JPH012027A - light flip flop - Google Patents
light flip flopInfo
- Publication number
- JPH012027A JPH012027A JP62-158549A JP15854987A JPH012027A JP H012027 A JPH012027 A JP H012027A JP 15854987 A JP15854987 A JP 15854987A JP H012027 A JPH012027 A JP H012027A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- fabry
- optical
- input
- perot resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 100
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 37
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010065929 Cardiovascular insufficiency Diseases 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光論理回路素子に利用する。特に、光出力状態
のセット、リセットが可能な光フリップフロップに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention is applied to optical logic circuit elements. In particular, the present invention relates to an optical flip-flop whose optical output state can be set and reset.
光回路は電子回路に比べて高速動作が可能であり、光伝
送に用いる信号処理回路として伝送路との整合性に優れ
る等の利点がある。光論理回路を構成するうえで、光フ
リップフロップは基本要素となる。Optical circuits can operate at higher speeds than electronic circuits, and have advantages such as excellent compatibility with transmission lines as signal processing circuits used for optical transmission. Optical flip-flops are a basic element in constructing optical logic circuits.
第6図に第一の従来例光フリップフロップの構造を示し
、第7図にその特性を示す。FIG. 6 shows the structure of a first conventional optical flip-flop, and FIG. 7 shows its characteristics.
この光フリップフロップは、通常の半導体レーザ41の
電極を二つの電極42.43に分割した構造をもち、光
入力と光出力との間ふよびバイアス電流と光出力との間
で生じるヒステリシス特性を利用したものである。This optical flip-flop has a structure in which the electrode of a normal semiconductor laser 41 is divided into two electrodes 42 and 43, and the hysteresis characteristics that occur between the optical input and the optical output and between the bias current and the optical output are suppressed. It was used.
半導体レーザ41の電極42.43にそれぞれバイアス
電流L 、Izを供給する。ここで、It +12 =
Ib
とする。この状態では出力光P0は得られない。Bias currents L and Iz are supplied to electrodes 42 and 43 of the semiconductor laser 41, respectively. Here, It +12 =
Let it be Ib. In this state, output light P0 cannot be obtained.
この状態で外部から入力光P1を供給すると、ある光強
度で光出力が「オン」の状態に遷移し、出力光P0が得
られる。この状態で入力光P1の供給を停止しても、こ
の光フリップフロップは「オン」状態を維持する。次に
、半導体レーザ1への注入電流を減少させると、ある電
流値で光出力が「オフ」の状態に遷移し、もとのバイア
ス電流Ibに戻しても「オフ」のままとなる。When input light P1 is supplied from the outside in this state, the optical output changes to the "on" state at a certain light intensity, and output light P0 is obtained. Even if the supply of input light P1 is stopped in this state, this optical flip-flop maintains the "on" state. Next, when the current injected into the semiconductor laser 1 is decreased, the optical output transitions to an "off" state at a certain current value, and remains "off" even when the bias current Ib is returned to the original state.
この関係を利用し、光パルスによりセット(出力光P0
が「オフ」から「オン」)シ、電流パルスによりリセッ
ト (出力光P0が「オン」から「オフ」)することが
できる。電流パルスは、例えば、電極42または43の
一方へのバイアス電流の供給を停止することにより得ら
れる。Using this relationship, set (output light P0
(changes from "off" to "on") and can be reset by a current pulse (output light P0 changes from "on" to "off"). A current pulse is obtained, for example, by stopping the supply of bias current to one of the electrodes 42 or 43.
この第一の従来例の詳細は、富田他、「双安定LDにお
ける超高速光メモリ動作実験」、昭和60年度電気通信
学会総合全国大会講演番号第904号に説明されている
。Details of this first conventional example are described in Tomita et al., ``Experiments on Ultra-High Speed Optical Memory Operation in Bistable LD'', Lecture No. 904 at the 1985 Institute of Electrical Communication Engineers National Conference.
第8図は第二の従来例光フリップフロップの回路図を示
す。FIG. 8 shows a circuit diagram of a second conventional optical flip-flop.
電源61はホトダイオード63のアノード電極に接続さ
れる。ホトダイオード63のカソード電極は抵抗R2の
一端に接続される。電源62はホトダイオード640カ
ソード電極に接続される。ホトダイオード63のアノー
ド電極は抵抗R3の一端に接続される。Power source 61 is connected to the anode electrode of photodiode 63. A cathode electrode of the photodiode 63 is connected to one end of the resistor R2. Power source 62 is connected to the photodiode 640 cathode electrode. The anode electrode of the photodiode 63 is connected to one end of the resistor R3.
抵抗R2の他端および抵抗R3の他端は互いに接続され
、この接続点はさらに、抵抗R1を介して接地され、増
幅器65を介して偏波双安定半導体レーザ67のカソー
ド電極に接続される。偏波双安定半導体レーザ67のカ
ソード電極はまた、電源66に接続される。偏波双安定
半導体レーザ67のアノード電極は抵抗R4を介して接
地される。・
偏波双安定半導体レーザ67の出力光P0の光路には検
光子68が配置される。The other end of the resistor R2 and the other end of the resistor R3 are connected to each other, and this connection point is further grounded via the resistor R1 and connected to the cathode electrode of the polarized bistable semiconductor laser 67 via the amplifier 65. The cathode electrode of polarized bistable semiconductor laser 67 is also connected to power supply 66 . The anode electrode of the polarized bistable semiconductor laser 67 is grounded via a resistor R4. - An analyzer 68 is placed in the optical path of the output light P0 of the polarized bistable semiconductor laser 67.
第9図は偏波双安定半導体レーザ67の注入電流に対す
る光出力の特性を示す。この図において、実線はTM偏
波の出力成分を示し、破線はTE偏波の出力成分を示す
。注入電流を次第に増大すると、出力光は電流!8でT
E偏波成分が急に増大しTM偏波成分が急に減少する。FIG. 9 shows the characteristics of the optical output with respect to the injection current of the polarized bistable semiconductor laser 67. In this figure, the solid line indicates the output component of TM polarization, and the broken line indicates the output component of TE polarization. When the injected current is gradually increased, the output light is a current! T at 8
The E polarization component suddenly increases and the TM polarization component suddenly decreases.
注入電流を次第に減少すると電流!、でTM偏波成分が
急に増大する。したがって、検光子68によりTE偏波
またはTM偏波のどちらか一方の成分を取り出すと、そ
の光出力は注入電流に対してヒステリシス特性をもつ。When the injected current is gradually decreased, the current! , the TM polarization component suddenly increases. Therefore, when either the TE or TM polarized component is extracted by the analyzer 68, the optical output has hysteresis characteristics with respect to the injected current.
この特性を利用した光フリップフロップが第8図に示し
た従来例である。A conventional optical flip-flop using this characteristic is shown in FIG.
この従来例において、ホトダイオード63.64に光が
注入されていないときには、電源66により偏波双安定
半導体レーザ67にバイアス電流Lbが注入される。ホ
トダイオード63に入力光Pitを入力すると、偏波・
双安定半導体レーザ67に注入される電流が増加し、ホ
トダイオード64に入力光P12を入力すると、偏波双
安定半導体レーザ67に注入される電流が減少する。In this conventional example, when no light is injected into the photodiodes 63 and 64, a bias current Lb is injected into the polarized bistable semiconductor laser 67 by the power source 66. When the input light Pit is input to the photodiode 63, the polarization
When the current injected into the bistable semiconductor laser 67 increases and the input light P12 is input to the photodiode 64, the current injected into the polarized bistable semiconductor laser 67 decreases.
したがって、例えば検光子68でTE偏波の出力成分を
透過させる場合には、ホトダイオード63に光パルスを
入力すると偏波双安定半導体レーザ67の光出力が「オ
ン」にセットされ、ホトダイオード64に光パルスを入
力すると「オフ」にリセットされる。すなわち、光フリ
ップフロップとして動作する。Therefore, for example, when the analyzer 68 transmits the output component of the TE polarized wave, when an optical pulse is input to the photodiode 63, the optical output of the polarized bistable semiconductor laser 67 is set to "on", and the optical output component is transmitted to the photodiode 64. Inputting a pulse resets it to "off". That is, it operates as an optical flip-flop.
この第二の従来例の詳細については、ジャイミング・リ
ウ、「ディジタル・オプティカル・シグナル・プロセッ
シング・ウィズ・ポーラライゼーシaン・バイステーブ
ル・セミコンダクタ・レーザJ、IεεEεε−ナル・
オフ・クラオンタム・エレクトロニクス第QB−21巻
第298頁(JAI−MINGLlυ、rDigita
l 0ptical Signal Proce
ssingwith Po1arization−B
istable Sem1conductorLas
er J 、18εεJ+Quantum Elect
ronlVOl、QB−21。For details of this second prior art example, see Jiming Liu, Digital Optical Signal Processing with Polarizing Bistable Semiconductor Lasers J, IεεEεε-Nal.
Off-Claontum Electronics Volume QB-21, Page 298 (JAI-MINGLlυ, rDigita
l 0ptical Signal Process
ssingwith Po1arization-B
istable Sem1conductorLas
er J, 18εεJ+Quantum Elect
ronlVOl, QB-21.
pp298)に説明されている。pp 298).
しかし、第一の従来例では、出力をリセットするために
電気信号を用いているため、すべて光で動作する論理回
路を構成するには適していない欠点があった。However, in the first conventional example, an electrical signal is used to reset the output, so it has a drawback that it is not suitable for constructing a logic circuit that operates entirely using light.
また、第二の従来例では、セットおよびリセットを光パ
ルスにより行うことができるが、光パルスを電気信号に
変換しているため、構成が複雑であり応答速度の高速化
が制限される欠点があった。In addition, in the second conventional example, setting and resetting can be performed using optical pulses, but because the optical pulses are converted into electrical signals, the configuration is complicated and the speed of response is limited. there were.
これらの問題点を解決するため、本願出願人は、特願昭
61−205316およびこの出願を優先権の基礎とす
る特願昭61−295457において、半導体レーザを
用い、電気信号を介することなく光パルスによるセット
およびリセットの可能な高速の光フリップフロップを提
案した。In order to solve these problems, the applicant of the present application, in Japanese Patent Application No. 61-205316 and Japanese Patent Application No. 61-295457 which takes this application as the basis of priority, used a semiconductor laser to generate light without using electrical signals. We proposed a high-speed optical flip-flop that can be set and reset by pulses.
本発明は、ファブリペロー共振器を用いて、電気信号を
介することなく光パルスによるセットおよびリセットを
行う高速の光フリップフロップを提供することを目的と
する。An object of the present invention is to provide a high-speed optical flip-flop that uses a Fabry-Perot resonator and can be set and reset by optical pulses without using electrical signals.
本発明の光フリップフロップは、相対する二枚のハーフ
ミラ−の間に光強度により屈折率が変化する非線形媒質
が挿入された構造のファブリペロ−共振器と、このファ
ブリペロ−共振器に、このファブリペロ−共振器の入力
光強度と出力光強度との間でヒステリシス関係を生じさ
せる第一の周波数(fりの光を定常的に注入する第一の
光注入手段と、上記第一の周波数の光と位相および周波
数が等しい光パルスを上記ファブリペロ−共振器の出力
光強度が高レベルとなる入力レベルで上記ファブリペロ
ー共振器に注入する第二の光注入手段と、上記第一の周
波数と異なる第二の周波数(f2)の光パルスを上記フ
ァブリペロ−共振器の出力光強度が低レベルとなる入力
レベルで上記ファブリペロ−共振器に注入する第三の光
注入手段とを備えたことを特徴とする。The optical flip-flop of the present invention includes a Fabry-Perot resonator having a structure in which a nonlinear medium whose refractive index changes depending on the light intensity is inserted between two opposing half mirrors; a first light injection means for steadily injecting light at a first frequency (f) that produces a hysteresis relationship between the input light intensity and the output light intensity of the resonator; a second optical injection means for injecting optical pulses having the same phase and frequency into the Fabry-Perot resonator at an input level such that the output optical intensity of the Fabry-Perot resonator is at a high level; and a third light injection means for injecting a light pulse having a frequency (f2) into the Fabry-Perot resonator at an input level such that the output light intensity of the Fabry-Perot resonator is at a low level.
ファブリペロ−共振器として、発振しきい値よりわずか
に小さい一部バイアス電流が供給された半導体光増幅素
子を用いることもできる。A semiconductor optical amplification element to which a partial bias current slightly smaller than the oscillation threshold is supplied can also be used as the Fabry-Perot resonator.
本発明は、相対する二枚のハーフミラ−の間に光強度に
より屈折率が変化する非線形媒質が挿入された構造のフ
ァブリペロ−共振器を光双安定素子として用いる。この
ような構造のファブリペロ−共振器では、ある周波数で
入力光強度と出力光強度との、間にヒステリシス関係が
生じる。すなわち、入力光強度を増加させてゆくと、あ
る強度で出力光強度が急激に増加する。この後に入力光
強度を減少させてゆくと、急激な増加が生じたと異なる
強度で出力光強度が急激に減少する。再び入力光強度を
増加させると、前と同じ強度で再び出力光強度が増加す
る。The present invention uses a Fabry-Perot resonator having a structure in which a nonlinear medium whose refractive index changes depending on the light intensity is inserted between two opposing half mirrors as an optical bistable element. In a Fabry-Perot resonator having such a structure, a hysteresis relationship occurs between the input light intensity and the output light intensity at a certain frequency. That is, as the input light intensity is increased, the output light intensity increases rapidly at a certain intensity. When the input light intensity is subsequently decreased, the output light intensity suddenly decreases at an intensity different from that at which the sudden increase occurred. When the input light intensity is increased again, the output light intensity increases again with the same intensity as before.
本発明では、この現象を光フリップフロップのオフ状態
からオン状態への遷移に利用する。In the present invention, this phenomenon is utilized for transitioning an optical flip-flop from an off state to an on state.
また、周波数の異なる二つの光を混合してファブリペロ
−共振器に入力すると、入力光強度の変化に対して出力
光強度が急激に変化する点が周期的に変動する。したが
って、二つの光の周波数および強度を適当に選択するこ
とにより、出力光強度を急激に低下させることができ、
低下したまま増加しないようにすることができる。Furthermore, when two lights of different frequencies are mixed and input into a Fabry-Perot resonator, the point at which the output light intensity changes rapidly with respect to a change in the input light intensity changes periodically. Therefore, by appropriately selecting the frequencies and intensities of the two lights, the output light intensity can be rapidly reduced.
It is possible to prevent the value from increasing while remaining decreased.
本発明は、この現象を光フリップフロップのオン状態か
らオフ状態への遷移に利用する。The present invention utilizes this phenomenon for transitioning an optical flip-flop from an on state to an off state.
本発明は、ファブリペロ−共振器を光双安定素子として
用いるものであり、この点が、半導体レーザ、すなわち
発振器を光双安定素子として用いる特願昭61−205
316 、特願昭61−295457に係る光フリップ
フロップと異なる。すなわち、半導体レーザの場合には
、その自由発振周波数と異なる周波数を利用してセット
およびリセットを行うが、ファブリペロ−共振器では、
出力光の周波数が入力光の少なくとも一部の周波数に等
しくなる。The present invention uses a Fabry-Perot resonator as an optical bistable device, and this point is based on Japanese Patent Application No. 61-205 in which a semiconductor laser, that is, an oscillator, is used as an optical bistable device.
No. 316, which is different from the optical flip-flop disclosed in Japanese Patent Application No. 61-295457. In other words, in the case of a semiconductor laser, setting and resetting are performed using a frequency different from its free oscillation frequency, but in the case of a Fabry-Perot resonator,
The frequency of the output light becomes equal to the frequency of at least a portion of the input light.
ファブリペロ−共振器として半導体光増幅素子を用いる
こともできる。半導体光増幅素子は、構造的には半導体
レーザ素子と同等であるが、バイアス電流が発振しきい
値よりわずかに小さく設定され、入力光に同期して発振
することが半導体レーザと異なる。A semiconductor optical amplification element can also be used as the Fabry-Perot resonator. A semiconductor optical amplification device is structurally equivalent to a semiconductor laser device, but differs from a semiconductor laser in that its bias current is set slightly smaller than the oscillation threshold and it oscillates in synchronization with input light.
第1図は本発明実施例光フリップフロップの構成図であ
る。FIG. 1 is a block diagram of an optical flip-flop according to an embodiment of the present invention.
この光フリップフロップは、相対する二枚のハーフミラ
−11,12の間に光強度により屈折率が変化する非線
形媒質13が挿入された構造のファブリペロ−共振器1
と、このファブリペロ−共振器10入力光強度と出力光
強度との間でヒステリシス関係を生じさせる第一の周波
数f、の入力光Inをこのファブリペロー共振器1に定
常的に注入する第一の光注入手段と、上記第一の周波数
の光と位相および周波数が等しい光パルスIsを上記、
ファブリペロ−共振器1の出力光強度が高レベルとなる
入力レベルで上記ファブリペロ−共振器1に注入する第
二の光注入手段と、上記第一の周波数と異なる第二の周
波数f2の光パルスI、を上記ファブリペロ−共振器l
の出力光強度が低レベルとなる入力レベルで上記ファブ
リペロ−共振器1に注入する第三の光注入手段とを備え
る。This optical flip-flop has a Fabry-Perot resonator 1 having a structure in which a nonlinear medium 13 whose refractive index changes depending on the light intensity is inserted between two opposing half mirrors 11 and 12.
and a first input light In which is steadily injected into this Fabry-Perot resonator 1 and has a first frequency f that causes a hysteresis relationship between the input light intensity and the output light intensity of this Fabry-Perot resonator 10. a light injection means, the light pulse Is having the same phase and frequency as the light of the first frequency;
a second light injection means for injecting into the Fabry-Perot resonator 1 at an input level such that the output light intensity of the Fabry-Perot resonator 1 is at a high level; and a light pulse I having a second frequency f2 different from the first frequency. , the above Fabry-Perot resonator l
and a third light injection means for injecting light into the Fabry-Perot resonator 1 at an input level such that the output light intensity of the light is at a low level.
第一ないし第三の光注入手段は二つのハーフミラ−2,
3により構成されている。これらのハーフミラ−2,3
は、三つの光路をひとつに合わせて、ハーフミラ−12
側からファブリペロ−共振器1に入射する。The first to third light injection means are two half mirrors 2,
It is composed of 3. These half mirrors 2, 3
The half mirror 12 combines three optical paths into one.
The light enters the Fabry-Perot resonator 1 from the side.
第1図では、ハーフミラ−11,12と非線形媒質13
との間に空間が示されている。このような空間が設けら
れていてもよいが、非線形媒質13がハーフミラ−IL
12の間を満たす構造とすることもできる。In FIG. 1, half mirrors 11 and 12 and a nonlinear medium 13 are shown.
A space is shown between. Although such a space may be provided, the nonlinear medium 13 is
It is also possible to have a structure that fills the gap between 12 and 12.
ハーフミラ−11側からファブリペロ−共振器1に光を
入射したときのハーフミラ−12側から出力される光の
強度について説明する。以下の説明では、ファブリペロ
ー共振器1の軸方向に距離座標2を定義し、ハーフミラ
−11,12の位置をそれぞれz=Q、z=Lとする。The intensity of light output from the half mirror 12 side when light is incident on the Fabry-Perot resonator 1 from the half mirror 11 side will be explained. In the following description, a distance coordinate 2 is defined in the axial direction of the Fabry-Perot resonator 1, and the positions of the half mirrors 11 and 12 are assumed to be z=Q and z=L, respectively.
Lは共振器長である。L is the resonator length.
また、ハーフミラ−11からハーフミラ−12へ向かう
方向を正方向、逆の方向を負方向とする。Further, the direction from the half mirror 11 to the half mirror 12 is defined as a positive direction, and the opposite direction is defined as a negative direction.
ファブリペロ−共振器1内では、対向する/% −フミ
ラー11.12により、正方向に進む光と、負方向に進
む光とが存在する。ファブリペロー共振器l内の各点に
おける光電場を、
z=Qにおいて正方向に進む光 : E”(0)z=
Qにおいて負方向に進む光 : E−(0)Z=Lに
おいて正方向に進む光 : E”(L)z=Lにおい
て負方向に進む光 : E−(L)入射光 : E
ih ”eXp (: 1(2yr f t+θ)〕出
射光 * Eout
と定@ける。各光電場の間には、
(E、ut = t−E”([、)の関係がある。Inside the Fabry-Perot resonator 1, light traveling in the positive direction and light traveling in the negative direction exist due to the opposing /%-fum mirrors 11 and 12. The optical electric field at each point in the Fabry-Perot cavity l is defined as light traveling in the positive direction at z=Q: E”(0)z=
Light traveling in the negative direction at Q: E-(0) Light traveling in the positive direction at Z=L: E''(L) Light traveling in the negative direction at z=L: E-(L) Incident light: E
ih ``eXp (: 1 (2yr f t + θ))] Output light * Eout is determined. Between each optical electric field, there is a relationship of (E, ut = t-E'' ([,).
ここで、
′ t : バージミラーII、12の振幅透過率、r
: ハーフミラ−IL 12の振幅反射率、φ :
光がハーフミラ−IL 12の間をLだけ進む間にうけ
る位相変化
である。振幅透過率tと振幅反射率rとの間には、t2
+r2 =1
の関係がある。これらの関係式から、
XEtn−eXI’ f:i(2πf を−φ十〇)〕
・・・−・−・・−1(1)
が得られる。ただし、Rはハーフミラ−11,12の強
度透過率であり、
R=r”
の関係がある。Here, ′t: amplitude transmittance of verge mirror II, 12, r
: Amplitude reflectance of half mirror IL 12, φ :
This is the phase change that occurs while the light travels between the half mirrors IL 12 by L. Between the amplitude transmittance t and the amplitude reflectance r, t2
There is a relationship of +r2 =1. From these relational expressions, XEtn-eXI' f:i (2πf -φ10)
...---...-1 (1) is obtained. However, R is the intensity transmittance of the half mirrors 11 and 12, and there is a relationship of R=r''.
ところで、位相変化φは、ハーフミラ−11,120間
の媒質の屈折率n、光の伝搬定数kを用いて、φ=n−
に−L
と表される。ハーフミラ−11,12の間には光強度に
より屈折率が変化する非線形媒質13が挿入され、光強
度が振幅の絶対値の自乗で表されることから、
n =nO+ Kt ・I Eout I ’と表
すことができる。ここで、noは光強度に依存しない屈
折率であり、K1は比例定数である。By the way, the phase change φ can be calculated using the refractive index n of the medium between the half mirrors 11 and 120 and the propagation constant k of light.
It is expressed as -L. A nonlinear medium 13 whose refractive index changes depending on the light intensity is inserted between the half mirrors 11 and 12, and since the light intensity is expressed as the square of the absolute value of the amplitude, n = nO + Kt ・I Eout I '. can be expressed. Here, no is a refractive index that does not depend on light intensity, and K1 is a proportionality constant.
また、光電場については、z=Lにおいて正方向に進む
光E″(L)、すなわちE、。1 / 1と近似した。Furthermore, the optical electric field was approximated as light E″(L) traveling in the positive direction at z=L, that is, E, .1/1.
この近似は平均場近似とよばれ、妥当な近似として通常
に使用されている。したがって位相変化φは、
φ=(no +に、 ” l Eaut 12)
・k −L−δ+に2 ・l E、ut l 2−
− (2)と表される。ここで、Kl、に2は比例定数
である。この式と(1)式とを連立させて解くことによ
り、このファブリペロ−共振器1の人出力関係を求める
ことができる。This approximation is called the mean field approximation and is commonly used as a reasonable approximation. Therefore, the phase change φ is φ=(no +, ”l Eout 12)
・2 to k −L−δ+ ・l E, ut l 2−
- expressed as (2). Here, Kl and 2 are proportionality constants. By solving this equation and equation (1) simultaneously, the human output relationship of this Fabry-Perot resonator 1 can be determined.
第2図は、〔1)式および(2)式を連立させて解くこ
とにより得られるファブリペロ−共振器10入出力関係
の計算結果の一例を示す。この図において、横軸は規格
化された入力光強度Pいを示し、縦軸は規格化された出
力光強度P。utを示す。ここで、Pin = Kl・
l Et−l ”
P、ut = Kl ・I Eout I ”である
。また、
δ =2.5
R=0.7
とした。入力光強度を零から増加させてゆくと、ある光
強度P upで出力光強度が急激に増大する。FIG. 2 shows an example of a calculation result of the input/output relationship of the Fabry-Perot resonator 10 obtained by solving equations [1) and (2) simultaneously. In this figure, the horizontal axis shows the normalized input light intensity P, and the vertical axis shows the normalized output light intensity P. Indicates ut. Here, Pin = Kl・
lEt-l''P,ut=Kl·IEoutI''. Further, δ = 2.5 and R = 0.7. When the input light intensity is increased from zero, the output light intensity increases rapidly at a certain light intensity P up.
また、この状態から入力光強度を減少させてゆくと、光
強度p upより弱い光強度P downになったとき
に、出力光強度が急激に減少する。入力光強度が光強度
p upと光強度p do□との間のレベルのときには
、その入力光強度に対する出力光強度として三つの解が
存在する。このうち、中間の値となる解は不安定解であ
り、高出力状態と低出力状態との二つが安定な状態であ
る。これらの二つの状態をそれぞれオン状態、オフ状態
として利用することにより、ファブリペロ−共振器1を
光双安定素子として動作させることができる。Further, when the input light intensity is decreased from this state, the output light intensity sharply decreases when the light intensity P down becomes weaker than the light intensity p up. When the input light intensity is at a level between the light intensity p up and the light intensity p do □, three solutions exist as the output light intensity for the input light intensity. Among these, a solution having an intermediate value is an unstable solution, and both the high output state and the low output state are stable states. By using these two states as an on state and an off state, respectively, the Fabry-Perot resonator 1 can be operated as an optical bistable element.
第2図に示した形の人出力特性を示す非線形媒質として
は、インジウム・アンチモンInSb、ガリウム・ヒ素
GaAsなどの半導体や、二硫化炭素C82、KTNな
どの誘電体を用いることができる。これらの半導体や誘
電体の非線形性は実験的にも確認されている。Semiconductors such as indium antimony InSb and gallium arsenide GaAs, and dielectrics such as carbon disulfide C82 and KTN can be used as the nonlinear medium exhibiting the human output characteristics shown in FIG. The nonlinearity of these semiconductors and dielectrics has also been confirmed experimentally.
次に、このファブリペロ−共振器1を利用した光フリッ
プフロップの動作について説明する。Next, the operation of the optical flip-flop using this Fabry-Perot resonator 1 will be explained.
ここで、ファブリペロー共振器1に入力される三つの光
、すなわち、定常的に入力される入力光LH%セット用
の光パルスI、およびリセット用の光パルス■、につい
て、それぞれの周波数が以下の条件を満たすものとする
。まず、入力光IHおよび光パルスIsの周波数f1は
、ファブリペロ−共振器1がその入力光に対して双安定
特性、例えば第2図に示した特性を示す周波数とする。Here, the frequencies of the three lights input to the Fabry-Perot resonator 1, that is, the input light LH% set optical pulse I and the reset optical pulse ■, which are constantly input, are as follows. The following conditions shall be met. First, the frequency f1 of the input light IH and the optical pulse Is is set to a frequency at which the Fabry-Perot resonator 1 exhibits bistable characteristics with respect to the input light, for example, the characteristics shown in FIG. 2.
光パルスInの周波数f2については、周波数f1との
周波数差Δf=f、−f2の逆数が非線形媒質13の応
答速度より小さい値となるように設定する。すなわち、
非線形媒質13の屈折率が、周波数差Δfの周波数変動
に十分に応答するものとする。The frequency f2 of the optical pulse In is set so that the reciprocal of the frequency difference Δf=f, −f2 with respect to the frequency f1 is smaller than the response speed of the nonlinear medium 13. That is,
It is assumed that the refractive index of the nonlinear medium 13 sufficiently responds to frequency fluctuations of the frequency difference Δf.
このような周波数条件を満足する入力光■ヨ、光パルス
I、および光パルスIRを適当な入力レベルでファブリ
ペロ−共振器1に入力することにより、光フリツプフロ
ツプ動作が得られる。Optical flip-flop operation can be obtained by inputting input light I, light pulse I, and light pulse IR satisfying such frequency conditions to the Fabry-Perot resonator 1 at appropriate input levels.
光フリツプフロツプ動作を得るためには、ファブリペロ
−共振器1に、
P dowg < P o < P upなる光強度P
。で定常的に入力光IIIを入力する。In order to obtain optical flip-flop operation, the Fabry-Perot resonator 1 is given an optical intensity P such that P dowg < P o < P up.
. Input light III is constantly input.
この入力光I)は系を保持するための一種のバイアス光
であり、この入力光1.に対して、ファブリペロ−共振
器1はオン状態とオフ状態とのいずれかの状態をとる。This input light I) is a kind of bias light for maintaining the system, and this input light 1. On the other hand, the Fabry-Perot resonator 1 takes either an on state or an off state.
まず、ファブリペロ−共振器1がオフ状態であるとする
。このとき、ファブリペロー共振器1に、Pa +P、
> Pu。First, it is assumed that the Fabry-Perot resonator 1 is in an off state. At this time, in the Fabry-Perot resonator 1, Pa +P,
> Pu.
なる光強度P、の光パルスI、を光入力■、に重畳して
入力すると、ファブリペロ−共振器1はオン状態に遷移
し、光パルスIsが消去されてもオン状態を維持する。When a light pulse I, with a light intensity P, is superimposed and inputted to the light input (2), the Fabry-Perot resonator 1 transitions to the on state, and remains on even if the light pulse Is is erased.
すなわち、周波数fl 、光強度P、の光パルスIsに
より、ファブリペロ−共振器1がセットされ、オフ状態
からオン状態に遷移する。That is, the Fabry-Perot resonator 1 is set by the optical pulse Is of frequency fl and optical intensity P, and transitions from the off state to the on state.
次に、オン状態となっているファブリペロ−共振器1に
周波数f2の光パルスItを入力すると、このファブリ
ペロ−共振器1がリセットされ、オン状態からオフ状態
に切り替わる。この動作原理は、三波長入力時のファブ
リペロ−共振器1の入出力特性を考慮することにより得
られる。この原理について以下に説明する。Next, when an optical pulse It of frequency f2 is input to the Fabry-Perot resonator 1 which is in the on state, the Fabry-Perot resonator 1 is reset and switched from the on state to the off state. This operating principle can be obtained by considering the input/output characteristics of the Fabry-Perot resonator 1 when inputting three wavelengths. This principle will be explained below.
三波長入力時には、入力光を周波数f1の入力光電場E
、in+1と、周波数f2の入力光電場E i 11+
2とに分けて考える。周波数f、 、f2のそれぞれ
の光に対する入出力関係は、
XE11%、2 ・eU (1(2!r f2t−φ2
+θ2)〕で表される。ここで”IR”lφ、θおよび
δの表記は(1)式右よび(2)式で用いたものと同一
であり、添え字「1」、「2」により、それぞれ周波数
f2、f2に対するものであることを示す。また、非線
形媒質13の屈折率は、周波数f1 とf2との周波数
差Δf=f、−f、に対して十分に応答するものとする
。すなわち、周波数差Δfは、非線形媒質13の応答時
間の逆数より小さいものとする。この条件では、
φ1=φ2=φ
δ、=62=δ
φ1NL=φ2ML =φゞ1
とみなすことができる。これは、位相変化の項が具体的
には、
φ1=n−L・2π・f1/C
φ2=n−L・2π・f2/C
(Cは光速)
であり、また、周波数差Δfは、実際の非線形媒質の応
答時間を考えると数GHz〜数10GHz以下、共振器
長しが数p〜数10μm程度であるので、φ1−φ2
=n−2π−L(f+−L)/cくく2 π
となり、位相変化は周波数f+ 、fzに対して同一で
あるとみなすことができるからである。When inputting three wavelengths, the input light is converted into an input optical electric field E with a frequency f1.
, in+1 and the input optical electric field E i 11+ of frequency f2
Let's consider it in two parts. The input/output relationship for each light of frequency f, , f2 is as follows:
+θ2)]. Here, the notation of "IR" lφ, θ, and δ is the same as that used in the right side of equation (1) and equation (2), and the subscripts "1" and "2" indicate the values for frequencies f2 and f2, respectively. . Further, it is assumed that the refractive index of the nonlinear medium 13 sufficiently responds to the frequency difference Δf=f, -f between the frequencies f1 and f2. That is, it is assumed that the frequency difference Δf is smaller than the reciprocal of the response time of the nonlinear medium 13. Under this condition, it can be considered that φ1=φ2=φδ,=62=δ φ1NL=φ2ML=φゞ1. Specifically, the phase change term is φ1=n-L・2π・f1/C φ2=n-L・2π・f2/C (C is the speed of light), and the frequency difference Δf is Considering the response time of an actual nonlinear medium, it is several GHz to several tens of GHz or less, and the resonator length is about several micrometers to several tens of μm, so φ1-φ2
=n-2π-L(f+-L)/c×2π, and the phase change can be considered to be the same for frequencies f+ and fz.
したがって、周波数f+ 、fxのそれぞれに対する光
強度の入出力関係は、
=δ+P Ou Le I + P Ou t* 2+
2 P outo l ” 1lut* 2XC
O5(2π・Δf−t+01□)
・・・・−・・・・(5)
となる。ここでに3は比例定数であり、θ12=θl−
02
である。また、光強度については、
P outo l ” K3 ” l EOute l
l ”P outo 2 = K3 ” l Eo
ut+ 2’ 12P、、、、 = K3・「Eい*
I l ”。Therefore, the input/output relationship of light intensity for each of frequencies f+ and fx is as follows: =δ+P Ou Le I + P Out* 2+
2 Pouto l” 1lut* 2XC
O5(2π・Δf−t+01□) ・・・・−・・・・(5) It becomes. Here, 3 is a proportionality constant, θ12=θl−
It is 02. In addition, regarding light intensity,
l ”P outo 2 = K3” l Eo
ut+ 2' 12P,,,, = K3・``E*
I l”.
Pいt2 =に3・IEtイ、212と規格化した。It was standardized as Pt2=ni3・IEti, 212.
〔5)式により、位相変化が周波数差Δfの周期で振動
することがわかる。これに伴い、入力光強度と出力光強
度との比、すなわちP。utwl対P1rl+1奔よび
P、□、2対P i R12が振動する。From equation [5], it can be seen that the phase change oscillates at a period of the frequency difference Δf. Accordingly, the ratio of the input light intensity to the output light intensity, that is, P. utwl vs. P1rl+1 and P, □, 2 vs. P i R12 oscillate.
第3図は、三波長入力時の入出力関係の計算結果の一例
を示す。、この図では、横軸を入力光強度P lt+e
Iとし、縦軸を出力光強度P。ut*I としている
。また、この図では、
cos (2π・Δf−t+θ、2)=±1のときの入
出力関係を実線で示す。任意の時刻における入出力関係
は、
l cos(2π・Δf−t+01□)1≦1であるこ
とから、二つの実線の中間に位置する。FIG. 3 shows an example of calculation results of the input/output relationship when inputting three wavelengths. , in this figure, the horizontal axis is the input light intensity P lt+e
I and the vertical axis is the output light intensity P. It is set as ut*I. Further, in this figure, the input/output relationship when cos (2π·Δf−t+θ, 2)=±1 is shown by a solid line. Since the input/output relationship at any time is l cos(2π·Δf−t+01□)1≦1, it is located between the two solid lines.
この計算では、
δ=2.5
R=0.7
p th、 2 =0.02
とした。第3図には、光パルスI、が入力されないとき
の値、すなわちPin*2が零のときの値について、破
線により併記した。これは第2図の曲線と同じものであ
る。In this calculation, δ=2.5 R=0.7 p th, 2 =0.02. In FIG. 3, the value when the optical pulse I is not input, that is, the value when Pin*2 is zero, is also shown by a broken line. This is the same curve as in FIG.
この第3図に示した入出力関係を利用して、光パルスエ
、によるオン状態からオフ状態への切り替えが可能とな
る。まず、光強度P。の入力光■□だけが入力されてい
る状態で、ファブリペロ−共振器1がオンの状態である
とする。そこに、適当な光強度、例えばP l−、2=
0.02の光パルス■8を入力すると、ファブリペロ−
共振器1の人出力関係が第3図に示すように振動する。Using the input/output relationship shown in FIG. 3, it is possible to switch from an on state to an off state using an optical pulse. First, the light intensity P. Assume that the Fabry-Perot resonator 1 is in an on state with only the input light ■□ being input. There, a suitable light intensity, e.g. P l-, 2=
When inputting 0.02 light pulse ■8, Fabry-Perot
The human output relationship of the resonator 1 oscillates as shown in FIG.
この振動の間に、光強度P。の入力光■□に対して低出
力状態しかとることのできない瞬間が生じる。第3図を
参照すると、CO8(2π・Δf−t+θ12)の値が
−1およびその近傍のときがその瞬間である。したがっ
て、この瞬間にファブリペロ−共振器1の出力状態がオ
ン状態からオフ状態に遷移する。−度オフ状態に遷移す
ると、この振動の間には高出力状態しかとることのでき
ない瞬間が存在しないので、出力はオン状態に戻ること
なく、そのままオフ状態を維持する。光パルスI、が消
去されて入出力関係が元に戻っても、ファブリペロ−共
振器1の出力状態はオフ状態のままとなる。すなわち、
光パルス■、により、オン状態からオフ状態への切り替
えを行うことができる。During this oscillation, the light intensity P. There is a moment when only a low output state can be taken for the input light ■□. Referring to FIG. 3, the instant is when the value of CO8 (2π·Δf−t+θ12) is −1 or around it. Therefore, at this moment, the output state of the Fabry-Perot resonator 1 changes from the on state to the off state. When the output changes to the OFF state, there is no moment during this oscillation where only the high output state can be taken, so the output does not return to the ON state and remains in the OFF state. Even if the optical pulse I is erased and the input/output relationship is restored to its original state, the output state of the Fabry-Perot resonator 1 remains in the off state. That is,
Switching from the on state to the off state can be performed by the light pulse (1).
このように、ファブリペロ−共振器1を双安定素子とし
て利用し、バイアス光である入力光IRと位相および周
波数が同一の光パルスIsによりオフ状態からオン状態
にセットし、別の周波数の入力光重8によりオン状態か
らオフ状態にリセットすることができ、フリップヅロッ
プ動作を行うことができる。In this way, the Fabry-Perot resonator 1 is used as a bistable element, and is set from an off state to an on state by an optical pulse Is having the same phase and frequency as the input light IR, which is a bias light, and is set to an on state by an optical pulse Is having the same phase and frequency as the input light IR, which is a bias light. It is possible to reset from the on state to the off state by the weight 8, and a flip-drop operation can be performed.
第4図は本発明第二実施例光フリップフロップの構成を
示す。FIG. 4 shows the structure of an optical flip-flop according to a second embodiment of the present invention.
この実施例は、ファブリペロ−共振器として半導体光増
幅素子1′を用いている。半導体光増幅素子1′は、構
造的には通常の半導体レーザ素子と同等のものである。This embodiment uses a semiconductor optical amplification element 1' as a Fabry-Perot resonator. The semiconductor optical amplification device 1' is structurally equivalent to a normal semiconductor laser device.
すなわち、活性層そのものが光強度により屈折率が変化
する非線形媒質であり、相対する端面がそれぞれハーフ
ミラ−となる。That is, the active layer itself is a nonlinear medium whose refractive index changes depending on the light intensity, and the opposing end surfaces each serve as a half mirror.
ただし、電源4から動作時に供給されるバイアス電流が
、発振しきい値よりわずかに小さいことが半導体レーザ
素子と異なる。この素子に発振しきい値よりわずかに小
さい一部バイアス電流を供給すると、光双安定素子とし
て動作する。However, it differs from a semiconductor laser device in that the bias current supplied from the power supply 4 during operation is slightly smaller than the oscillation threshold. When this device is supplied with a partial bias current slightly smaller than the oscillation threshold, it operates as an optical bistable device.
半導体光増幅素子1′は、光に対して利得をもち、さら
にその利得に光強度依存性がある。このため、第一実施
例のファブリペロ−共振器とは人出力特性が少し異なる
。まず基礎となる光電場間の関係式は、
IEot = t−E”(L)
、(6)
となる。ここで、E i Th、EoutSE”(0)
、E”(L)、E−(0) 、E−(L) 、θ、r
、t、φおよびδの表記は、第一実施例の説明で用いた
ものと同一である。また、Gは光が共振器長しだけ進む
間に受ける利得、gは媒質の利得係数、αは媒質の損失
係数、goは未飽和利得係数、P□tは飽和光強度、b
は屈折率の実数部の増加率と虚数部の減少率との比であ
る。ここでも、第一実施例と同様に、平均場近似を用い
た。これらの式を連立させて解くことにより、〔1)式
に対応する半導体光増幅素子1′の人出力特性、
Xfσ・Etn・exp 〔i(2πf t−φ+θ)
〕−・(7)
が得られる。The semiconductor optical amplifying element 1' has a gain with respect to light, and furthermore, the gain has a dependence on light intensity. Therefore, the output characteristics are slightly different from those of the Fabry-Perot resonator of the first embodiment. First, the fundamental relational expression between the optical electric fields is IEot = t-E"(L), (6). Here, E i Th, EoutSE"(0)
, E"(L), E-(0), E-(L), θ, r
, t, φ and δ are the same as those used in the explanation of the first embodiment. In addition, G is the gain received while the light travels the length of the resonator, g is the gain coefficient of the medium, α is the loss coefficient of the medium, go is the unsaturated gain coefficient, P□t is the saturated light intensity, b
is the ratio between the rate of increase in the real part and the rate of decrease in the imaginary part of the refractive index. Here, as in the first embodiment, mean field approximation was used. By solving these equations simultaneously, the human output characteristic of the semiconductor optical amplifier 1' corresponding to equation [1], Xfσ・Etn・exp [i(2πf t−φ+θ)
]−・(7) is obtained.
半導体光増幅素子1′は、その材質そのものが光強度に
より屈折率の変化する非線形媒質であり、第一実施例と
同様の位相変化φが得られる。したがって第一実施例と
同様に、定常的に入力されている光と位相および周波数
が等しい光パルスを入力することにより、半導体光増幅
素子1′をオフ状態からオン状態に遷移させることがで
きる。The material of the semiconductor optical amplifying element 1' is itself a nonlinear medium whose refractive index changes depending on the light intensity, and the same phase change φ as in the first embodiment can be obtained. Therefore, similarly to the first embodiment, by inputting an optical pulse having the same phase and frequency as the regularly inputted light, the semiconductor optical amplifying element 1' can be brought into the on state from the off state.
次に、周波数の異なる光を入力する場合について説明す
る。その場合には、周波数差が十分に小さく、その周波
数差に対して半導体光増幅素子1′の非線形屈折率が十
分に応答できる場合の入出力関係が、
+2 。ut*l・ 。ut+2
x cos (2π・Δf−t+θ12)・・ −(8
)
となる。G、g、φの表記は(6)式と同じである。Next, a case will be described in which light having different frequencies is input. In that case, the input-output relationship when the frequency difference is sufficiently small and the nonlinear refractive index of the semiconductor optical amplification element 1' can sufficiently respond to the frequency difference is +2. ut*l・. ut+2 x cos (2π・Δf−t+θ12)・・−(8
) becomes. The notations of G, g, and φ are the same as in equation (6).
また、P iR+ l s P Guts l は周波
数f、の入力光に対する入力光強度と出力光強度、P
ih+ I、POuL+1は周波数f2の入力光に対す
る入力光強度と出力光強度、Δf=j、−f2、θ12
は二つの入力光の入力時の位相差である。ここでは、第
一実施例の場合と同様の理由により、各周波数の光に対
する位相変化は同一であるとしている。Moreover, P iR+ l s P Guts l is the input light intensity and output light intensity for the input light of frequency f, P
ih+ I, POuL+1 are the input light intensity and output light intensity for the input light of frequency f2, Δf=j, -f2, θ12
is the phase difference between the two input lights at the time of input. Here, for the same reason as in the first embodiment, it is assumed that the phase change for each frequency of light is the same.
(7)式および(8)式を参照すると、(7)式の位相
変化φおよび利得係数gが、(8)式の三番目の式で表
される光強度Pに従って振動することがわかる。この振
動に伴って、(8)式の最初と二番目の式で表される入
出力関係も振動する。この入出力関係の計算例を第5図
に示す。Referring to equations (7) and (8), it can be seen that the phase change φ and gain coefficient g in equation (7) oscillate in accordance with the light intensity P expressed by the third equation in equation (8). Along with this oscillation, the input/output relationship expressed by the first and second equations (8) also oscillates. An example of calculation of this input/output relationship is shown in FIG.
第5図では、縦軸をP Out+ I / P sut
s横軸をP 1h+ l / P sutとして入出
力関係を示す。この図において、
cos (2π・Δf−t+θ12)=±1のときの値
を実線で示している。任意の時刻における入出力関係は
、これらの二つの実線の間に分布する。In Figure 5, the vertical axis is P Out + I / P sut
The input/output relationship is shown with the horizontal axis as P 1h+l/Psut. In this figure, the solid line indicates the value when cos (2π·Δf−t+θ12)=±1. The input/output relationship at any given time is distributed between these two solid lines.
この計算では、
L=500jIJB
R=0.35
δ=2.5
b= 5
α= 10 cm″″′
go = 29.5 cm″″I
P*−、z/P□、 = 0.0005とした。また
、第5図には、周波数f2の入力光がないとき、すなわ
ちP 1h、t a =00ときの入出力関係を破線に
より併記した。In this calculation, L=500jIJB R=0.35 δ=2.5 b=5 α=10 cm''''' go = 29.5 cm''''I P*-,z/P□, = 0.0005 did. Further, in FIG. 5, the input/output relationship when there is no input light of frequency f2, that is, when P 1h, t a =00, is also shown by a broken line.
第5図に示した入出力関係は、第3図に示した入出力関
係と同様の形態を示す。したがって、周波数fls光強
度Paの入力光を定常的に半導体光増幅素子1′に入力
してふき、この入力光と周波数および位相が等しい光強
度Psの光パルスをセット用に使用し、これらの光と周
波数の異なる光パルスをリセット用に使用して、第一実
施例と同様にフリップフロップ動作を得ることができる
。The input/output relationship shown in FIG. 5 is similar to the input/output relationship shown in FIG. 3. Therefore, an input light having a frequency fls and an optical intensity Pa is constantly input to the semiconductor optical amplifying element 1', and an optical pulse having an optical intensity Ps having the same frequency and phase as this input light is used for setting. A flip-flop operation can be obtained in the same manner as in the first embodiment by using a light pulse having a different frequency from that of light for resetting.
以上の実施例では、第一ないし第三の光注入手段として
、空間伝搬光を想定し、ハーフミラ−を利用して光路を
合致させる例を示したが、光の伝搬経路に光ファイバま
たは先導波路を用い、方向性結合器または波長多重伝送
に用いられる光合波器を用いても本発明を同様に実施で
きる。In the above embodiments, spatially propagating light is assumed as the first to third light injection means, and an example is shown in which the optical paths are matched using a half mirror. The present invention can be similarly implemented using a directional coupler or an optical multiplexer used for wavelength multiplexing transmission.
また、定常的に注入される入力光とセット用の光パルス
とが別の光路を通過する例を示したが、出力強度が可変
の光源を用い、同一の光源から同一の光路で入力させて
も本発明を同様に実施できる。さらに、同一の光源から
の光をふたつに分岐し、その一方の光路を切り替えてセ
ット用の光パルスのオンオフを行っても本発明を同様に
実施できる。In addition, although we have shown an example in which the input light that is steadily injected and the set light pulse pass through different optical paths, it is also possible to use a light source with variable output intensity and have them input from the same light source through the same optical path. The present invention can also be carried out in the same manner. Furthermore, the present invention can be similarly implemented by branching light from the same light source into two and switching one of the optical paths to turn on and off the set light pulse.
以上説明したように、本発明の光フリップフロップは、
電気信号を介することなく、光パルスでオン状態とオフ
状態との切り替えを行うことができる。したがって、応
答時間がきわめて高速な全光論理回路を得られる効果が
ある。As explained above, the optical flip-flop of the present invention is
Switching between the on state and the off state can be performed using a light pulse without using an electrical signal. Therefore, it is possible to obtain an all-optical logic circuit with extremely high response time.
第1図は本発明第一実施例光フリツプフロツプの構成図
。
第2図はファブリペロ−共振器の入力光強度と出力光強
度との関係を示す図。
第3図は三波長入力時の入力光強度と出力光強度との関
係を示す図。
第4図は本発明第二実施例光フリップフロップの構成図
。
第5図は半導体光増幅素子の入力光強度と出力光強度と
の関係を示す図。
第6図は第一の従来例光フリップフロップの構造図。
第7図は特性を示す図。
第3図は第二の従来例光フリップフロップの回路図。
第9図は偏波双安定半導体レーザの注入電流に対する光
出力の特性を示す図。
1・・・ファブリペロ−共振器、1′・・・半導体光増
幅素子、2.3.11.12・・・ハーフミラ−113
・・・非線形素子、4・・・電源。
Is IR
蔦 1 会
島2図
Pin、2
策3 口
Is IR
Pant/Ps
し−
薫 6 図
注入電見
墓 7 図
M 8 図FIG. 1 is a configuration diagram of an optical flip-flop according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the input light intensity and the output light intensity of a Fabry-Perot resonator. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between input light intensity and output light intensity when three wavelengths are input. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical flip-flop according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between input light intensity and output light intensity of a semiconductor optical amplification element. FIG. 6 is a structural diagram of a first conventional optical flip-flop. FIG. 7 is a diagram showing characteristics. FIG. 3 is a circuit diagram of a second conventional optical flip-flop. FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of optical output with respect to injection current of a polarized bistable semiconductor laser. 1... Fabry-Perot resonator, 1'... semiconductor optical amplification element, 2.3.11.12... half mirror 113
...Nonlinear element, 4...Power supply. Is IR Tsuta 1 Kaijima 2 Diagram Pin, 2 Plan 3 Mouth Is IR Pant/Ps Shi- Kaoru 6 Diagram Injection Electric Grave 7 Diagram M 8 Diagram
Claims (2)
屈折率が変化する非線形媒質が挿入された構造のファブ
リペロー共振器と、 このファブリペロー共振器に、このファブリペロー共振
器の入力光強度と出力光強度との間でヒステリシス関係
を生じさせる第一の周波数(f_1)の光を定常的に注
入する第一の光注入手段と、上記第一の周波数の光と位
相および周波数が等しい光パルスを上記ファブリペロー
共振器の出力光強度が高レベルとなる入力レベルで上記
ファブリペロー共振器に注入する第二の光注入手段と、
上記第一の周波数と異なる第二の周波数(f_2)の光
パルスを上記ファブリペロー共振器の出力光強度が低レ
ベルとなる入力レベルで上記ファブリペロー共振器に注
入する第三の光注入手段とを備えた光フリップフロップ
。(1) A Fabry-Perot resonator with a structure in which a nonlinear medium whose refractive index changes depending on the light intensity is inserted between two opposing half mirrors, and the input light of this Fabry-Perot resonator is a first light injection means that steadily injects light of a first frequency (f_1) that causes a hysteresis relationship between the intensity and the output light intensity, and a first light injection means that has the same phase and frequency as the light of the first frequency; a second light injection means for injecting a light pulse into the Fabry-Perot resonator at an input level such that the output light intensity of the Fabry-Perot resonator is at a high level;
third light injection means for injecting a light pulse having a second frequency (f_2) different from the first frequency into the Fabry-Perot resonator at an input level such that the output light intensity of the Fabry-Perot resonator is at a low level; Optical flip-flop with.
わずかに小さいバイアス電流が供給された半導体光増幅
素子を含む特許請求の範囲第(1)項に記載の光フリッ
プフロップ。(2) The optical flip-flop according to claim 1, wherein the Fabry-Perot resonator includes a semiconductor optical amplification element supplied with a bias current slightly smaller than its oscillation threshold.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15854987A JPS642027A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Optical flip-flop |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15854987A JPS642027A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Optical flip-flop |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH012027A true JPH012027A (en) | 1989-01-06 |
JPS642027A JPS642027A (en) | 1989-01-06 |
Family
ID=15674134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15854987A Pending JPS642027A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Optical flip-flop |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS642027A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4998974B2 (en) * | 2006-03-17 | 2012-08-15 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Optical bistable element |
-
1987
- 1987-06-24 JP JP15854987A patent/JPS642027A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5475704A (en) | Optical processor with booster output | |
US5999284A (en) | Optical detection and logic devices with latching function | |
US4689793A (en) | Optical logic and memory apparatus | |
US4904858A (en) | Programmable optical logic devices operable by measuring the ratio of optical data signal power to optical reference threshold power | |
JPH012027A (en) | light flip flop | |
US5117471A (en) | Bistable optical switching arrangement | |
US4977561A (en) | Oscillation mode switching laser devices | |
JPH06504407A (en) | interferometer | |
Sharaiha et al. | Comprehensive analysis of two cascaded semiconductor optical amplifiers for all-optical switching operation | |
Kuznetsov et al. | Tunable two-segment distributed feedback lasers | |
Garmire et al. | Bistable optical devices for integrated optics and fiber optics applications | |
JPH0797194B2 (en) | Optical signal shift circuit | |
US3519953A (en) | High speed scanlaser | |
JP3139009B2 (en) | Light switch | |
JPH08111561A (en) | Semiconductor wavelength conversion element | |
JPS63184387A (en) | Optical flip-flop | |
JPS5831590A (en) | Photo functional element | |
Nielsen et al. | Investigation of unidirectionality in an asymmetric ring mode locked laser with two saturable absorbers | |
Davoudzadeh et al. | All-optical square-wave clock generation | |
Takenaka et al. | Realization of all-optical flip-flop based on bistable laser diode with active multimode interference cavity | |
Aoki et al. | Demonstration of switchable all-optical flip-flop and inverter operations in semiconductor microring laser | |
JPH0277030A (en) | Optical logic circuit | |
JPS6165224A (en) | Optical inverter | |
JPH0534737A (en) | Light wavelength converting method | |
JPS60229387A (en) | Optical information memory circuit |