JPH02193128A - 全光学型光制御素子 - Google Patents
全光学型光制御素子Info
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- JPH02193128A JPH02193128A JP1014339A JP1433989A JPH02193128A JP H02193128 A JPH02193128 A JP H02193128A JP 1014339 A JP1014339 A JP 1014339A JP 1433989 A JP1433989 A JP 1433989A JP H02193128 A JPH02193128 A JP H02193128A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
- G02F1/3517—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/212—Mach-Zehnder type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光情報処理や光通信に用いられる全光学型光
制御素子に関する。
制御素子に関する。
（従来の技術）
光情報処理や光通信では、光に信号を乗せるために光変
調、光演算などの光制御を行なう必要がある。現在実用
に供されているこれらのシステムにおいては、電気信号
によって光制御を行なう素子が用いられている。すなわ
ち、半導体材料や誘電体材料に電気信号を印加し、その
屈折率変化あるいは吸収変化を利用して光制御を行なう
素子が汎用されている。このような光制御素子に関する
詳細は、例えば、光通信ハンドブック（朝食書店、柳井
大義編集、１９８２年）の２７３−３０４ページに記載
されている。
調、光演算などの光制御を行なう必要がある。現在実用
に供されているこれらのシステムにおいては、電気信号
によって光制御を行なう素子が用いられている。すなわ
ち、半導体材料や誘電体材料に電気信号を印加し、その
屈折率変化あるいは吸収変化を利用して光制御を行なう
素子が汎用されている。このような光制御素子に関する
詳細は、例えば、光通信ハンドブック（朝食書店、柳井
大義編集、１９８２年）の２７３−３０４ページに記載
されている。
上記の電気信号による光制御素子では、素子自体のＣＲ
時定数や、電気信号と被制御光間の速度不整合等によっ
て応答速度が制限されるので、サブナノ秒以上の応答速
度を得ることは一般に困難である。最近、このような応
答速度の限界を打破するだめに、光信号によって光変調
や光演算を行なう、いわゆる全光学型光制御素子の検討
が活発に進められている（例えば、アイ・イー・イー・
イー、ジャーナル・オブ・ライトウニイブ・テクノロジ
ー誌（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗ
ａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第ＬＴ−６巻（１９
８８年）、９５３−９７０ページ）。この全光学型光制
御素子では、上記の様な制限がないので超高速化が計れ
る可能性がある。
時定数や、電気信号と被制御光間の速度不整合等によっ
て応答速度が制限されるので、サブナノ秒以上の応答速
度を得ることは一般に困難である。最近、このような応
答速度の限界を打破するだめに、光信号によって光変調
や光演算を行なう、いわゆる全光学型光制御素子の検討
が活発に進められている（例えば、アイ・イー・イー・
イー、ジャーナル・オブ・ライトウニイブ・テクノロジ
ー誌（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗ
ａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第ＬＴ−６巻（１９
８８年）、９５３−９７０ページ）。この全光学型光制
御素子では、上記の様な制限がないので超高速化が計れ
る可能性がある。
（発明が解決しようとする課題）
全光学型光制御素子としては、従来、ガラス、誘電体材
料の自己位相変調を用いる非線形カップラ素子（アプラ
イド・フィシツクスルター誌（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ）、第５１巻（１９８７年）、１
１３５−１１３７ページ）、非線形マツハツエンダ干渉
型素子（アイ・イー・イー・イー、ジャーナル・オブ・
クラオンタム・エレクトロニクス誌（ＩＥＥＥ Ｊ、
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、第１９巻
（１９８３年）、１７１８−１７２３ページ）が提案さ
れ、ピコ秒以上の超高速な光スイッチングを実現できる
ことが基礎実験によって確認されている。しかしながら
、これらの従来の素子では、超高速応答を実現できるも
のの自己位相変調効果を誘起する３次の非線形感受率が
小さいために、通常ＩＷ程度以上の大きな制御光パワー
を必要とするという欠点があった。
料の自己位相変調を用いる非線形カップラ素子（アプラ
イド・フィシツクスルター誌（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ）、第５１巻（１９８７年）、１
１３５−１１３７ページ）、非線形マツハツエンダ干渉
型素子（アイ・イー・イー・イー、ジャーナル・オブ・
クラオンタム・エレクトロニクス誌（ＩＥＥＥ Ｊ、
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、第１９巻
（１９８３年）、１７１８−１７２３ページ）が提案さ
れ、ピコ秒以上の超高速な光スイッチングを実現できる
ことが基礎実験によって確認されている。しかしながら
、これらの従来の素子では、超高速応答を実現できるも
のの自己位相変調効果を誘起する３次の非線形感受率が
小さいために、通常ＩＷ程度以上の大きな制御光パワー
を必要とするという欠点があった。
本発明の目的は、上述のような欠点を除去し、超高速応
答が可能で、かつ、所要制御光パワーを従来に比べて大
幅に低減した全光学型光制御素子を提供することにある
。
答が可能で、かつ、所要制御光パワーを従来に比べて大
幅に低減した全光学型光制御素子を提供することにある
。
（課題を解決するための手段）
本発明の全光学型光制御素子は、被制御光を２分岐する
光分岐部と、分岐された被制御光の片方の光路上に配置
された半導体レーザ媒質と、この半導体レーザ媒質に制
御光を入射させる手段と、前記分岐後の被制御光を合波
するための光合波部とを備えていることを構成上の特徴
とする。
光分岐部と、分岐された被制御光の片方の光路上に配置
された半導体レーザ媒質と、この半導体レーザ媒質に制
御光を入射させる手段と、前記分岐後の被制御光を合波
するための光合波部とを備えていることを構成上の特徴
とする。
本発明の他の全光学型光制御素子は、被制御光を２分岐
する光分岐部と、分岐された被制御光の片方の光路上に
配置された半導体レーザ媒質と、この半導体レーザ媒質
に制御光を入射させる手段と、前記分岐後の被制御光を
合波するための光合波部と、この光合波部に到達する前
記分岐された被制御光の各々の光パワーがほぼ等しくな
るように調整する光パワー制御手段とを備えていること
を構成上の特徴とする。
する光分岐部と、分岐された被制御光の片方の光路上に
配置された半導体レーザ媒質と、この半導体レーザ媒質
に制御光を入射させる手段と、前記分岐後の被制御光を
合波するための光合波部と、この光合波部に到達する前
記分岐された被制御光の各々の光パワーがほぼ等しくな
るように調整する光パワー制御手段とを備えていること
を構成上の特徴とする。
（作用）
本発明では、非線形マツハツエンダ干渉型素子において
、光制御に必要な２分岐された被制御光間の位相変化を
、制御光によって誘起される半導体レーザ媒質のキャリ
ア密度変化を利用して生じさせており、従来の素子とは
動作原理が異なる。したがって、まず、位相変化の原理
について説明する。
、光制御に必要な２分岐された被制御光間の位相変化を
、制御光によって誘起される半導体レーザ媒質のキャリ
ア密度変化を利用して生じさせており、従来の素子とは
動作原理が異なる。したがって、まず、位相変化の原理
について説明する。
一般に、半導体レーザ媒質に、その利得帯域内に波長を
有する光を入射させると、入射光は光増幅されるととも
に位相変化を受ける。これは、入射光の光増幅によって
キャリア密度が変化して、半導体レーザ媒質の屈折率が
変化するためである。
有する光を入射させると、入射光は光増幅されるととも
に位相変化を受ける。これは、入射光の光増幅によって
キャリア密度が変化して、半導体レーザ媒質の屈折率が
変化するためである。
いま、半導体レーザ媒質への全入射光強度をＩｉｎとす
ると、この入射光に対する増幅利得Ｇおよび位相変化Δ
Φはそれぞれ次式で与えられる（例えば、ＩＥＥＥ、
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ誌、第ＱＥ−２１巻（１９８５年）、１４９
８〜１５０４ページ）。
ると、この入射光に対する増幅利得Ｇおよび位相変化Δ
Φはそれぞれ次式で与えられる（例えば、ＩＥＥＥ、
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ誌、第ＱＥ−２１巻（１９８５年）、１４９
８〜１５０４ページ）。
ただし、ｒは半導体レーザ活性層の光閉じ込め係数、ｇ
ｏは入射光重ｉｎに対する単位長あたりの利得係数、ｐ
は半導体レーザ光導波路の伝送損失、Ｌは半導体レーザ
活性層の長さ、αは線幅増大係数、■ｏｕｔは全光出力
強度（” Ｇ ｌ１ｎ）、Ｉｓは飽和光強度であり、）
ＩＶ と表される。ここで、ｈはブランク定数、■は入射光の
周波数、Ｉはキャリア寿命、ａはキャリア密度と単位長
あたりの利得係数間の比例定数であり、通常の場合４
Ｘ １０−１６ｃｍ２程度である。
ｏは入射光重ｉｎに対する単位長あたりの利得係数、ｐ
は半導体レーザ光導波路の伝送損失、Ｌは半導体レーザ
活性層の長さ、αは線幅増大係数、■ｏｕｔは全光出力
強度（” Ｇ ｌ１ｎ）、Ｉｓは飽和光強度であり、）
ＩＶ と表される。ここで、ｈはブランク定数、■は入射光の
周波数、Ｉはキャリア寿命、ａはキャリア密度と単位長
あたりの利得係数間の比例定数であり、通常の場合４
Ｘ １０−１６ｃｍ２程度である。
非線形マツハツエンダ干渉型素子を動作させるには、２
分岐された被制御光間に、制御光強度に応じた位相変化
を生ぜしめる必要がある。本発明では、被制御光ととも
に制御光を半導体レーザ媒質に同時に入射させることに
よってこの位相変化を生じさせている。すなわち、まず
、被制御光のみ半導体レーザ媒質に入射させた場合、０
式より、被制御光自身に次の様な位相変化△Φ０が生ず
る。
分岐された被制御光間に、制御光強度に応じた位相変化
を生ぜしめる必要がある。本発明では、被制御光ととも
に制御光を半導体レーザ媒質に同時に入射させることに
よってこの位相変化を生じさせている。すなわち、まず
、被制御光のみ半導体レーザ媒質に入射させた場合、０
式より、被制御光自身に次の様な位相変化△Φ０が生ず
る。
ΔΦ、＝ΔΦ□−Δφ０
となる。
また、この０式より、ΔΦ、の位相変化を生せしめるの
に必要な制御光強度■。ｏｕｔは、一方、制御光を被制
御光とともに入射させた場合の位相変化Δφ１は、 となる。ここで、１ｓｏｕｔｓ Ｉｃｏｕｔは、それぞ
れ半導体レーザ媒質からの被制御光および制御光の出力
光強度である。ただし、被制御光と制御光に対するｇ。
に必要な制御光強度■。ｏｕｔは、一方、制御光を被制
御光とともに入射させた場合の位相変化Δφ１は、 となる。ここで、１ｓｏｕｔｓ Ｉｃｏｕｔは、それぞ
れ半導体レーザ媒質からの被制御光および制御光の出力
光強度である。ただし、被制御光と制御光に対するｇ。
の値は同じであるとした。
この００式より、制御光によって生ずる位相変化Δφ、
は、 で与えられる。ただし、 である。この０式は、光パワーで表示すると、となる。
は、 で与えられる。ただし、 である。この０式は、光パワーで表示すると、となる。
本発明の非線形マツハツエンダ干渉型素子で光スイッチ
ングを実現するには、ΔΦｐ ” ＩＩの位相差を生じ
させれば十分である。−例として、この場合に必要な制
御光パワーを以下に求める。
ングを実現するには、ΔΦｐ ” ＩＩの位相差を生じ
させれば十分である。−例として、この場合に必要な制
御光パワーを以下に求める。
′初
半導体レーザ媒質として、通常のＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐダブルへテロ接合半導体レーザの両端面に低反射コー
ティングを施したものを用いた場合、Ｐ８＝５ｍＷ 、
ｇｏ＝８００ｃｍ 、 Ｌ＝３００１１ｍ 、 ａ
＝５、ｐ＝１０ｃｍ ５ｒ＝０．２５程度である。し
たがって、”５ｏｕｔ ＝ ５ｍＷに設定すると、■式
より、ΔΦｐ ＝ＩＴとなるＰｃｏｕｔは、 （Ｐｃｏｕｔ）Δφ、＝Ｈ＝１．１ｍＷと見積もられる
。
Ｐダブルへテロ接合半導体レーザの両端面に低反射コー
ティングを施したものを用いた場合、Ｐ８＝５ｍＷ 、
ｇｏ＝８００ｃｍ 、 Ｌ＝３００１１ｍ 、 ａ
＝５、ｐ＝１０ｃｍ ５ｒ＝０．２５程度である。し
たがって、”５ｏｕｔ ＝ ５ｍＷに設定すると、■式
より、ΔΦｐ ＝ＩＴとなるＰｃｏｕｔは、 （Ｐｃｏｕｔ）Δφ、＝Ｈ＝１．１ｍＷと見積もられる
。
一方、この半導体レーザ媒質中での増幅利得Ｇは、■式
より、 Ｇ＝１０ である。したがって、この例では、わずかに約１１０１
１Ｗの制御光を半導体レーザに入射させることによって
、光スイッチングを実現できることが予測される。すな
わち、本発明の全光学型光制御素子は、１ｍＷ以下の制
御光パワーで動作させることができる。
より、 Ｇ＝１０ である。したがって、この例では、わずかに約１１０１
１Ｗの制御光を半導体レーザに入射させることによって
、光スイッチングを実現できることが予測される。すな
わち、本発明の全光学型光制御素子は、１ｍＷ以下の制
御光パワーで動作させることができる。
ここで、上記のキャリア密度変化の応答速度は、半導体
レーザ媒質のバンド内緩和時間によって制限されるが、
その緩和時間はピコ秒以下であると考えられる。したが
って、本発明の全光学型光制御素子は、ピコ秒以上の超
高速な動作が可能である。
レーザ媒質のバンド内緩和時間によって制限されるが、
その緩和時間はピコ秒以下であると考えられる。したが
って、本発明の全光学型光制御素子は、ピコ秒以上の超
高速な動作が可能である。
また、本発明の他の全光学型光制御素子では、光合波部
に到達する、分岐された被制御光の各々の光パワーがほ
ぼ等しくなるように調整する光パワー制御手段を備えて
いる。したがって、この発明では、消光比が大きな光ス
イッチングを実現できるという利点が生ずる。この理由
について、以下に述べる。
に到達する、分岐された被制御光の各々の光パワーがほ
ぼ等しくなるように調整する光パワー制御手段を備えて
いる。したがって、この発明では、消光比が大きな光ス
イッチングを実現できるという利点が生ずる。この理由
について、以下に述べる。
非線形マツハツエンダ干渉型素子において、光合波部に
到達する被制御光の各々の光パワーをそれぞれＰｌ、Ｐ
２とすると、光合波部からの２出力（Ｐ□のスルー出力
端（ｐ２のクロス出力端）をＡとし、Ｐ２のスルー出力
端（ＰＬのスルー出力端）をＢとしたとき）の光パワー
ＰＡおよびＰＢは、 と表される。ただし、消光比が最も良くなる様に、光合
波部のクロス比およびスルー比をそれぞれＰｉ／（ＰＩ
＋ Ｐ２）、Ｐ２／（ＰＩ ＋ Ｐ２）と仮定した。
到達する被制御光の各々の光パワーをそれぞれＰｌ、Ｐ
２とすると、光合波部からの２出力（Ｐ□のスルー出力
端（ｐ２のクロス出力端）をＡとし、Ｐ２のスルー出力
端（ＰＬのスルー出力端）をＢとしたとき）の光パワー
ＰＡおよびＰＢは、 と表される。ただし、消光比が最も良くなる様に、光合
波部のクロス比およびスルー比をそれぞれＰｉ／（ＰＩ
＋ Ｐ２）、Ｐ２／（ＰＩ ＋ Ｐ２）と仮定した。
また、光合波部での被制御光間の初期位相は、制御光を
入射させないときにＰＡが最小、かつ、ｐＢが最大にな
るように設定すると仮定した。
入射させないときにＰＡが最小、かつ、ｐＢが最大にな
るように設定すると仮定した。
第３図は、Ｐ１≠Ｐ２の場合とＰ１＝Ｐ２の場合につい
て、２出力間の光スイツチング特性を比較して示した図
である。この図より、Ｐ１＝Ｐ２とすることにより、出
力Ｂの消光比を大きくできることがわかる。
て、２出力間の光スイツチング特性を比較して示した図
である。この図より、Ｐ１＝Ｐ２とすることにより、出
力Ｂの消光比を大きくできることがわかる。
ここで、出力Ｂの消光比ＥＲは、
で与えられる。したがって、この式より、例えば、Ｐｌ
とＰ２の光パワー比を０．４＜Ｐ１／Ｐ２＜０．６にす
れば、消光比を１０ｄＢ以上にできることがわかる。
とＰ２の光パワー比を０．４＜Ｐ１／Ｐ２＜０．６にす
れば、消光比を１０ｄＢ以上にできることがわかる。
（実施例）
次に、図面を参照して、本発明の全光学型光制御素子に
ついて詳細に説明する。
ついて詳細に説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例の構成図である。この
図において、半導体レーザ媒質１１は、通常のＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ埋め込み構造半導体レーザ素子の端面に
反射率０．１％以下の低反射コーティングを施したもの
である。この素子の活性層の厚さは０．２ｐｍ、幅はｌ
ｐｍ、長さは約４００ｐｍである。そして、その諸パラ
メータは、光閉じ込め係数ｒ：０．２５、伝送損失１３
＝２０ｃｍ ’、線幅増大係数ａ＝６、キャリア寿命ｔ
＝２ｎｓ、キャリア密度と利得係数間の比例定数ａ＝４
．６Ｘ１０−１６ｃｍ２、飽和出力光パワーＰ３＝２ｍ
Ｗである。また、単位長あたりの利得係数ｇ。は、例え
ば注入電流が１２０ｍＡの時ｇｏ ＝７６０ｃｍ−”
（波長１．５２１１ｍでＴＥ波の場合）である。
図において、半導体レーザ媒質１１は、通常のＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ埋め込み構造半導体レーザ素子の端面に
反射率０．１％以下の低反射コーティングを施したもの
である。この素子の活性層の厚さは０．２ｐｍ、幅はｌ
ｐｍ、長さは約４００ｐｍである。そして、その諸パラ
メータは、光閉じ込め係数ｒ：０．２５、伝送損失１３
＝２０ｃｍ ’、線幅増大係数ａ＝６、キャリア寿命ｔ
＝２ｎｓ、キャリア密度と利得係数間の比例定数ａ＝４
．６Ｘ１０−１６ｃｍ２、飽和出力光パワーＰ３＝２ｍ
Ｗである。また、単位長あたりの利得係数ｇ。は、例え
ば注入電流が１２０ｍＡの時ｇｏ ＝７６０ｃｍ−”
（波長１．５２１１ｍでＴＥ波の場合）である。
さらに、被制御光源２および制御光源３は、発振波長が
それぞれ１．５２ｐｍ、１．５３ｐｍのＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ、反射鏡４１．４４は
、それぞれ反射率が７０％、５０％の誘電体多層膜ミラ
ー、反射鏡４２、４３は反射率９９％以上の金蒸着ミラ
ー、光バンドパスフィルタ５１．５２は、透過中心波長
１．５２１１ｍ、透過半値幅４ｎｍの干渉膜フィルター
レンズ６１．６２は、先球セルフォックレンズを用いて
いる。このレンズ６１による半導体レーザ媒質１１への
結合損失は、約４ｄＢである。
それぞれ１．５２ｐｍ、１．５３ｐｍのＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ、反射鏡４１．４４は
、それぞれ反射率が７０％、５０％の誘電体多層膜ミラ
ー、反射鏡４２、４３は反射率９９％以上の金蒸着ミラ
ー、光バンドパスフィルタ５１．５２は、透過中心波長
１．５２１１ｍ、透過半値幅４ｎｍの干渉膜フィルター
レンズ６１．６２は、先球セルフォックレンズを用いて
いる。このレンズ６１による半導体レーザ媒質１１への
結合損失は、約４ｄＢである。
さて、第１図において、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰
還型半導体レーザ２から出射された被制御光は、半透鏡
４１によって３対７（光路Ａ側に３、光路Ｂ側に７）に
分岐され、それぞれ光路Ａおよび光路Ｂ上を矢印の方向
に伝搬した後に、反射鏡４４によって合波される。
還型半導体レーザ２から出射された被制御光は、半透鏡
４１によって３対７（光路Ａ側に３、光路Ｂ側に７）に
分岐され、それぞれ光路Ａおよび光路Ｂ上を矢印の方向
に伝搬した後に、反射鏡４４によって合波される。
一方、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ
３より出射された制御光は、反射鏡４１によって７対３
（光路Ａ側に７、光路Ｂ側に３）に分岐されるが、光路
Ａ側の制御光は半導体レーザ媒質１１を通過後に干渉膜
フィルター５１によって取り除かれる。また、光路Ｂ側
の制御光も干渉膜フィルタ５２によって取り除かれる。
３より出射された制御光は、反射鏡４１によって７対３
（光路Ａ側に７、光路Ｂ側に３）に分岐されるが、光路
Ａ側の制御光は半導体レーザ媒質１１を通過後に干渉膜
フィルター５１によって取り除かれる。また、光路Ｂ側
の制御光も干渉膜フィルタ５２によって取り除かれる。
ここで、被制御光、制御光は、ＴＥ波として半導体レー
ザ媒質１１に入射させている。
ザ媒質１１に入射させている。
この実施例では、まず、光路Ａおよび光路Ｂから反射鏡
４４に到達する被制御光パワーがほぼ等しくなるように
、半導体レーザ媒質１１の増幅利得を約７．７ｄＢに設
定した。また、半導体レーザ媒質１１の注入電流を、こ
の増幅利得が得られる近傍で微少に変化させ、出力■の
被制御光出力が最大（出力■の被制御光出力が最小）に
なるように初期設定した。
４４に到達する被制御光パワーがほぼ等しくなるように
、半導体レーザ媒質１１の増幅利得を約７．７ｄＢに設
定した。また、半導体レーザ媒質１１の注入電流を、こ
の増幅利得が得られる近傍で微少に変化させ、出力■の
被制御光出力が最大（出力■の被制御光出力が最小）に
なるように初期設定した。
上記の状態で、制御光パワーを徐々に増加させ、出力■
の被制御光出力が最小になる制御光パワー（出力■の被
制御光出力が最大になる制御光パワー）を実験的に評価
した。この結果、例えば、被制御光パワーが”５ｏｕｔ
＝ ４ｍＷの場合、上記の光スイッチングに必要な制御
光パワーは Ｐｃｏｕｔ” １．４ｍＷ（半導体レーザ媒質への制御
入射光パワーは、約０．３ｍＷ）であった。この値は、
前述の０式より見積もった、ΔΦｐ ” ｎを得るため
に必要なＰｃｏｕｔの値１．２８ｍＷとほぼ一致する。
の被制御光出力が最小になる制御光パワー（出力■の被
制御光出力が最大になる制御光パワー）を実験的に評価
した。この結果、例えば、被制御光パワーが”５ｏｕｔ
＝ ４ｍＷの場合、上記の光スイッチングに必要な制御
光パワーは Ｐｃｏｕｔ” １．４ｍＷ（半導体レーザ媒質への制御
入射光パワーは、約０．３ｍＷ）であった。この値は、
前述の０式より見積もった、ΔΦｐ ” ｎを得るため
に必要なＰｃｏｕｔの値１．２８ｍＷとほぼ一致する。
次に、本発明の超高速応答特性を調べるために、制御光
源であるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レー
ザ３を短パルス電流（繰り返し周波数＋２ＧＨｚ、パル
ス幅：６０ｐｓ）で駆動し、パルス幅約１５ｐｓの短光
パルス列を発生させた。そして、これを制御光とじて光
変調の模擬実験を行なった。この結果、出力■からは制
御光とほぼ同じ波形の短光パルス列、方、出力■からは
その相反出力が得られ、この発明の超高速応答特性が確
認された。
源であるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レー
ザ３を短パルス電流（繰り返し周波数＋２ＧＨｚ、パル
ス幅：６０ｐｓ）で駆動し、パルス幅約１５ｐｓの短光
パルス列を発生させた。そして、これを制御光とじて光
変調の模擬実験を行なった。この結果、出力■からは制
御光とほぼ同じ波形の短光パルス列、方、出力■からは
その相反出力が得られ、この発明の超高速応答特性が確
認された。
第２図は、本発明による第２の実施例の構成図である。
第１の実施例と異なる点は、光パワー制御手段として光
路Ｂ側にもレンズ６３．６４を介して半導体レーザ媒質
１２を挿入したことである。ここで、半導体レーザ媒質
１２は、半導体レーザ媒質１１とほぼ同じパラメータの
素子を用いている。また、その他の構成は、第１図の場
合と同様であるので、同一の要素には同一の番号を付し
て示す。ただし、この実施例では、反射鏡４１は、反射
率が５０％の誘電体多層膜ミラーを用いている。
路Ｂ側にもレンズ６３．６４を介して半導体レーザ媒質
１２を挿入したことである。ここで、半導体レーザ媒質
１２は、半導体レーザ媒質１１とほぼ同じパラメータの
素子を用いている。また、その他の構成は、第１図の場
合と同様であるので、同一の要素には同一の番号を付し
て示す。ただし、この実施例では、反射鏡４１は、反射
率が５０％の誘電体多層膜ミラーを用いている。
この実施例では、被制御光に関しては、光路Ａと光路Ｂ
で対称になっている。したがって、この場合には、半導
体レーザ媒質１１と半導体レーザ媒質１２に同一の電流
を注入すれば、反射鏡４４に到達する被制御光パワーを
増幅利得にかかわらず常にほぼ等しくできるという特長
がある。また、半導体レーザ媒質１２への注入電流を調
整することにより、消光比が最も大きくなるように最適
に設定できる。
で対称になっている。したがって、この場合には、半導
体レーザ媒質１１と半導体レーザ媒質１２に同一の電流
を注入すれば、反射鏡４４に到達する被制御光パワーを
増幅利得にかかわらず常にほぼ等しくできるという特長
がある。また、半導体レーザ媒質１２への注入電流を調
整することにより、消光比が最も大きくなるように最適
に設定できる。
これに対して、第１の実施例では、消光比を大きく保つ
には、増幅利得の取り得る範囲が限定される。
には、増幅利得の取り得る範囲が限定される。
本実施例においても、制御入射光パワーが１ｍＷ以下で
光スイッチングを実現できた。そして、その制御光パワ
ーは、前述の０式より見積もられる値とほぼ一致した。
光スイッチングを実現できた。そして、その制御光パワ
ーは、前述の０式より見積もられる値とほぼ一致した。
上記においては、本発明による全光学型光制御素子につ
いて実施例を用いて説明したが、本発明はこの実施例に
限られることなくいくつかの変形が考えられる。
いて実施例を用いて説明したが、本発明はこの実施例に
限られることなくいくつかの変形が考えられる。
まず、本実施例では、半導体レーザ媒質として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いたがＧａＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ系などの他の材料でもよい。また、被制御光源、制
御光源は、他の構造、材料の半導体レーザ、あるいはカ
ラーセンターレーザ、固体レーザ等の他種レーザを用い
ても良いし、その波長は限定されない。さらに、光合波
および光分波の手段としては、例えば偏光ビームスプリ
ッタや光フアイバカップラなどを使用することもでき、
その所要性能を有する限りいかなる構造、種類であって
もよいことは言うまでもない。
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いたがＧａＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ系などの他の材料でもよい。また、被制御光源、制
御光源は、他の構造、材料の半導体レーザ、あるいはカ
ラーセンターレーザ、固体レーザ等の他種レーザを用い
ても良いし、その波長は限定されない。さらに、光合波
および光分波の手段としては、例えば偏光ビームスプリ
ッタや光フアイバカップラなどを使用することもでき、
その所要性能を有する限りいかなる構造、種類であって
もよいことは言うまでもない。
また、本実施例では、光パワー制御手段として、半導体
レーザ媒質を用いる例を示したが、光減衰器を用いても
この機能を実現できる。そして、その挿入位置も限定さ
れない。
レーザ媒質を用いる例を示したが、光減衰器を用いても
この機能を実現できる。そして、その挿入位置も限定さ
れない。
さらに、本発明は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板上
に光分岐部、光導波路、半導体レーザ媒質および光合波
部を集積化して実施することも可能である。
に光分岐部、光導波路、半導体レーザ媒質および光合波
部を集積化して実施することも可能である。
さらにまた、本発明は、実施例に示した光スイッチング
の他に、光ＡＮＤ素子等の光論理演算にも使うことがで
き、用途は限定されない。
の他に、光ＡＮＤ素子等の光論理演算にも使うことがで
き、用途は限定されない。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明の全光学型光制御素子では、
非線形マツハツエンダ干渉型素子の２分岐後の被制御光
間位相変化を、半導体レーザ媒質のキャリア密度変化を
利用して生じさせている。この結果、超高速応答が可能
で、かつ所要制御光パワーが従来に比べて大幅に低減さ
れた全光学型光制御素子が得られるという利点がある。
非線形マツハツエンダ干渉型素子の２分岐後の被制御光
間位相変化を、半導体レーザ媒質のキャリア密度変化を
利用して生じさせている。この結果、超高速応答が可能
で、かつ所要制御光パワーが従来に比べて大幅に低減さ
れた全光学型光制御素子が得られるという利点がある。
また、本発明の他の全光学型光制御素子は、光合波部に
到達する被制御光パワーを調整するだめの光パワー制御
手段を備えているので、消光比を大きくできるという利
点がある。
到達する被制御光パワーを調整するだめの光パワー制御
手段を備えているので、消光比を大きくできるという利
点がある。
第１図は、本発明による第１の実施例の構成図、第２図
は、本発明による第２の実施例の構成図、第３図は、マ
ツハツエンダ干渉型素子の光スイツチング特性を説明す
るための図である。 １１、１２ ：半導体レーザ媒質 ２：被制御光源 ３：制御光源 ４１、４２．４３．４４ ：反射鏡 ５１、５２ ：光バンドパスフィルタ ６１、６２．６３．６４ ：レンズ
は、本発明による第２の実施例の構成図、第３図は、マ
ツハツエンダ干渉型素子の光スイツチング特性を説明す
るための図である。 １１、１２ ：半導体レーザ媒質 ２：被制御光源 ３：制御光源 ４１、４２．４３．４４ ：反射鏡 ５１、５２ ：光バンドパスフィルタ ６１、６２．６３．６４ ：レンズ
Claims (2)
- （１）被制御光を２分岐する光分岐部と、分岐された被
制御光の片方の光路上に配置された半導体レーザ媒質と
、この半導体レーザ媒質に制御光を入射させる手段と、
前記分岐後の被制御光を合波するための光合波部とを備
えていることを特徴とする全光学型光制御素子。 - （２）被制御光を２分岐する光分岐部と、分岐された被
制御光の片方の光路上に配置された半導体レーザ媒質と
、この半導体レーザ媒質に制御光を入射させる手段と、
前記分岐後の被制御光を合波するための光合波部と、こ
の光合波部に到達する前記分岐された被制御光の各々の
光パワーがほぼ等しくなるように調整する光パワー制御
手段とを備えていることを特徴とする全光学型制御素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1014339A JP2978503B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | 全光学型光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1014339A JP2978503B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | 全光学型光制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02193128A true JPH02193128A (ja) | 1990-07-30 |
| JP2978503B2 JP2978503B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=11858309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1014339A Expired - Fee Related JP2978503B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | 全光学型光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978503B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0833188A3 (de) * | 1996-09-25 | 1998-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Optische Schwellwertschaltung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63500693A (ja) * | 1985-06-19 | 1988-03-10 | ブリティシュ・テレコミュニケ−ションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | 光送信装置 |
-
1989
- 1989-01-23 JP JP1014339A patent/JP2978503B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63500693A (ja) * | 1985-06-19 | 1988-03-10 | ブリティシュ・テレコミュニケ−ションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | 光送信装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0833188A3 (de) * | 1996-09-25 | 1998-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Optische Schwellwertschaltung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2978503B2 (ja) | 1999-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |