JP3145138B2 - All-optical optical nonlinear element - Google Patents

All-optical optical nonlinear element

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JP3145138B2
JP3145138B2 JP12265491A JP12265491A JP3145138B2 JP 3145138 B2 JP3145138 B2 JP 3145138B2 JP 12265491 A JP12265491 A JP 12265491A JP 12265491 A JP12265491 A JP 12265491A JP 3145138 B2 JP3145138 B2 JP 3145138B2
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layer
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、外部に電気回路を必
要とせず、純粋に光のみでの出力光強度の光スイッチン
グ特性が得られるとともに、光双安定特性あるいは光多
重安定特性が得られる全光学的光非線型素子に関するも
のである。
The present invention does not require an external electric circuit, and can obtain an optical switching characteristic of an output light intensity purely by light alone, and an optical bistable characteristic or an optical multi-stable characteristic. The present invention relates to an all-optical non-linear element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、例えばアプライド フィジッ
クスレターズ,45巻,1号,13頁,(1984年)(Appl. Phy
s. Lett. Vol.45, No.1, p.13,(1984))に示された従来
の自己電気−光効果を用いた双安定素子を示す図であ
り、図において、1は電極、2はp型AlGaAsクラ
ッド層、3はGaAs/AlGaAs量子井戸層、4は
n型AlGaAsクラッド層、5はn型GaAs基板、
6は電気抵抗、7はバイアス電圧である。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows, for example, Applied Physics Letters, Vol. 45, No. 1, page 13, (1984) (Appl.
s. Lett. Vol. 45, No. 1, p. 13, (1984)) is a diagram showing a conventional bistable element using the self-electro-optical effect, in the figure, 1 is an electrode, 2 is a p-type AlGaAs cladding layer, 3 is a GaAs / AlGaAs quantum well layer, 4 is an n-type AlGaAs cladding layer, 5 is an n-type GaAs substrate,
6 is an electric resistance, and 7 is a bias voltage.

【0003】次に動作について説明する。量子井戸構造
では、励起子によるシャープな吸収が安定に得られ、か
つそのピーク波長は電界に対してシフトするので、1つ
の励起子吸収に対応するある波長λにおける単位パワー
当たりの光電流は、素子にかかる電圧をVとするとき、
図13の実線のように応答する。
Next, the operation will be described. In the quantum well structure, sharp absorption by excitons is stably obtained, and the peak wavelength shifts with respect to the electric field. Therefore, the photocurrent per unit power at a certain wavelength λ corresponding to one exciton absorption is: When the voltage applied to the element is V,
Responds as shown by the solid line in FIG.

【0004】ここで、抵抗6の値をR、逆バイアス電圧
7をVex、入力光パワーをPin、光電流をIとすると
き、負荷特性は、
[0004] Here, the value of the resistor 6 R, a reverse bias voltage 7 V ex, the input optical power P in, when the photocurrent is I, load characteristics,

【0005】[0005]

【数1】 (Equation 1)

【0006】であるから、横軸とVexで交わり、傾きが
−1/RPinの直線となる。
[0006] a since, intersect at the horizontal axis and the V ex, inclination becomes a straight line of -1 / RP in.

【0007】図13からRとVexを選ぶことにより、あ
る入力光強度範囲において、負荷直線は応答曲線と3点
で交わり2つの安定点をもつ。すなわち入力光強度Pin
に対して光電流Iや出力光強度Pout は図14や図15
のような双安定特性を示す。
By selecting R and V ex from FIG. 13, in a certain input light intensity range, the load straight line intersects the response curve at three points and has two stable points. That is, the input light intensity P in
On the other hand, the photocurrent I and the output light intensity P out are shown in FIGS.
Bistability characteristics such as

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の双安定素子は以
上のように構成されており、電気的にフィードバックを
かけるために外部に電気回路を接続する必要があり、た
とえば集積化などの点で問題があった。
The conventional bistable element is constructed as described above, and it is necessary to connect an external electric circuit in order to electrically feed back. For example, in terms of integration, etc. There was a problem.

【0009】また、1つの電流ピークのみを用いている
ので双(2重の)安定特性しか得られないという問題点
があった。
In addition, since only one current peak is used, there is a problem that only bistable (double) stability characteristics can be obtained.

【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、外部に電気回路をつながず、純
粋に光のみにより、入力光強度または入力光波長に対す
る光出力のスイッチング特性や光双安定特性の得られる
光非線型素子を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and does not connect an electric circuit to the outside, and uses only pure light to switch the optical output switching characteristics with respect to the input light intensity or the input light wavelength. It is an object of the present invention to obtain an optical non-linear element having optical bistable characteristics.

【0011】またこの発明は外部に電気回路をつなが
ず、純粋に光のみにより、入力光強度または入力光波長
に対して光多重安定特性を得ることのできる光非線型素
子を得ることを目的とする。
It is another object of the present invention to provide an optical non-linear element which can obtain an optical multiplexing stability characteristic with respect to an input light intensity or an input light wavelength by purely light without connecting an external electric circuit. I do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明に係る全光学的
光非線型素子は、光を入射する面を有する電気的に浮い
た第1導電型半導体と、光を出射する面を有する電気的
に浮いた第2導電型半導体と、上記第1導電型半導体と
第2導電型半導体にはさまれた、入力光を吸収する量子
井戸層を含むアンドープ半導体層とを備え、入力光の上
記量子井戸層での吸収により発生する光励起キャリアに
よる該量子井戸層の内部電界の変化により、入力光の強
度,あるいは波長に対して出力光の強度が急峻に変化す
る特性をもつようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An all-optical optical nonlinear element according to the present invention comprises an electrically floating first conductive type semiconductor having a light incident surface, and an electrically floating first conductive semiconductor having a light emitting surface. A second conductivity type semiconductor floating on the substrate, and an undoped semiconductor layer including a quantum well layer absorbing the input light, sandwiched between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor. The intensity of the output light changes sharply with respect to the input light intensity or wavelength due to a change in the internal electric field of the quantum well layer due to photoexcited carriers generated by absorption in the well layer. .

【0013】また、この発明に係る全光学的光非線型素
子は、上述の構造において量子井戸層を各井戸層のエネ
ルギー準位が相互に結合する程度に十分薄い障壁層を介
して積層された2以上の井戸層を備え、かつ内部電界の
変化により上記各井戸層のエネルー準位が交差する非対
称結合構造あるいは対称結合構造を有するものとしたも
のである。
Further, in the all-optical optical nonlinear device according to the present invention, the quantum well layers in the above-described structure are stacked via a barrier layer sufficiently thin enough that the energy levels of the respective well layers are mutually coupled. It has two or more well layers, and has an asymmetric coupling structure or a symmetric coupling structure in which the energy level of each well layer crosses due to a change in the internal electric field.

【0014】[0014]

【作用】この発明においては、光を入射する面を有する
電気的に浮いた第1導電型半導体と、光を出射する面を
有する電気的に浮いた第2導電型半導体と、上記第1導
電型半導体と第2導電型半導体にはさまれた、入力光を
吸収する量子井戸層を含むアンドープ半導体層とを備
え、入力光の上記量子井戸層での吸収により発生する光
励起キャリアによる該量子井戸層の内部電界の変化によ
り、入力光の強度,あるいは波長に対して出力光の強度
が急峻に変化する特性をもつ構成としたから、純粋に光
のみにより、光スイッチング特性を得ることができると
ともに、入力光強度および入力光波長に対する出力光強
度の光双安定特性を得ることができる。
According to the present invention, an electrically floating first conductive type semiconductor having a light incident surface, an electrically floating second conductive type semiconductor having a light emitting surface, and the first conductive type semiconductor are provided. An undoped semiconductor layer including a quantum well layer that absorbs input light, sandwiched between the type semiconductor and the second conductivity type semiconductor, wherein the quantum well is formed by photoexcited carriers generated by absorption of the input light in the quantum well layer. The structure is such that the intensity of the input light or the intensity of the output light changes steeply with respect to the wavelength due to the change in the internal electric field of the layer, so that the optical switching characteristics can be obtained purely with light alone. The optical bistability of the output light intensity with respect to the input light intensity and the input light wavelength can be obtained.

【0015】またこの発明においては、上記量子井戸層
を各井戸層のエネルギー準位が相互に結合する程度に十
分薄い障壁層を介して積層された2以上の井戸層を備
え、かつ内部電界の変化により上記各井戸層のエネルギ
ー準位が交差する非対称結合構造あるいは対称結合構造
を有するものとしたから、光スイッチング特性を得るこ
とができるとともに、入力光強度および入力光波長に対
する出力光強度の光多重安定特性を得ることができる。
Further, in the present invention, the quantum well layer is provided with two or more well layers stacked via a barrier layer that is sufficiently thin so that the energy levels of the respective well layers are coupled to each other, and the quantum well layer has an internal electric field. Since the structure has an asymmetric coupling structure or a symmetric coupling structure in which the energy levels of the well layers cross each other due to the change, it is possible to obtain the optical switching characteristics and to obtain the input light intensity and the light having the output light intensity with respect to the input light wavelength. Multi-stable characteristics can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は、この発明の第1の実施例による全光学的光
非線型素子の構造図であり、図において、2は入力光波
長λに対して透明なベリリウムを5×1018cm-3ドープ
した1μmのp型AlGaAsクラッド層、3は100
のGaAsと100 のAlGaAsの周期積層構造
からなる量子井戸層、4は入力光波長λに対して透明な
シリコンを1×1018cm-3ドープした1μmのn型Al
GaAsクラッド層である。なお、この素子にはいかな
る外部の電気回路も接続されていない。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a structural view of an all-optical optical nonlinear device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes beryllium, which is transparent to an input light wavelength λ, doped with 5 × 10 18 cm −3. 1 μm p-type AlGaAs cladding layer, 3
Is a quantum well layer having a periodic lamination structure of GaAs and 100 AlGaAs, and 1 μm n-type Al doped with 1 × 10 18 cm −3 of silicon transparent to an input light wavelength λ.
It is a GaAs cladding layer. No external electric circuit is connected to this element.

【0017】次に動作について説明する。いま、入力光
が本素子に入射するとき、量子井戸3での吸収により励
起キャリアが生じる。ここで、励起キャリアである電子
と正孔の数はともにnとする。励起キャリアはpn接合
によるビルトイン電界を打ち消すように働くため、吸収
がふえ、nが増えるにつれ、量子井戸領域のエネルギー
バンド構造は図2に示したように同図(a) から同図(b)
に示すように傾きが緩やかになる。このとき矢印で示し
た光学(吸収)遷移の波長はシュタルク効果により短く
なることがよく知られている。従って入力波長λを選択
すれば図3(a) ,(b) のようなnと吸収係数αとの応答
関係を得ることができる。
Next, the operation will be described. Now, when the input light enters the device, excited carriers are generated by absorption in the quantum well 3. Here, the number of electrons and holes as excited carriers is both n. Since the excited carriers work to cancel the built-in electric field due to the pn junction, the absorption increases and as the number of n increases, the energy band structure of the quantum well region changes from FIG. 2A to FIG. 2B as shown in FIG.
The slope becomes gentle as shown in FIG. At this time, it is well known that the wavelength of the optical (absorption) transition indicated by the arrow becomes shorter due to the Stark effect. Therefore, if the input wavelength λ is selected, a response relationship between n and the absorption coefficient α can be obtained as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

【0018】一方、Aを比例定数、Pinを入力光強度と
するとき、近似的に
Meanwhile, the A proportional constant, when the input light intensity P in, approximately

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】が成り立つ。ここで、この直線は入力光強
度Pinが大きくなるにつれて傾きが緩やかになる。
The following holds. Here, the straight line slope becomes moderate as the input light intensity P in is increased.

【0021】この直線と図3(a) ,(b) の応答曲線との
交点が実際の素子が示す安定な応答点となる。
The intersection between this straight line and the response curves shown in FIGS. 3A and 3B is a stable response point indicated by an actual element.

【0022】図4(a) ,(b) にそれぞれ入力光強度Pin
に対する吸収係数αと出力光強度Pout との関係を示
す。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the input light intensity P in
Shows the relationship between the absorption coefficient α and the output light intensity P out .

【0023】図4(a) ではaに対応する入力光強度Pin
で吸収係数α、すなわち出力光強度Pout の急激な変化
が得られる。また図4(b) では、bとcに対応する入力
光強度Pinの間で出力光強度Pout の双安定特性が得ら
れることがわかる。
In FIG. 4 (a), the input light intensity P in corresponding to a
, An abrupt change in the absorption coefficient α, that is, the output light intensity P out is obtained. Also in FIG. 4 (b), it can be seen that the bistable characteristic of the output light intensity P out between the input light intensity P in corresponding to b and c are obtained.

【0024】以上の説明では、入力光強度Pinに対する
出力光強度Pout の全光学的光非線型特性を得る方法に
ついて述べたが、図5のように吸収特性は長波長入力光
に対してより小さなnで最大値をとるので、図6のよう
に入力光波長に対する出力光強度Pout の双安定特性も
得られることがわかる。
[0024] In the above description has dealt with how to obtain the total optical light non-linear characteristics of the output light intensity P out to the input light intensity P in, absorption characteristics as shown in FIG. 5 for the long-wavelength input light Since the maximum value is obtained at a smaller value of n, it can be seen that a bistable characteristic of the output light intensity P out with respect to the input light wavelength can be obtained as shown in FIG.

【0025】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図7は本発明の第2の実施例による全光学的光非
線型素子の図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram of an all-optical nonlinear element according to a second embodiment of the present invention.

【0026】図において、21は入力光波長λに対して
透明なベリリウムを5×1018cm-3ドープした1μm
のp型AlGaAsクラッド層、22は入力光波長λに
対して透明なシリコンを1×1018cm-3ドープした1μ
mのn型AlGaAsクラッド層、23はアンドープA
lGaAs層、24は100オングストロームGaAs
量子井戸、25は80オングストロームGaAs量子井
戸、26は8オングストロームのAlGaAsバリア
層、27はn型GaAs基板である。入力光強度と波長
をPinとλ、出力光強度をPout とする。
In the figure, reference numeral 21 denotes 1 μm doped with 5 × 10 18 cm −3 of beryllium transparent to an input light wavelength λ.
The p-type AlGaAs cladding layer 22 is 1 μm doped with 1 × 10 18 cm −3 of silicon transparent to the input light wavelength λ.
m n-type AlGaAs cladding layer, 23 is undoped A
1 GaAs layer, 24 is 100 Å GaAs
A quantum well, 25 is an 80 Å GaAs quantum well, 26 is an 8 Å AlGaAs barrier layer, and 27 is an n-type GaAs substrate. The input light intensity and wavelength P in and λ, the output light intensity and P out.

【0027】量子井戸24,25の間に設けられたバリ
ア層26は量子井戸24,25の各エネルギー準位が相
互に結合するように上述のように十分薄く設定される。
The barrier layer 26 provided between the quantum wells 24 and 25 is set to be sufficiently thin as described above so that the energy levels of the quantum wells 24 and 25 are mutually coupled.

【0028】なお、この素子にはいかなる外部の電気回
路も接続されていない。
No external electric circuit is connected to this element.

【0029】次に動作について説明する。第1の実施例
と同様に励起キャリアはpn接合によるビルトイン電界
を打ち消すように働くため、量子井戸領域におけるエネ
ルギーバンド構造の傾きが緩やかになる。図8はこの様
子を示すエネルギーバンド図である。図において、Aは
量子井戸25のエネルギー準位、Bは量子井戸24のエ
ネルギー準位を示している。入力光の吸収で発生する光
励起キャリアにより図8(a) の状態から図8(b) に示す
状態に内部電界が変化するが、このとき量子井戸24は
量子井戸25より広いため、エネルギー準位AとBの上
下関係が逆転する。このため、吸収ピーク波長は、ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス,65巻,2168
頁,(1989年)(J.Appl.Phys.,65(5) −March 1989, pp.2
168)に示されたように、nに対して図11(a) のように
変化する。従ってある波長λに対する吸収係数αの変化
は、図11(b)のようになる。ここでnとαには近似的
に数2の関係が成り立つ。この直線は入力光強度Pin
大きくなるにつれて傾きが緩やかになる。この直線と図
11(b) の応答曲線との交点が実際に素子が示す応答点
となる。すなわち図11(b) のように2本の破線で挟ま
れるような入力光強度Pinに対して出力光強度Pout
3重安定特性をとる。
Next, the operation will be described. As in the first embodiment, the excited carriers function to cancel the built-in electric field due to the pn junction, so that the slope of the energy band structure in the quantum well region becomes gentle. FIG. 8 is an energy band diagram showing this state. In the figure, A indicates the energy level of the quantum well 25, and B indicates the energy level of the quantum well 24. The internal electric field changes from the state shown in FIG. 8A to the state shown in FIG. 8B due to photoexcited carriers generated by absorption of input light. At this time, since the quantum well 24 is wider than the quantum well 25, the energy level The vertical relationship between A and B is reversed. For this reason, the absorption peak wavelength is determined by the Journal of Applied Physics, Vol. 65, 2168.
P., (1989) (J. Appl. Phys., 65 (5)-March 1989, pp.2
As shown in FIG. 168), n changes as shown in FIG. 11 (a). Therefore, the change of the absorption coefficient α for a certain wavelength λ is as shown in FIG. Here, the relationship of Equation 2 is approximately established between n and α. This line slope becomes moderate as the input light intensity P in is increased. The intersection of this straight line and the response curve of FIG. 11 (b) is the actual response point indicated by the element. That is, as shown in FIG. 11B, the output light intensity P out has triple stability characteristics with respect to the input light intensity P in sandwiched between two broken lines.

【0030】なお、第2の実施例では入力光強度Pin
対する3重安定特性を示したが、図11からわかるよう
に、波長により図11(b) の応答がかわるので図13の
ように波長に対しても出力光強度Pout の3重安定特性
が得られる。
[0030] While in the second embodiment showing a triple stability properties with respect to the input light intensity P in, as can be seen from FIG. 11, as shown in FIG. 13 because the response shown in FIG. 11 (b) replacing the wavelength The triple stability characteristic of the output light intensity P out can be obtained for the wavelength.

【0031】また上記第2の実施例では、非対称型の結
合量子井戸構造を用いた全光学的非線型素子を例にとっ
て説明したが、図9,図10(a),(b) に示すように対称
型の結合量子井戸構造を用いてもよく、例えば第2,第
3準位間交差を用いれば上記第2の実施例と同様の効果
が得られる。
In the second embodiment, an all-optical nonlinear element using an asymmetric coupling quantum well structure has been described as an example. However, as shown in FIGS. 9, 10 (a) and 10 (b). A symmetrical coupling quantum well structure may be used. For example, if the second and third level crossings are used, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

【0032】また、図7では1組の結合量子井戸構造を
挿入した構造を示したが、より吸収効率を高めるために
は複数個の結合量子井戸構造を挿入する方がよい。
FIG. 7 shows a structure in which a pair of coupled quantum well structures is inserted. However, in order to further enhance the absorption efficiency, it is better to insert a plurality of coupled quantum well structures.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る全光学的光
非線型素子によれば、光を入射する面を有する電気的に
浮いた第1導電型P型半導体と、光を入射する面を有す
る電気的に浮いた第2導電型n型半導体と、上記第1導
電型半導体と第2導電型半導体にはさまれた、入力光を
吸収する量子井戸層を含むアンドープ半導体層とを備
え、入力光の上記量子井戸層での吸収により発生する光
励起キャリアによる該量子井戸層の内部電界の変化によ
り、入力光の強度,あるいは波長に対して出力光の強度
が急峻に変化する特性をもつ構成としたから、純粋に光
のみにより、光スイッチング特性を得ることができると
ともに、入力光強度,入力光波長に対する出力光強度の
光双安定特性を得られる効果がある。
As described above, according to the all-optical optical non-linear element of the present invention, an electrically floating first conductivity type P-type semiconductor having a light incident surface and light incident thereon. An electrically floating second conductivity type n-type semiconductor having a surface, and an undoped semiconductor layer including a quantum well layer for absorbing input light, sandwiched between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor. A characteristic in which the intensity of the input light or the intensity of the output light changes sharply with respect to the wavelength by the change of the internal electric field of the quantum well layer due to the photoexcited carriers generated by the absorption of the input light in the quantum well layer. With this configuration, the optical switching characteristics can be obtained purely by using only light, and the optical bistable characteristics of the output light intensity with respect to the input light intensity and the input light wavelength can be obtained.

【0034】また、この発明によれば、上記量子井戸層
を内部電界の変化により上記各井戸層のエネルギー準位
が交差する非対称結合構造あるいは対称結合構造の量子
井戸としたから、純粋に光のみにより、光スイッチング
特性を得ることができるとともに、入力光強度,入力光
波長に対する出力光強度の光多重安定特性を得られる効
果がある。
Further, according to the present invention, the quantum well layer is formed as a quantum well having an asymmetric coupling structure or a symmetric coupling structure in which the energy levels of the respective well layers intersect due to changes in the internal electric field. Accordingly, the optical switching characteristics can be obtained, and the optical multiplexing stability characteristics of the output light intensity with respect to the input light intensity and the input light wavelength can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施例による全光学的光非線
型素子の構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an all-optical nonlinear element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施例における異なった入力
光強度に対する量子井戸部のエネルギーバンド構造を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an energy band structure of a quantum well section for different input light intensities in the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1の実施例における図1の素子の
励起キャリア数nと吸収係数αの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number n of excited carriers and the absorption coefficient α of the device of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.

【図4】上記図3に対応した入力光強度に対する吸収係
数と出力光強度の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an absorption coefficient and an output light intensity with respect to an input light intensity corresponding to FIG.

【図5】図1の素子における3つの異なった入力波長に
対する励起キャリア数nと吸収係数αの関係を示す図で
ある。
5 is a diagram showing the relationship between the number n of excited carriers and the absorption coefficient α for three different input wavelengths in the device of FIG.

【図6】図1の素子の入力波長に対する出力強度の関係
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an output intensity and an input wavelength of the device of FIG. 1;

【図7】この発明の第2の実施例による非対称型の結合
量子構造を用いた全光学的光非線型素子の構造を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of an all-optical optical nonlinear element using an asymmetric coupling quantum structure according to a second embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第2の実施例における異なった入力
光強度に対する非対称型の結合量子井戸部のエネルギー
バンド構造を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an energy band structure of an asymmetric coupling quantum well portion for different input light intensities in the second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第3の実施例による対称型の結合量
子構造を用いた全光学的光非線型素子の構造を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing the structure of an all-optical optical nonlinear element using a symmetric coupling quantum structure according to a third embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第3の実施例における異なった入
力光強度に対する対称型の結合量子井戸部のエネルギー
バンド構造を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an energy band structure of a symmetrical coupling quantum well portion for different input light intensities in the third embodiment of the present invention.

【図11】図7の素子の励起キャリア数nと吸収係数α
の関係を示す図である。
11 shows the number n of excited carriers and the absorption coefficient α of the device shown in FIG.
FIG.

【図12】図7の素子の入力光強度に対する出力光強度
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an output light intensity with respect to an input light intensity of the device of FIG. 7;

【図13】図7の素子の入力光波長に対する出力光強度
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the output light intensity with respect to the input light wavelength of the device of FIG. 7;

【図14】従来の電気光学的フィードバックを用いた光
双安定素子の構造図である。
FIG. 14 is a structural diagram of a conventional optical bistable element using electro-optical feedback.

【図15】図14の素子の電圧に対する光電流特性を示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a photocurrent characteristic with respect to a voltage of the device of FIG.

【図16】図14の素子の入力光強度に対する光電流と
光出力の関係を示す図である。
16 is a diagram showing a relationship between a photocurrent and a light output with respect to an input light intensity of the device of FIG.

【図17】図14の素子の入力光強度に対する光電流と
光出力の関係を示す図である。
17 is a diagram showing a relationship between a photocurrent and a light output with respect to an input light intensity of the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極 2 P型AlGaAsクラッド層 3 GaAs/AlGaAs量子井戸層 4 n型AlGaAsクラッド層 5 n型GaAs基板 6 電気抵抗 7 バイアス電圧 21 P型AlGaAsクラッド層 22 n型AlGaAsクラッド層 23 アンドープAlGaAs 24 100オングストロームGaAs量子井戸 25 80オングストロームGaAs量子井戸 26 8オングストロームAlGaAsバリア 27 n型GaAs Reference Signs List 1 electrode 2 P-type AlGaAs cladding layer 3 GaAs / AlGaAs quantum well layer 4 n-type AlGaAs cladding layer 5 n-type GaAs substrate 6 electric resistance 7 bias voltage 21 P-type AlGaAs cladding layer 22 n-type AlGaAs cladding layer 23 undoped AlGaAs 24 100 angstroms GaAs quantum well 25 80 angstroms GaAs quantum well 26 8 angstroms AlGaAs barrier 27 n-type GaAs

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 G02F 3/02 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/35 G02F 3/02 JICST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光を入射する面を有する電気的に浮いた
第1導電型半導体と、 光を出射する面を有する電気的に浮いた第2導電型半導
体と、 上記第1導電型半導体と第2導電型半導体にはさまれ
た、入力光を吸収する量子井戸層を含むアンドープ半導
体層とを備えた全光学的光非線型素子において上記量子井戸層は、各井戸層のエネルギー準位が相互に
結合する程度に十分薄い障壁層を介して積層された2以
上の井戸層を備え、かつ内部電界の変化により上記各井
戸層のエネルギー準位が交差する構造を有し、 入力光の上記量子井戸層での吸収により発生する光励起
キャリアによる該量子井戸層の内部電界の変化により、
入力光の強度,あるいは波長に対して出力光の強度が急
峻に変化する特性をもつことを特徴とする全光学的光非
線型素子。
An electrically floating first conductivity type semiconductor having a light incident surface, an electrically floating second conductivity type semiconductor having a light emitting surface, and the first conductivity type semiconductor. In an all-optical optical nonlinear device including an undoped semiconductor layer including a quantum well layer that absorbs input light and sandwiched between semiconductors of the second conductivity type , the quantum well layer has an energy level of each well layer. Are mutually
Two or more layers stacked through a barrier layer that is thin enough to
Upper well layer, and each well
It has a structure in which the energy levels of the door layer intersect, and changes in the internal electric field of the quantum well layer due to photoexcited carriers generated by absorption of the input light in the quantum well layer.
An all-optical optical non-linear element having a characteristic that the intensity of output light changes sharply with the intensity or wavelength of input light.
【請求項2】 上記量子井戸層は、非対称結合構造を有
するものであることを特徴とする請求項1記載の全光学
的光非線型素子。
2. The all-optical optical non-linear element according to claim 1, wherein the quantum well layer has an asymmetric coupling structure.
【請求項3】 上記量子井戸層は、称結合構造を有す
るものであることを特徴とする請求項記載の全光学的
光非線型素子。
Wherein the quantum well layer, the total optical light non-linear element according to claim 1, wherein the one having a symmetrical coupling structure.
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電子情報通信学会技術研究報告 Vol.89,No.328,p.41−46(OQE89−103)

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