JP2916510B2 - 光フリップフロップ - Google Patents
光フリップフロップInfo
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- JP2916510B2 JP2916510B2 JP19217190A JP19217190A JP2916510B2 JP 2916510 B2 JP2916510 B2 JP 2916510B2 JP 19217190 A JP19217190 A JP 19217190A JP 19217190 A JP19217190 A JP 19217190A JP 2916510 B2 JP2916510 B2 JP 2916510B2
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は集積化が可能で動作速度の速い半導体光フリ
ップフロップに関するものである。
ップフロップに関するものである。
「従来の技術」 従来、純粋な意味での光フリップフロップは存在しな
かった。すなわち、同一（同じ波長、同じ強度）の光パ
ルス信号を入射する毎に光出力の状態を反転させる、所
謂フリップフロップ動作は実現できなかった。そこで光
信号以外に電気信号を併用してフリップフロップ動作を
実現していた。第７図はフリップフロップ動作に用いら
れる従来の光双安定素子の構造を示す断面図であり、こ
の図において1a,1bは上部電極、２はｐ型半導体で構成
されるクラッディング、３は半導体導波路のコアを形成
する活性層、４はｎ型半導体で構成されるクラッディン
グ、５は下部電極である。図に示すように、上部電極は
分割されており、一方の電極1aに電流が注入されない場
合にはその電極の下の活性層３は過飽和吸収領域として
働き、他方の電極1bに注入される順方向電流対光出力に
は、所謂双安定特性が得られる。第８図は電極1bを流れ
る電流I1に対して得られる光出力特性を表わしたもの
で、同特性は図に示すようにヒステリシスカーブを描
く。通常の電極分離型半導体レーザによって第７図の光
双安定素子を構成すると、第８図に示す電流Ib1，Ib2，
Ib3は各々32mA,28mA,29.3mA程度となり、光出力PL,PUは
各々約10μW,1.5mWとなる。
かった。すなわち、同一（同じ波長、同じ強度）の光パ
ルス信号を入射する毎に光出力の状態を反転させる、所
謂フリップフロップ動作は実現できなかった。そこで光
信号以外に電気信号を併用してフリップフロップ動作を
実現していた。第７図はフリップフロップ動作に用いら
れる従来の光双安定素子の構造を示す断面図であり、こ
の図において1a,1bは上部電極、２はｐ型半導体で構成
されるクラッディング、３は半導体導波路のコアを形成
する活性層、４はｎ型半導体で構成されるクラッディン
グ、５は下部電極である。図に示すように、上部電極は
分割されており、一方の電極1aに電流が注入されない場
合にはその電極の下の活性層３は過飽和吸収領域として
働き、他方の電極1bに注入される順方向電流対光出力に
は、所謂双安定特性が得られる。第８図は電極1bを流れ
る電流I1に対して得られる光出力特性を表わしたもの
で、同特性は図に示すようにヒステリシスカーブを描
く。通常の電極分離型半導体レーザによって第７図の光
双安定素子を構成すると、第８図に示す電流Ib1，Ib2，
Ib3は各々32mA,28mA,29.3mA程度となり、光出力PL,PUは
各々約10μW,1.5mWとなる。
そこで、電流I1を電流Ib1とIb3のほぼ中間の電流Ib0
に保持しておき、第７図に矢印によって示すように、光
パルス信号Ｐを活性層３に注入する。これにより、I1の
電流に換算して第８図のIb1以上になる、光によるキャ
リアが励起されると、光出力はPLよりPUに増加して保持
状態となる。そして、次の光パルス信号Ｐによって光出
力がPLまで減少すればフリップフロップ動作となるが、
実際には、本光双安定素子の状態は反転しない。そこで
反転させる手段としてバイアス電流Ib0を一度Ib2まで減
少させる。この電気信号によって本光双安定素子はリセ
ットされ元の状態に復帰することとなる。第９図（イ）
に光パルス信号Ｐを、（ロ）にバイアス電流I1を、ま
た、（ハ）に光出力を示す。
に保持しておき、第７図に矢印によって示すように、光
パルス信号Ｐを活性層３に注入する。これにより、I1の
電流に換算して第８図のIb1以上になる、光によるキャ
リアが励起されると、光出力はPLよりPUに増加して保持
状態となる。そして、次の光パルス信号Ｐによって光出
力がPLまで減少すればフリップフロップ動作となるが、
実際には、本光双安定素子の状態は反転しない。そこで
反転させる手段としてバイアス電流Ib0を一度Ib2まで減
少させる。この電気信号によって本光双安定素子はリセ
ットされ元の状態に復帰することとなる。第９図（イ）
に光パルス信号Ｐを、（ロ）にバイアス電流I1を、ま
た、（ハ）に光出力を示す。
「発明が解決しようとする課題」 上述したように、従来の光双安定素子は、入射される
光パルス信号Ｐに同期した電気信号が必要となり、光パ
ルス信号のみによる光フリップフロップ動作は実現でき
なかった。
光パルス信号Ｐに同期した電気信号が必要となり、光パ
ルス信号のみによる光フリップフロップ動作は実現でき
なかった。
そこで本発明の目的は光パルス信号のみによるフリッ
プフロップ動作を可能とする光フリップフロップを提供
することにある。
プフロップ動作を可能とする光フリップフロップを提供
することにある。
「課題を解決するための手段」 本発明は、上記課題を解決するために、光入力に対し
て光出力が双安定機能を有する素子と、１つの閾値が設
定され、光入力に対して光出力が閾値機能を有する素子
とを設け、各素子の光出力が相互に結合されるように配
置したことを特徴としている。
て光出力が双安定機能を有する素子と、１つの閾値が設
定され、光入力に対して光出力が閾値機能を有する素子
とを設け、各素子の光出力が相互に結合されるように配
置したことを特徴としている。
「作用」 一方の素子（Ａ）が双安定機能、他方の素子（Ｂ）が
閾値機能を有しているので、一定パワのセット光が素子
（Ａ）に入力されると素子（Ａ）がオンとなり、以後こ
の状態を保持する。そして、この状態における素子
（Ａ）内の光が結合部分を介して他方の素子（Ｂ）へ注
入されるので、素子（Ｂ）にリセット光が注入される
と、リセット光が注入されている間素子（Ｂ）がオンと
なる。この時の素子（Ｂ）内の光が結合部分を介して素
子（Ａ）に注入されるので、素子（Ａ）はオン状態を維
持できなくなってオフとなる。この結果、素子（Ｂ）の
バイアス光が減少し、この減少した状態では以後リセッ
ト光が注入されても素子（Ｂ）はオンしない。このよう
にして、素子Ａのオン／オフが光のみによって制御され
る。
閾値機能を有しているので、一定パワのセット光が素子
（Ａ）に入力されると素子（Ａ）がオンとなり、以後こ
の状態を保持する。そして、この状態における素子
（Ａ）内の光が結合部分を介して他方の素子（Ｂ）へ注
入されるので、素子（Ｂ）にリセット光が注入される
と、リセット光が注入されている間素子（Ｂ）がオンと
なる。この時の素子（Ｂ）内の光が結合部分を介して素
子（Ａ）に注入されるので、素子（Ａ）はオン状態を維
持できなくなってオフとなる。この結果、素子（Ｂ）の
バイアス光が減少し、この減少した状態では以後リセッ
ト光が注入されても素子（Ｂ）はオンしない。このよう
にして、素子Ａのオン／オフが光のみによって制御され
る。
「実施例」 （１）実施例１ 以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図
であり、この図に示す光フリップフロップは、方形状の
半導体レーザ（以下、リングレーザという）ＡとＢとを
結合して構成されている。すなわち、この図において、
11は上部電極、12は光パルス信号を上方から入射させる
過飽和吸収領域である。なお、この過飽和吸収領域には
電極が設けられていない。13は光を分岐する分岐溝、14
は光を全反射するための全反射溝、15,15′は光出力信
号を取り出すための出力導波路、24は出力導波路15′の
端面に取り付けられた高反射膜、16a,16bは光出力信号
を上下方向に取り出す場合に設ける二次のグレーティン
グであり、光入出力部になっている。
る。第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図
であり、この図に示す光フリップフロップは、方形状の
半導体レーザ（以下、リングレーザという）ＡとＢとを
結合して構成されている。すなわち、この図において、
11は上部電極、12は光パルス信号を上方から入射させる
過飽和吸収領域である。なお、この過飽和吸収領域には
電極が設けられていない。13は光を分岐する分岐溝、14
は光を全反射するための全反射溝、15,15′は光出力信
号を取り出すための出力導波路、24は出力導波路15′の
端面に取り付けられた高反射膜、16a,16bは光出力信号
を上下方向に取り出す場合に設ける二次のグレーティン
グであり、光入出力部になっている。
第２図は第１図におけるＸ−Ｘ′線での断面図であ
り、この図において、17は下部電極、18はｐ型のInPで
構成されるクラッディング、19はInGaAsPで構成される
活性層、20はｎ型InPで構成されるクラッディング、11
は上部電極（第１図参照）、21は絶縁用のSiO2膜であ
り、この構造は所謂リッジ型半導体レーザの構造と同じ
ものである。
り、この図において、17は下部電極、18はｐ型のInPで
構成されるクラッディング、19はInGaAsPで構成される
活性層、20はｎ型InPで構成されるクラッディング、11
は上部電極（第１図参照）、21は絶縁用のSiO2膜であ
り、この構造は所謂リッジ型半導体レーザの構造と同じ
ものである。
第３図は第１図におけるＹ−Ｙ′線断面図であり、こ
の図において、13は活性層19を伝搬する光を分岐するた
めに設けられた幅１μｍ以下の分岐溝（第１図参照）で
ある。この分岐溝13による光の分岐比は溝の深さを制御
することによって変えることができ、活性層19の真上ま
での深さの分岐溝13を掘ることによってほぼ１対１の分
岐比を得ることができる。14は全反射用の溝であり、活
性層19を切断してさらに深く掘られている。二次のグレ
ーティング（光入出力部）16a,16bは、上下方向に光出
力を効率良く取り出すためには反射率を0.25以上にする
必要がある。23は光出力を下方に取り出す場合に設ける
全反射用45度溝で基板側にレンズ状突起24を設けること
によって出射ビームのスポットサイズ変換を行うことが
できる。なお、光出力を上下方向へ取り出さない場合
は、グレーティング16a,16bや45度溝23等を設けないこ
とは言うまでもない。また、光出力信号取り出し導波路
15′の端面に高反射膜24を付けた場合には、出力導波路
15からの取り出し効率が増加する。
の図において、13は活性層19を伝搬する光を分岐するた
めに設けられた幅１μｍ以下の分岐溝（第１図参照）で
ある。この分岐溝13による光の分岐比は溝の深さを制御
することによって変えることができ、活性層19の真上ま
での深さの分岐溝13を掘ることによってほぼ１対１の分
岐比を得ることができる。14は全反射用の溝であり、活
性層19を切断してさらに深く掘られている。二次のグレ
ーティング（光入出力部）16a,16bは、上下方向に光出
力を効率良く取り出すためには反射率を0.25以上にする
必要がある。23は光出力を下方に取り出す場合に設ける
全反射用45度溝で基板側にレンズ状突起24を設けること
によって出射ビームのスポットサイズ変換を行うことが
できる。なお、光出力を上下方向へ取り出さない場合
は、グレーティング16a,16bや45度溝23等を設けないこ
とは言うまでもない。また、光出力信号取り出し導波路
15′の端面に高反射膜24を付けた場合には、出力導波路
15からの取り出し効率が増加する。
次に、上記実施例による光フリップフロップの動作に
ついて説明する。第１図において、リングレーザＡの途
中には過飽和領域12が存在するためにリングレーザＡは
光双方向素子として動作する。一方、リングレーザＢは
発振閾値を持ち、出力は飽和特性を持つ。第４図はリン
グレーザA,Bの注入電流対光出力特性を示したものであ
る。第５図はリングレーザＡの光入出力部16Aへ入射さ
せるセット光、リングレーザＢの光入出力部16Bへ入射
させるセット光および各リングレーザA,Bの出力光の間
における時間的相互関係を示している。
ついて説明する。第１図において、リングレーザＡの途
中には過飽和領域12が存在するためにリングレーザＡは
光双方向素子として動作する。一方、リングレーザＢは
発振閾値を持ち、出力は飽和特性を持つ。第４図はリン
グレーザA,Bの注入電流対光出力特性を示したものであ
る。第５図はリングレーザＡの光入出力部16Aへ入射さ
せるセット光、リングレーザＢの光入出力部16Bへ入射
させるセット光および各リングレーザA,Bの出力光の間
における時間的相互関係を示している。
今、リングレーザＡのバイアス電流をIA0にリングレ
ーザＢのバイアス電流をIB0に設定し（第４図（イ）、
（ロ）参照）、両リングレーザ共オフの状態にあるとす
る。この状態で約50μＷ以上のピークパワを持つセット
光を入射させるとリングレーザＡはオンとなり、第４図
（イ）に示すPA1の光出力を保持する。このPA1の光出力
は分岐結合回路により、その一部の光パワがリングレー
ザＢに注入され、第４図（ロ）に示すように、リングレ
ーザＢのバイアス電流は等価的にIB1にシフトする。こ
の状態で時刻t3（第５図参照）にリセット光がリングレ
ーザＢに注入されると、リングレーザＢはオンとなり、
光出力PB2を発する。この光出力PB2は、第５図（ロ）、
（ニ）に示すようにリセット光が注入されているときの
み出力される。ところで、光出力PB2の一部は分岐結合
回路によってリングレーザＡに注入される。リングレー
ザＡはオンの状態であり、そこへ波長がほぼ同じで、か
つ、ある程度強い光パワが注入されると、リングレーザ
Ａのキャリアが消費され、第４図（イ）に示すように等
価的に双安定特性が高電流側にシフトする。その結果、
バイアス電流IA0では光出力PA1を保持できなくなり、リ
ングレーザＡは第５図に示すようにオフとなる。リング
レーザＡがオフとなると、光出力はPA0へと減少する。
これにより、リングレーザＢへのバイアス光が減少して
光出力はPB0となる。このように両リングレーザA,Bが共
にオフになる状態は第５図に示す時刻t1の状態と同じで
あり、１サイクルの動作が完了したことが分かる。
ーザＢのバイアス電流をIB0に設定し（第４図（イ）、
（ロ）参照）、両リングレーザ共オフの状態にあるとす
る。この状態で約50μＷ以上のピークパワを持つセット
光を入射させるとリングレーザＡはオンとなり、第４図
（イ）に示すPA1の光出力を保持する。このPA1の光出力
は分岐結合回路により、その一部の光パワがリングレー
ザＢに注入され、第４図（ロ）に示すように、リングレ
ーザＢのバイアス電流は等価的にIB1にシフトする。こ
の状態で時刻t3（第５図参照）にリセット光がリングレ
ーザＢに注入されると、リングレーザＢはオンとなり、
光出力PB2を発する。この光出力PB2は、第５図（ロ）、
（ニ）に示すようにリセット光が注入されているときの
み出力される。ところで、光出力PB2の一部は分岐結合
回路によってリングレーザＡに注入される。リングレー
ザＡはオンの状態であり、そこへ波長がほぼ同じで、か
つ、ある程度強い光パワが注入されると、リングレーザ
Ａのキャリアが消費され、第４図（イ）に示すように等
価的に双安定特性が高電流側にシフトする。その結果、
バイアス電流IA0では光出力PA1を保持できなくなり、リ
ングレーザＡは第５図に示すようにオフとなる。リング
レーザＡがオフとなると、光出力はPA0へと減少する。
これにより、リングレーザＢへのバイアス光が減少して
光出力はPB0となる。このように両リングレーザA,Bが共
にオフになる状態は第５図に示す時刻t1の状態と同じで
あり、１サイクルの動作が完了したことが分かる。
（２）実施例２ 第６図は、第２の実施例における各光信号のタイムチ
ャートを示している。ここでは、信号光はリングレーザ
Ｂの入出力部10Bのみから入射されるものとしている。
ャートを示している。ここでは、信号光はリングレーザ
Ｂの入出力部10Bのみから入射されるものとしている。
今、バイアス電流の設定は、実施例１の場合と同様と
する。この状態で信号光がリングレーザＢに入射される
と、リングレーザＢの出力は第６図に示すようにPB3と
なる。この光出力は分岐結合回路により、その一部のパ
ワがリングレーザＡに注入されてリングレーザＡがオン
となり、PA1の光出力を保持する。PA1の光出力は分岐結
合回路により、その一部のパワがリングレーザＢに注入
され、第４図（ロ）に示すようにリングレーザＢのバイ
アス電流は等価的にIB1にシフトする。この状態で時刻t
3に信号光がリングレーザＢに入射されると、リングレ
ーザＢの光出力はPB2となる。ところで、光出力PB2の一
部は分岐結合回路によってリングレーザＡに注入され
る。この光パワーによってリングレーザＡはオフとなる
ことは実施例１で説明した通りである。したがって、実
施例２の場合には、同一の信号光でリングレーザＡがオ
ンとオフを交互に繰り返すこととなる。
する。この状態で信号光がリングレーザＢに入射される
と、リングレーザＢの出力は第６図に示すようにPB3と
なる。この光出力は分岐結合回路により、その一部のパ
ワがリングレーザＡに注入されてリングレーザＡがオン
となり、PA1の光出力を保持する。PA1の光出力は分岐結
合回路により、その一部のパワがリングレーザＢに注入
され、第４図（ロ）に示すようにリングレーザＢのバイ
アス電流は等価的にIB1にシフトする。この状態で時刻t
3に信号光がリングレーザＢに入射されると、リングレ
ーザＢの光出力はPB2となる。ところで、光出力PB2の一
部は分岐結合回路によってリングレーザＡに注入され
る。この光パワーによってリングレーザＡはオフとなる
ことは実施例１で説明した通りである。したがって、実
施例２の場合には、同一の信号光でリングレーザＡがオ
ンとオフを交互に繰り返すこととなる。
なお、前述した各実施例では、リング型の双安定素子
と閾値素子について説明したが、直線上のファブリペロ
型素子が相互に結合した構成でも同様な動作をすること
は言うまでもない。
と閾値素子について説明したが、直線上のファブリペロ
型素子が相互に結合した構成でも同様な動作をすること
は言うまでもない。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明は光双安定素子と閾値素
子とを相互に結合して動作させるため、次のような利点
を得ることができる。
子とを相互に結合して動作させるため、次のような利点
を得ることができる。
（１）同一の光パルス信号のみで光フリップフロップ動
作が可能である。
作が可能である。
（２）多段接続動作が可能である。
（３）小さい入力信号光で動作し、出力光は大きいパワ
が得られる。
が得られる。
（４）サブナノ秒の高速動作が可能である。
（５）小型集積化が容易である。
（６）面情報処理用平面デバイス化が容易にできる。
（７）面処理のスタッキング化が可能である。
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図、第
２図は第１図におけるＸ−Ｘ′線での断面図、第３図は
第１図におけるＹ−Ｙ′線での断面図、第４図は同実施
例を構成する半導体レーザの特性を示す図、第５図は同
実施例の動作を説明するための波形図、第６図はこの発
明の第２の実施例の動作を説明するための波形図、第７
図は従来の光フリップフロップの構成例を示す断面図、
第８図は同フリップフロップを構成する半導体レーザの
特性を示す図、第９図は同フリップフロップの動作を説
明するための波形図である。 A,B……リングレーザ（素子）、11……上部電極、16a,1
6b……光入出力部、17……下部電極、18,20……クラッ
ディング、19……活性層。
２図は第１図におけるＸ−Ｘ′線での断面図、第３図は
第１図におけるＹ−Ｙ′線での断面図、第４図は同実施
例を構成する半導体レーザの特性を示す図、第５図は同
実施例の動作を説明するための波形図、第６図はこの発
明の第２の実施例の動作を説明するための波形図、第７
図は従来の光フリップフロップの構成例を示す断面図、
第８図は同フリップフロップを構成する半導体レーザの
特性を示す図、第９図は同フリップフロップの動作を説
明するための波形図である。 A,B……リングレーザ（素子）、11……上部電極、16a,1
6b……光入出力部、17……下部電極、18,20……クラッ
ディング、19……活性層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 晴茂 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 3/00 - 3/00 501
Claims (1)
- 【請求項１】光入力に対して光出力が双安定機能を有す
る素子と、 １つの閾値が設定され、光入力に対して光出力が閾値機
能を有する素子とを設け、 各素子の光出力が相互に結合されるように配置したこと
を特徴とする光フリップフロップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19217190A JP2916510B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 光フリップフロップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19217190A JP2916510B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 光フリップフロップ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0478828A JPH0478828A (ja) | 1992-03-12 |
| JP2916510B2 true JP2916510B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=16286865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19217190A Expired - Fee Related JP2916510B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | 光フリップフロップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916510B2 (ja) |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP19217190A patent/JP2916510B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0478828A (ja) | 1992-03-12 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |