れ電
流その他の原因によって決定される有限期間だけ留ま
る。但し、この期間は、このデバイスが光学メモリーと
して動作される場合は、少なくとも10秒という活用に十
分に絶える長い期間である。
上に説明の光学デバイスは単に本発明の原理の一例と
しての実施態様であり、当業者にとっては、本発明の範
囲から逸脱することなく、多くの他の光学デバイスを設
計できることは明白である。より具体的には、複数の多
重量子井戸領域を使用する相補的な高及び低レベルの出
力光線を生成するための他の多くの光学メモリー デバ
イスを設計することが可能である。
しての実施態様であり、当業者にとっては、本発明の範
囲から逸脱することなく、多くの他の光学デバイスを設
計できることは明白である。より具体的には、複数の多
重量子井戸領域を使用する相補的な高及び低レベルの出
力光線を生成するための他の多くの光学メモリー デバ
イスを設計することが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミラー，デイヴィッド アンドリュー バークレイ アメリカ合衆国 07701 ニュージャー シィ，フェアハヴン，ハンス ロード 64
Claims (5)
- 【請求項１】光学デバイス（100）において、該デバイ
スが 第一の半導体量子井戸領域（101）を含む第一の手段（1
03）；及び 第二の半導体量子井戸領域（102）を含む第二の手段（1
04）を含み、 該第一の手段がこれに入射する第一の光線（160）に応
答して該第一の量子井戸領域の光学吸収を電気的に制御
するための光電流を生成し、 該第二の手段がこれに入射する第二の光線（161）に応
答して該第二の量子井戸領域の光学吸収を電気的に制御
するための光電流を生成し、更に 該第一及び第二の手段がそれぞれ各々がｐ−ドープされ
た領域、該第一又は第二の量子井戸領域を含む真性領
域、及びｎ−ドープされた領域を持つ第一及び第二のｐ
−ｉ−ｎ光ダイオードを含み、 該第一の光ダイオードの該ｐ−ドープされた領域が該第
二の光ダイオードの該ｎ−ドープされた領域に接続さ
れ、 該デバイスが更に 該第一の光ダイオードの該ｎ−ドープされた領域を電圧
源（105）の第一の端子に電気的に接続するための手段
（151）、及び 該第二の光ダイオードの該ｐ−ドープされた領域を該電
圧源の第二の端子に電気的に接続するための手段（15
2）を含み、これによって、該第一の光線の該第二の光
線に対するパワーの比が第一の所定の値よりも大きな時
に該第一の量子井戸領域の光学吸収が第一の所定のレベ
ルを取り、該第二の量子井戸領域の光学吸収が同時的に
第二の所定のレベルを取り、そして、該比が第二の所定
の値より小さな時は、該第一の量子井戸領域の光学吸収
が該第二の所定のレベルを取り、該第二の量子井戸領域
の光学吸収が該第一の所定のレベルを取ることを特徴と
する光学デバイス。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載された光学デバイ
スにおいて、該デバイスが更にこれに入射する第三の光
線（180）に応答して光電流を生成するための第一のｎ
−ｐ−ｎ光トランジスタ（603）を含み、該トランジス
タが該第一の光ダイオードの該ｐ−ドープされた領域に
接続されたｎ−ドープされたエミッター、及び該第一の
光ダイオードの該ｎ−ドープされた領域に接続されたｎ
−ドープされたコレクタを持ち、 該デバイスが更に これに入射する第四の光線（181）に応答して光電流を
生成するための第二のｎ−ｐ−ｎ光トランジスタ（60
4）を含み、該トランジスタが該第二の光ダイオードの
該ｐ−ドープされた領域に接続されたｎ−ドープされた
エミッター、及び該第二の光ダイオードの該ｎ−ドープ
された領域に接続されたｎ−ドープされたコレクタを持
つことを特徴とする光学デバイス。 - 【請求項３】請求の範囲第１項に記載の光学デバイスに
おいて、該第一の手段が更にこれに入射する第三の光線
（180）に応答して光電流を生成し、 該第二の手段が更にこれに入射する第四の光線（181）
に応答して光電流を生成し、 該第一と第三の光線の総パワーの該第二と第四の光線の
総パワーに対する比が該第一の域値よりも大きな時に該
第一の量子井戸領域の光学吸収が該デバイスの第一状態
を表わす該第一の所定のレベルを取り、該第二の量子井
戸領域の光学吸収が同時的にこれも該第一のデバイス状
態を表わす第二の所定のレベルを取り、そして 該第一と第三の光線の総パワーの該第二と第四の光線の
総パワーに対する該比が該第二の所定の域値より小さな
時は、該第一の量子井戸領域の光学吸収が該デバイスの
第二の状態を表わす第二の所定のレベルを取り、該第二
の量子井戸領域の光学吸収が同時的にこれも該第二のデ
バイス状態を表わす該第一の所定のレベルを取ることを
特徴とする光学デバイス。 - 【請求項４】請求の範囲第２項又は第３項に記載の光学
デバイスにおいて、該デバイスが更に該第一及び第二の
光線を同時的に変化させるための手段（701）を含み、 該第三及び第四の光線が該デバイスの状態を該総パワー
比が該第一の所定の値よりも大きい時、又は該総パワー
へ比が該第二の所定の値よりも小さな時にセットし、 該第一及び第二の光線が該デバイスの状態を該総パワー
比が該第一の所定の値よりも小さいが該第二の所定の値
よりも大きな時に読み出すことを特徴とする光学デバイ
ス。 - 【請求項５】請求の範囲第４項に記載の光学デバイス及
び該第一、第二、第三及び第四の光線を、該第三及び第
四の光線のいずれか一つが該デバイスの状態をセットす
るために加えられ、該第一及び第二の光線がその後同時
に該デバイスの状態を読み出すように加えられるように
時間シーケンス的に制御するためのタイミング手段を含
むことを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/042,411 US4754132A (en) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | Symmetric optical device with quantum well absorption |
| US42,411 | 1987-04-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02503720A JPH02503720A (ja) | 1990-11-01 |
| JP2650746B2 true JP2650746B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=21921787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63505124A Expired - Lifetime JP2650746B2 (ja) | 1987-04-24 | 1988-02-26 | 対称的光学デバイス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4754132A (ja) |
| EP (1) | EP0360833B1 (ja) |
| JP (1) | JP2650746B2 (ja) |
| CA (1) | CA1298388C (ja) |
| DE (1) | DE3881212T2 (ja) |
| WO (1) | WO1988008553A2 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4830444A (en) * | 1987-12-31 | 1989-05-16 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Optical switch |
| US4800262A (en) * | 1987-12-31 | 1989-01-24 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Tri-state optical device with quantum well absorption |
| US4952791A (en) * | 1988-12-12 | 1990-08-28 | At&T Bell Laboratories | Monolithic apparatus comprising optically interconnected quantum well devices |
| US4904859A (en) * | 1989-01-17 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Self electrooptic effect device employing asymmetric quantum wells |
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