JP2812494B2 - 光機能素子の駆動方法 - Google Patents
光機能素子の駆動方法Info
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- JP2812494B2 JP2812494B2 JP1168393A JP16839389A JP2812494B2 JP 2812494 B2 JP2812494 B2 JP 2812494B2 JP 1168393 A JP1168393 A JP 1168393A JP 16839389 A JP16839389 A JP 16839389A JP 2812494 B2 JP2812494 B2 JP 2812494B2
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- optical
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- light intensity
- input light
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 光入出力の光論理及び光記憶などを行なう光機能素子
の駆動方法に関し、 光入出力のインバータ論理動作及び記憶動作を行な
う、入力光に対し出力光の波長や光強度の変化範囲に自
由度を持った光機能素子を提供することを目的とし、 順方向にバイアスした半導体レーザに、入力光強度対
光電流特性がヒステリシス特性を持つフォトディテクタ
を並列接続し、これらに直列に抵抗を接続して全体を電
源間に接続し、フォトディテクタに入力光を加えない状
態で半導体レーザがレーザ発振するように電源電圧を定
めて、フォトディテクタへの入力光強度に対しインバー
タ特性の出力光強度を半導体レーザから得るよう構成す
る。
の駆動方法に関し、 光入出力のインバータ論理動作及び記憶動作を行な
う、入力光に対し出力光の波長や光強度の変化範囲に自
由度を持った光機能素子を提供することを目的とし、 順方向にバイアスした半導体レーザに、入力光強度対
光電流特性がヒステリシス特性を持つフォトディテクタ
を並列接続し、これらに直列に抵抗を接続して全体を電
源間に接続し、フォトディテクタに入力光を加えない状
態で半導体レーザがレーザ発振するように電源電圧を定
めて、フォトディテクタへの入力光強度に対しインバー
タ特性の出力光強度を半導体レーザから得るよう構成す
る。
本発明は、光入出力の光論理及び光記憶などを行なう
光機能素子の駆動方法に関する。
光機能素子の駆動方法に関する。
光情報処理においては近年、より複雑な動作をする光
信号処理系を組む可能性と要求が出ており、その構成要
素として光入出力で新しい機能を持つ素子が求められて
いる。
信号処理系を組む可能性と要求が出ており、その構成要
素として光入出力で新しい機能を持つ素子が求められて
いる。
光入出力でインバータ動作あるいは光記憶を行なうも
のに自己電気光学素子SEEDがある（例えばD.A.B,Miller
et al.“Novel hybrid optically bistable switch:Th
e quantum well self−electro−optic effect device"
Appl.Phys.Lett.45（１）,1 July 1984）。これは第７
図（ａ）に示すように、ｉ層がMQW（Multiple Quantum
Well）構造のpinフォトダイオードPDを抵抗Ｒを通して
電源Ｖに接続して逆バイアスし、入力光に対する出力光
を得るようにしたものである。
のに自己電気光学素子SEEDがある（例えばD.A.B,Miller
et al.“Novel hybrid optically bistable switch:Th
e quantum well self−electro−optic effect device"
Appl.Phys.Lett.45（１）,1 July 1984）。これは第７
図（ａ）に示すように、ｉ層がMQW（Multiple Quantum
Well）構造のpinフォトダイオードPDを抵抗Ｒを通して
電源Ｖに接続して逆バイアスし、入力光に対する出力光
を得るようにしたものである。
入力光の波長は、ダイオードPDの電圧が零のときのエ
キサイトン（exciton）共振位置近くに選ぶ。入力光パ
ワーが低いと光電流は小さいのでダイオードPDにほゞ電
源電圧がかゝり、これはエキサイトン吸収を長波長（低
エネルギ）側へシフトし、光吸収は比較的低い。光パワ
ーを増すと光電流が増し、ダイオードの電圧を減少す
る。この電圧減少は、エキサイトン共振が元に戻るの
で、吸収を増し、これは光電流を増し、従って適当な条
件で再生帰還になり、スイッチングする。入力光対出力
光特性は第７図（ｂ）の如くヒステリシス特性を示す。
キサイトン（exciton）共振位置近くに選ぶ。入力光パ
ワーが低いと光電流は小さいのでダイオードPDにほゞ電
源電圧がかゝり、これはエキサイトン吸収を長波長（低
エネルギ）側へシフトし、光吸収は比較的低い。光パワ
ーを増すと光電流が増し、ダイオードの電圧を減少す
る。この電圧減少は、エキサイトン共振が元に戻るの
で、吸収を増し、これは光電流を増し、従って適当な条
件で再生帰還になり、スイッチングする。入力光対出力
光特性は第７図（ｂ）の如くヒステリシス特性を示す。
このSEEDでは、入力光と出力光である透過光の波長は
原理的に同一のものとなる。また入力光自身が出力光源
と処理信号の役割を兼ねているので、出力光強度の変化
範囲が自ずから入力光によって決まり、変えることはで
きない。
原理的に同一のものとなる。また入力光自身が出力光源
と処理信号の役割を兼ねているので、出力光強度の変化
範囲が自ずから入力光によって決まり、変えることはで
きない。
光記憶をするものとしてはまた、順バイアスに接続し
てレーザに直列に逆バイアスの向きのフォトダイオード
を接続したものがある（例えばYoh Ogawa et al.“New
Bistable Optical Device Using Semiconductor Laser
Diode"Jpn.J.Appl Phys.Vol.20,No.9 September,198
1）。第８図にこれを示す。LDはレーザダイオード、PD
はフォトダイオード、R1,R2は抵抗、−Ｖは電源であ
る。フォトダイオードPDに光入力Piを与えることにより
光電流Ipが発生し、レーザダイオードLDを発振させ、そ
の光Poの一部をフォトダイオードPDで受け、それによる
光電流をレーザダイオードLDにフィードバックさせる。
この装置（BILD;Bistable Laser diode）の光入力Piと
光出力Poの間にもヒステリシス特性があり、光双安定性
を示す。しかしこの装置ではフィードバックを電流と光
でかけているので、動作速度が遅い。
てレーザに直列に逆バイアスの向きのフォトダイオード
を接続したものがある（例えばYoh Ogawa et al.“New
Bistable Optical Device Using Semiconductor Laser
Diode"Jpn.J.Appl Phys.Vol.20,No.9 September,198
1）。第８図にこれを示す。LDはレーザダイオード、PD
はフォトダイオード、R1,R2は抵抗、−Ｖは電源であ
る。フォトダイオードPDに光入力Piを与えることにより
光電流Ipが発生し、レーザダイオードLDを発振させ、そ
の光Poの一部をフォトダイオードPDで受け、それによる
光電流をレーザダイオードLDにフィードバックさせる。
この装置（BILD;Bistable Laser diode）の光入力Piと
光出力Poの間にもヒステリシス特性があり、光双安定性
を示す。しかしこの装置ではフィードバックを電流と光
でかけているので、動作速度が遅い。
このようにSEEDでは入力光と出力光の波長が同じ、出
力光強度の変化範囲が入射光によって決まるなどの問題
があり、またBILDでは動作速度が遅いという問題があ
る。
力光強度の変化範囲が入射光によって決まるなどの問題
があり、またBILDでは動作速度が遅いという問題があ
る。
本発明はかゝる点を改善し、光入出力のインバータ論
理動作及び記憶動作を行なう、入力光に対し出力光の波
長や光強度の変化範囲に自由度を持った光機能素子を提
供することを目的とするものである。
理動作及び記憶動作を行なう、入力光に対し出力光の波
長や光強度の変化範囲に自由度を持った光機能素子を提
供することを目的とするものである。
第１図に本発明の光機能素子の構成を示す。LDは半導
体レーザ（レーザダイオード）で、順バイアスされる。
PDは入力光強度対光電流特性がヒステリシス特性を持つ
フォトディテクタ（光ダイオード）で、半導体レーザLD
と並列に接続される。R1,R2は抵抗で、図示のようにLD
とR2が直列、これらにPDが並列、更にこれら全体に対し
R1が直列に入る。V0は正の電源電圧または電源である。
体レーザ（レーザダイオード）で、順バイアスされる。
PDは入力光強度対光電流特性がヒステリシス特性を持つ
フォトディテクタ（光ダイオード）で、半導体レーザLD
と並列に接続される。R1,R2は抵抗で、図示のようにLD
とR2が直列、これらにPDが並列、更にこれら全体に対し
R1が直列に入る。V0は正の電源電圧または電源である。
第１図では、入力光強度Pin＝０の初期状態で半導体
レーザLDを流れる電流I1が該レーザの発振閾値以上にな
るように電源電圧V0を設定する。
レーザLDを流れる電流I1が該レーザの発振閾値以上にな
るように電源電圧V0を設定する。
この状態で、入力光強度対光電流特性がヒステリシス
特性を持たない通常のフォトディテクタPDを用いた場
合、入力光強度Pinを大きくして行くと、第２図（ａ）
に示すように該ディテクタを流れる電流I2が大きくな
り、これは第２図（ｂ）に示すように抵抗R1の電圧Vbを
大にする。電圧V0は変らないから、該Vbの増大で電流I1
は第２図（ｃ）のように減少し、第２図（ｄ）のように
出力光強度Poutは減少する。こうして入力光Pinと出力
光Poutの間にインバータ特性が得られる。
特性を持たない通常のフォトディテクタPDを用いた場
合、入力光強度Pinを大きくして行くと、第２図（ａ）
に示すように該ディテクタを流れる電流I2が大きくな
り、これは第２図（ｂ）に示すように抵抗R1の電圧Vbを
大にする。電圧V0は変らないから、該Vbの増大で電流I1
は第２図（ｃ）のように減少し、第２図（ｄ）のように
出力光強度Poutは減少する。こうして入力光Pinと出力
光Poutの間にインバータ特性が得られる。
この光機能素子では、出力光は入力光の透過光ではな
く、出力光の波長が入力光の波長と同じ、ということは
ない。また入力光の変化に対する出力光の変化は、電流
I1とI2が流れる抵抗R1の値などによっても変わり、出力
光の変化範囲が入力光変化範囲で定まってしまうことは
ない。更に光と電流による帰還ではないから、動作速度
が遅いということもない。
く、出力光の波長が入力光の波長と同じ、ということは
ない。また入力光の変化に対する出力光の変化は、電流
I1とI2が流れる抵抗R1の値などによっても変わり、出力
光の変化範囲が入力光変化範囲で定まってしまうことは
ない。更に光と電流による帰還ではないから、動作速度
が遅いということもない。
フォトディテクタPDには第３図（ａ）のような入力光
強度Pin対光電流I2特性を持つ光学非線形性（ヒステリ
シス）のあるものを用いると、入力光強度Pin対抵抗R1
の電圧Vb、同Pin対レーザ電流I1の特性は第３図（ｂ）
（ｃ）の如くなり、入力光強度Pin対出力光強度Poutの
特性は第３図（ｄ）の如くヒステリシスを持つ。
強度Pin対光電流I2特性を持つ光学非線形性（ヒステリ
シス）のあるものを用いると、入力光強度Pin対抵抗R1
の電圧Vb、同Pin対レーザ電流I1の特性は第３図（ｂ）
（ｃ）の如くなり、入力光強度Pin対出力光強度Poutの
特性は第３図（ｄ）の如くヒステリシスを持つ。
第１図のフォトダイオードPDに通常のPinフォトダイ
オードを用い、R1＝470Ω、R2＝10Ω、V0＝20Vとして入
／出力光強度の関係を測定した。結果を第４図に示す。
第２図（ｄ）の如きインバータ特性になっている。
オードを用い、R1＝470Ω、R2＝10Ω、V0＝20Vとして入
／出力光強度の関係を測定した。結果を第４図に示す。
第２図（ｄ）の如きインバータ特性になっている。
また第１図のフォトディテクタPDに、ｉ層にMQWを用
いたPinフォトダイオードを用い、R1＝470Ω、R2＝10
Ω、V0＝20Vとして、該Pinフォトダイオードに逆バイア
スをかけて入／出力光強度の関係を測定した。この結果
を第５図（ａ）に示す。
いたPinフォトダイオードを用い、R1＝470Ω、R2＝10
Ω、V0＝20Vとして、該Pinフォトダイオードに逆バイア
スをかけて入／出力光強度の関係を測定した。この結果
を第５図（ａ）に示す。
また他は同じとしてR1＝410Ωとすると、第５図
（ｂ）の特性が得られた。このように、出力光強度Pout
の変動範囲は入力光強度Pinによらず、抵抗R1を変える
ことにより自由に変えられる。電流I1は抵抗R2によって
も変えられるから出力光強度Poutの変動範囲は抵抗R2に
のみ、またはR1とR2により変えることもできる。
（ｂ）の特性が得られた。このように、出力光強度Pout
の変動範囲は入力光強度Pinによらず、抵抗R1を変える
ことにより自由に変えられる。電流I1は抵抗R2によって
も変えられるから出力光強度Poutの変動範囲は抵抗R2に
のみ、またはR1とR2により変えることもできる。
また入力光強度を第３図（ｄ）のようにヒステリシス
ループ中の値Pin0を中心としてパルス状に変化させる
と、第６図に示すように出力光強度Poutを矩形波状に変
化させることができる。これは入力光強度Pinを増加さ
せるパルスで“0"記憶、減少させるパルスで“1"記憶、
と考えることができ、インバータメモリとして扱うこと
ができる。
ループ中の値Pin0を中心としてパルス状に変化させる
と、第６図に示すように出力光強度Poutを矩形波状に変
化させることができる。これは入力光強度Pinを増加さ
せるパルスで“0"記憶、減少させるパルスで“1"記憶、
と考えることができ、インバータメモリとして扱うこと
ができる。
フォトディテクタPDとしてはAPD（アバランシェフォ
トダイオード）などを用いてもよい。
トダイオード）などを用いてもよい。
またフォトディテクタ電流I2を直接抵抗R1へ流す代り
に、トランジスタなどの増幅素子を介在させてもよい。
に、トランジスタなどの増幅素子を介在させてもよい。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、光のインバータ
動作、光のインバータメモリ動作が可能になり、この新
たな光機能素子で光情報処理の発展に寄与することがで
きる。
動作、光のインバータメモリ動作が可能になり、この新
たな光機能素子で光情報処理の発展に寄与することがで
きる。
第１図は本発明の原理図、 第２図は第１図の動作説明図、 第３図は非線形性フォトディテクタの特性図、 第４図は光インバータ動作の実測例を示すグラフ、 第５図は光インバータメモリの実測例を示すグラフ、 第６図は光インバータメモリ動作の説明図、 第７図はSEEDの説明図、 第８図はBILDの説明図である。 第１図でLDは半導体レーザ、PDはフォトディテクタ、
R1,R2は抵抗、V0は電源である。
R1,R2は抵抗、V0は電源である。
Claims (1)
- 【請求項１】順方向にバイアスした半導体レーザ（LD）
に、入力光強度（Pin）対光電流（I2）特性がヒステリ
シスループを持つフォトディテクタ（PD）を並列接続
し、これらに直列に抵抗（R1）を接続して全体を電源間
に接続し、 フォトディテクタに入力光を加えない状態で半導体レー
ザがレーザ発振するように電源電圧を定め、 フォトディテクタへはヒステリシスループ内の値を中心
にしてパルス状に増減する入力光を加えて、半導体レー
ザの出力光強度にインバータ特性とメモリ特性を同時に
持たせることを特徴とする光機能素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1168393A JP2812494B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 光機能素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1168393A JP2812494B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 光機能素子の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0333835A JPH0333835A (ja) | 1991-02-14 |
| JP2812494B2 true JP2812494B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15867284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1168393A Expired - Lifetime JP2812494B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 光機能素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2812494B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6157552U (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-17 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP1168393A patent/JP2812494B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0333835A (ja) | 1991-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080807 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090807 Year of fee payment: 11 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |