JP2776648B2 - Light switch - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は光スイッチに関し、さ
らに詳しくは、各種情報機器などに用いられるフォトカ
プラなどの光スイッチに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch, and more particularly, to an optical switch such as a photocoupler used for various information devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、電気を絶縁するために、電気回路
の中にスイッチ機能を持つフォトカプラが広く使用され
ている。このフォトカプラは、図５に示されるように発
光ダイオード（ＬＥＤ）１０とフォトダイオード１２を
用いて、電気を光に変換し、さらに光を電気に変換する
ことによって、電気的な絶縁を行っている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to insulate electricity, a photocoupler having a switching function in an electric circuit has been widely used. This photocoupler uses a light emitting diode (LED) 10 and a photodiode 12 as shown in FIG. 5 to convert electricity into light, and further convert light into electricity, thereby providing electrical insulation. I have.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光源
にＬＥＤを用いた従来のフォトカプラでは、応答速度が
遅いという欠点があった。また、ＬＥＤの発光スペクト
ルが広く、コヒーレンシー（可干渉性）もないため、ホ
ログラム素子を使用しても十分な回折光を得ることがで
きない。このため、光を制御して複雑な光スイッチの機
能を持たせることは困難であった。さらに、スイッチ機
能としても、単に２点間を１入力、１出力でＯＮ・ＯＦ
Ｆさせるだけである。このため、出力先を選択するに
は、別に電気的なスイッチング素子を用いなければなら
なかった。However, the conventional photocoupler using an LED as a light emitting source has a drawback that the response speed is slow. Further, since the emission spectrum of the LED is wide and there is no coherency (coherence), sufficient diffracted light cannot be obtained even if a hologram element is used. For this reason, it has been difficult to control the light to have a complicated optical switch function. Furthermore, as a switch function, ON / OF can be performed with only one input and one output between two points.
Just make it F. For this reason, in order to select an output destination, an electric switching element must be separately used.
【０００４】この発明は、このような実情に鑑みてなさ
れたものであり、高速の応答特性を有するとともに、入
力信号に対する出力先を複数にし、かつそれらの出力先
のうちから任意の１つを選択することのできる光スイッ
チを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, has a high-speed response characteristic, and has a plurality of output destinations for an input signal, and an arbitrary one of the output destinations. It is an object to provide an optical switch that can be selected.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は、所定の波長
を有し、レーザ光の光源となる光源用半導体レーザ素子
と、この半導体レーザ素子の後方に配され、同素子の波
長と異なる所定波長を有し、同素子を後方から照射する
ことで注入同期現象を生じさせる注入用半導体レーザ素
子と、前記光源用半導体レーザ素子の前方に配され、そ
の光源用半導体レーザ素子から出たレーザ光の回折角を
波長ごとに変化させるホログラム素子と、このホログラ
ム素子の前方に配され、そのホログラム素子を通過した
レーザ光を波長ごとに異なる方向で受ける複数または多
分割型のフォトダイオードとを備えてなる光スイッチで
ある。According to the present invention, there is provided a semiconductor laser device for a light source having a predetermined wavelength and serving as a light source of a laser beam, and a predetermined semiconductor laser device disposed behind the semiconductor laser device and having a different wavelength from the semiconductor laser device. has a wavelength, and injection semiconductor laser device to cause injection locking phenomenon by irradiating the device from the rear, is arranged in front of the semiconductor laser element for the light source, its
The diffraction angle of the laser light emitted from the semiconductor laser device for the light source
An optical switch comprising a hologram element that changes for each wavelength, and a plurality or multi-division type photodiode that is disposed in front of the hologram element and receives laser light passing through the hologram element in different directions for each wavelength. is there.
【０００６】すなわち、この発明の光スイッチは、発光
源として半導体レーザ素子を使用し、そのレーザ光の特
性を利用したホログラム素子と組み合わせる。これによ
って、出力端子の選択機能が付与され、かつ高速動作が
行われる。That is, the optical switch of the present invention uses a semiconductor laser element as a light emitting source and combines it with a hologram element utilizing the characteristics of the laser light. Thus, a function of selecting an output terminal is provided, and a high-speed operation is performed.
【０００７】ホログラム素子は発振スペクトル幅が狭い
（単色性）。また、コヒーレンシー（可干渉性）の良い
レーザ光ほど回折効果が高い。そこで、半導体レーザ素
子の出射光を用い、その波長を変化させることによっ
て、ホログラム素子を通過した際の回折角を変化させ
る。その回折光の集光する場所に受光用のフォトダイオ
ードを配置する。これにより、回折角に対応するフォト
ダイオードのみが光を受けることができる。そして、入
力信号を複数の出力端子のうちの任意の１つに出力でき
るという高機能スイッチが得られる。また、光源となる
半導体レーザ素子の後方にもう一つの半導体レーザ素子
を配置する。そして、その出射光を光源となる半導体レ
ーザ素子の後方の発光部分に注入する。これによって、
注入同期現象を起こしてレーザ光の発振波長を変化させ
る。The hologram element has a narrow oscillation spectrum width (monochromaticity). Further, a laser beam having better coherency (coherence) has a higher diffraction effect. Therefore, the diffraction angle when passing through the hologram element is changed by changing the wavelength of the light emitted from the semiconductor laser element. A photodiode for receiving light is arranged at a place where the diffracted light is collected. Thereby, only the photodiode corresponding to the diffraction angle can receive light. Then, a high-function switch capable of outputting an input signal to any one of the plurality of output terminals is obtained. Further, another semiconductor laser element is arranged behind the semiconductor laser element serving as a light source. Then, the emitted light is injected into a light emitting portion behind a semiconductor laser device serving as a light source. by this,
The injection locking phenomenon occurs to change the oscillation wavelength of the laser light.
【０００８】[0008]
【作用】一般に、波長λ1で発振している半導体レーザ
は、発光領域に外部から波長λ2のレーザ光を入射する
と、発振波長がλ2に移行する（注入同期現象）。波長
λ1で発振している光源としての半導体レーザ素子の後
方に、別の波長λ2を有する半導体レーザ素子を配置す
る。そして、光源用半導体レーザ素子を注入用半導体レ
ーザ素子で照射することにより、発光領域にλ2の光を
注入する。これにより、λ1で発振していたレーザ光
は、注入同期現象によってλ2に移行する（図３および
図４参照）。In general, a semiconductor laser oscillating at a wavelength of λ 1 , when a laser beam of a wavelength of λ 2 is externally incident on a light emitting region, the oscillation wavelength shifts to λ 2 (injection locking phenomenon). Behind the semiconductor laser device as a light source which oscillates at a wavelength lambda 1, to place the semiconductor laser element having a different wavelength lambda 2. Then, by irradiating the semiconductor laser element for the light source with the semiconductor laser element for injection, light of λ 2 is injected into the light emitting region. Thus, the laser beam which has been oscillated in the lambda 1, the process proceeds to lambda 2 by injection locking phenomenon (see FIGS. 3 and 4).
【０００９】たとえば、図１において、波長λ1では光
路８を通ってフォトダイオード４に集光している場合、
波長がλ2になると光路９を通ってフォトダイオード５
に集光するようにホログラム素子３が設計されている。
したがって光源用半導体レーザ素子２から出射した光
は、注入同期用の半導体レーザ素子１の発振・非発振に
よってフォトダイオード４・５の任意の一方に集光させ
られる。すなわち、この光スイッチは高性能のスイッチ
ング機能を持つようになる。For example, in FIG. 1, when the light is condensed on the photodiode 4 through the optical path 8 at the wavelength λ 1 ,
When the wavelength becomes λ 2 , the photodiode 5 passes through the optical path 9.
The hologram element 3 is designed so as to converge light on the hologram.
Therefore, the light emitted from the light source semiconductor laser element 2 is focused on any one of the photodiodes 4 and 5 by the oscillation and non-oscillation of the semiconductor laser element 1 for injection locking. That is, this optical switch has a high-performance switching function.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図に示す２つの実施例に基づいて、こ
の発明を詳細に説明する。なお、これらによってこの発
明が限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on two embodiments shown in the drawings. The invention is not limited by these.
【００１１】実施例１図１において、光スイッチＳ
1は、光源用半導体レーザ素子２と、この半導体レーザ
素子２の後方に配された注入用半導体レーザ素子１と、
光源用半導体レーザ素子２の前方に配されたホログラム
素子３と、ホログラム素子３の前方に配された２つのフ
ォトダイオード４・５とを備えている。Embodiment 1 Referring to FIG.
1 is a semiconductor laser element 2 for a light source, an injection semiconductor laser element 1 disposed behind the semiconductor laser element 2,
The hologram element 3 includes a hologram element 3 disposed in front of the light source semiconductor laser element 2 and two photodiodes 4 and 5 disposed in front of the hologram element 3.
【００１２】光源用半導体レーザ素子２は所定の波長λ
1を有し、レーザ光の光源となる。注入用半導体レーザ
素子１は光源用半導体レーザ素子２の波長と異なる所定
の波長λ2を有し、光源用半導体レーザ素子２を後方か
ら照射することで注入同期現象を生じさせる。たとえば
図３および図４に示すように、λ1のピークが７７０ｎ
ｍ付近にあり、λ2のピークが７８０ｎｍ付近にある場
合、λ1で発振していた光源用半導体レーザ素子２のレ
ーザ光は、注入用半導体レーザ素子１による注入同期で
λ2に移行する。The light source semiconductor laser element 2 has a predetermined wavelength λ.
1 and serves as a laser light source. The semiconductor laser element 1 for injection has a predetermined wavelength λ 2 different from the wavelength of the semiconductor laser element 2 for the light source, and causes the injection locking phenomenon by irradiating the semiconductor laser element 2 for the light source from behind. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the peak of lambda 1 is 770n
m, and the peak of λ 2 is near 780 nm, the laser light of the semiconductor laser device 2 for the light source oscillating at λ 1 shifts to λ 2 by injection locking by the semiconductor laser device 1 for injection.
【００１３】ホログラム素子３は光源用半導体レーザ素
子２から出たレーザ光の回折角を波長ごとに変化させ
る。２つのフォトダイオード４・５はホログラム素子３
を通過したレーザ光を波長ごとに異なる方向で受ける。The hologram element 3 changes the diffraction angle of the laser light emitted from the light source semiconductor laser element 2 for each wavelength . The two photodiodes 4 and 5 are hologram elements 3
Receive the laser light passing through in different directions for each wavelength .
【００１４】２つの半導体レーザ素子１・２の波長差
（λ2−λ1）は約５ｎｍ〜１０ｎｍとする。また、ホロ
グラム素子３は、１０ｎｍの波長差で約２０°の回折角
の変化を生じるように設計されている。なお、図１にお
いて６は注入用半導体レーザ素子１から光源用半導体レ
ーザ素子２に至る光路、７は光源用半導体レーザ素子２
からホログラム素子３に至る光路である。また、８はホ
ログラム素子３から一方のフォトダイオード４に至る光
路、９はホログラム素子３から他方のフォトダイオード
５に至る光路である。The wavelength difference (λ 2 −λ 1 ) between the two semiconductor laser elements 1 and 2 is set to about 5 nm to 10 nm. The hologram element 3 is designed so as to cause a change in the diffraction angle of about 20 ° at a wavelength difference of 10 nm. In FIG. 1, 6 is an optical path from the semiconductor laser element 1 for injection to the semiconductor laser element 2 for light source, and 7 is a semiconductor laser element 2 for light source.
This is an optical path from to the hologram element 3. Reference numeral 8 denotes an optical path from the hologram element 3 to one photodiode 4, and reference numeral 9 denotes an optical path from the hologram element 3 to the other photodiode 5.
【００１５】かくして、波長λ1では、ホログラム素子
３によりレーザ光は光路８を通って一方のフォトダイオ
ード４に集光する。また、波長がλ2になると、ホログ
ラム素子３によりレーザ光は光路９を通って他方のフォ
トダイオード５に集光するようになる。Thus, at the wavelength λ 1 , the hologram element 3 condenses the laser light on one of the photodiodes 4 through the optical path 8. When the wavelength becomes λ 2 , the hologram element 3 causes the laser light to converge on the other photodiode 5 through the optical path 9.
【００１６】この光スイッチＳ1にあっては、光源用半
導体レーザ２から出射した光が注入用半導体レーザ１の
発振・非発振によって、２つのフォトダイオード４・５
のうちの任意の１つに集光させられるので、高性能のス
イッチング機能を有するようになる。In this optical switch S 1 , the light emitted from the semiconductor laser 2 for the light source emits two photodiodes 4 and 5 due to oscillation and non-oscillation of the semiconductor laser 1 for injection.
Is condensed on any one of them, so that it has a high-performance switching function.
【００１７】実施例２図２ において、光スイッチＳ2 には、光源用半導体レー
ザ素子１４の後面からの出射光が注入用半導体レーザ素
子１３の発振領域に入らないように、両素子１３・１４
の間にホログラム素子１５が設けられている。すなわ
ち、光源用半導体レーザ素子１４からの後方への出射光
が光路１９を逆に通って注入用半導体レーザ素子１３の
発振領域に入らないようにしてある。もちろん、注入同
期現象によって、２つの半導体レーザ素子１３・１４が
同一の波長で発振していれば、光路は１８となり、注入
同期現象は維持される。また、受光用のフォトダイオー
ド１７として、多分割型フォトダイオードが用いられて
いる。これにより、一体化、小型化が可能となり、回折
の分解能も向上する。この光スイッチＳ2 の他の効果は
上記の光スイッチＳ1 のそれと同じである。Embodiment 2 In FIG. 2 , the optical switch S 2 is provided with both elements 13 and 14 so that light emitted from the rear surface of the semiconductor laser element 14 for the light source does not enter the oscillation region of the semiconductor laser element 13 for injection.
A hologram element 15 is provided therebetween. That is, light emitted backward from the light source semiconductor laser element 14 is prevented from passing through the optical path 19 in the reverse direction and entering the oscillation region of the injection semiconductor laser element 13 . Of course, if the two semiconductor laser elements 13 and 14 oscillate at the same wavelength due to the injection locking phenomenon, the optical path becomes 18, and the injection locking phenomenon is maintained. In addition, a multi-division type photodiode is used as the photodiode 17 for receiving light. Thereby, integration and miniaturization are possible, and the resolution of diffraction is also improved. Another advantage of this optical switch S 2 is the same as that of the optical switch S 1.
【００１８】[0018]
【発明の効果】この発明の光スイッチは上記のように構
成されており、光源に半導体レーザを使用し、さらに注
入同期現象によって発振・波長の制御を行い、ホログラ
ム素子の回析を利用することで、入力信号に対する出力
先を複数にし、かつそれらの出力先のうちから任意の１
つを選択する機能を得ることが可能となる。また、この
発明の光スイッチによれば、２メイク型のスイッチを構
成することができる。さらに、光源に半導体レーザ素子
を使用しているため、高速な応答特性が得られる。The optical switch of the present invention is constructed as described above, and uses a semiconductor laser as a light source, and further controls the oscillation and wavelength by the injection locking phenomenon to utilize the diffraction of the hologram element. To output a plurality of output destinations for the input signal, and select any one of the output destinations.
It is possible to obtain a function of selecting one. Further, according to the optical switch of the present invention, a two-make switch can be configured. Furthermore, since a semiconductor laser element is used as a light source, high-speed response characteristics can be obtained.
【図１】この発明の実施例１に係る光スイッチの概略構
成説明図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施例２に係る光スイッチの概略構
成説明図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
【図３】この発明における注入同期現象を説明する特性
図。FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an injection locking phenomenon according to the present invention.
【図４】この発明における注入同期現象を説明する特性
図。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an injection locking phenomenon according to the present invention.
【図５】従来の光スイッチの概略構成説明図。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of a conventional optical switch.
１，２ 半導体レーザ素子 ３ ホログラム素子 ４，５ フォトダイオード ６，７，８，９ レーザ光の光路 １３，１４ 半導体レーザ素子 １５，１６ ホログラム素子 １７ 多分割型フォトダイオード １８，１９，２０，２１，２２，２３ レーザ光の光路 1, 2 semiconductor laser element 3 hologram element 4, 5 photodiode 6, 7, 8, 9 optical path of laser light 13, 14 semiconductor laser element 15, 16 hologram element 17 multi-segment photodiode 18, 19, 20, 21, 22, 23 Optical path of laser light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 G02F 1/31 H01L 31/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 G02F 1/31 H01L 31/14
Claims (1)
る光源用半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の
後方に配され、同素子の波長と異なる所定波長を有し、
同素子を後方から照射することで注入同期現象を生じさ
せる注入用半導体レーザ素子と、前記光源用半導体レー
ザ素子の前方に配され、その光源用半導体レーザ素子か
ら出たレーザ光の回折角を波長ごとに変化させるホログ
ラム素子と、このホログラム素子の前方に配され、その
ホログラム素子を通過したレーザ光を波長ごとに異なる
方向で受ける複数または多分割型のフォトダイオードと
を備えてなる光スイッチ。1. A light source semiconductor laser element having a predetermined wavelength and serving as a light source of laser light, and a light source semiconductor laser element disposed behind the semiconductor laser element and having a predetermined wavelength different from the wavelength of the semiconductor laser element.
And injection semiconductor laser device to cause injection locking phenomenon by irradiating the device from the rear, is arranged in front of the semiconductor laser element for the light source, wavelength diffraction angle of a laser beam emitted from the semiconductor laser element for the light source A hologram element that changes for each wavelength, and a laser beam that is disposed in front of the hologram element and that passes through the hologram element differs for each wavelength
An optical switch comprising: a plurality of or multi-segmented photodiodes that receive light in different directions.
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|---|---|---|---|
| JP13778391A JP2776648B2 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Light switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13778391A JP2776648B2 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Light switch |
Publications (2)
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| JPH04361586A JPH04361586A (en) | 1992-12-15 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH07118088B2 (en) * | 1988-08-18 | 1995-12-18 | セイコーエプソン株式会社 | Optical head |
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1991
- 1991-06-10 JP JP13778391A patent/JP2776648B2/en not_active Expired - Fee Related
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