JPH02235033A - Optical logic circuit - Google Patents

Optical logic circuit

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JPH02235033A
JPH02235033A JP5693889A JP5693889A JPH02235033A JP H02235033 A JPH02235033 A JP H02235033A JP 5693889 A JP5693889 A JP 5693889A JP 5693889 A JP5693889 A JP 5693889A JP H02235033 A JPH02235033 A JP H02235033A
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JP
Japan
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light
optical
wavelength
semiconductor laser
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP5693889A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Nobuhara
裕之 延原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02235033A publication Critical patent/JPH02235033A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce wiring and the number of elements and to realize low power consumption and fast operation by adding an optical filter on the output side of a semiconductor laser and performing exclusive OR operation according to a relation between the light intensity values of respective input light beams and a threshold value. CONSTITUTION:The optical logic circuit (exclusive OR circuit 11) is constituted of a two-electrode type semiconductor laser 12 which has a saturable absorption area 13 and an optical filter 14. When the sum of the light intensity, for example, input light beams A and B which are inputted to the laser 12 does not reach the threshold value P1, the laser 12 does not oscillate, so no output is generated. When the sum exceeds the threshold value P1, the laser 12 begins to oscillate with wavelength lambda2 to output light (wavelength-converted light) with light intensity P0 (>P1). Further, when the sum exceeds a threshold value P2, the laser 12 begins to oscillate with wavelength lambda1 and light (amplified light) with light intensity P0' is outputted. The laser output light is therefore guided to a filter (which transmits the light with the wavelength lambda2 and interrupts the light with the wavelength lambda1) 14. Denoting the output light as F(lambda2), the F(lambda2) is an EXOR output for A(lambda1) and B(lambda1). At this time, the intensity values Pi of the input light beams are P1 and P2/2<=Pi<P2.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 従来の技術        (第6、7図)発明が解決
しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の原理説明    (第1〜3図)本発明の一実
施例    (第4、5図)発明の効果 〔概要〕 光論理回路に関し、 簡単な構成によってEXOR動作を得ることができ、光
配線および素子数を減らすことにより低消費電力、伝搬
時間の短縮、光入出力信号のレベル調整の向上および高
集積化を図ることのできる光論理回路を提供することを
目的とし、複数の入力光が入力され、可飽和吸収領域を
有する半導体レーザと、該半導体レーザの出力光が入力
され、所定の波長変換光のみを透過する光フィルタとを
具備し、該半導体レーザは低レベルの第1のしきい値以
上の強度と有する光入力に対して所定の波長変換光を出
力するとともに、高レベルの第2のしきい値以上の強度
を有する光入力に対して増幅光のみを出力して該波長変
換光を消衰させるものであって、該半導体レーザの出力
側に該光フィルタを付加し、かつ前記半導体レーザに入
力する複数の入力光の各々の光強度PiをP l+(1
/2) P ,≦p.<p.とすることにより該半導体
レーザに入力される光の排他的論理和をとるように構成
する. 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光コンピュータ等の光論理回路に係り、詳し
くは、低消費電力、高速動作に適した排他的光論理和回
路とその応用である光半加算回路に関する。
[Detailed description of the invention] Industrial field of application Prior art (Figs. 6 and 7) Problems to be solved by the invention Examples of means and actions for solving the problems Explanation of the principle of the present invention (Figs. 1 to 3) ) An embodiment of the present invention (Figures 4 and 5) Effects of the invention [Summary] Regarding optical logic circuits, EXOR operation can be obtained with a simple configuration, and low power consumption can be achieved by reducing the number of optical wiring and elements. The purpose is to provide an optical logic circuit that can shorten propagation time, improve level adjustment of optical input/output signals, and achieve high integration. A semiconductor laser that receives multiple input lights and has a saturable absorption region and an optical filter into which the output light of the semiconductor laser is input and which transmits only the predetermined wavelength-converted light, and the semiconductor laser has an optical filter that receives the output light of the semiconductor laser and transmits only the predetermined wavelength-converted light. outputs a predetermined wavelength-converted light, and outputs only amplified light for optical input having an intensity equal to or higher than a high-level second threshold value to attenuate the wavelength-converted light, The optical filter is added to the output side of the semiconductor laser, and the optical intensity Pi of each of the plurality of input lights input to the semiconductor laser is expressed as P l+(1
/2) P,≦p. <p. By doing so, it is configured to take the exclusive OR of the light input to the semiconductor laser. [Industrial Application Field] The present invention relates to optical logic circuits such as optical computers, and more particularly to an exclusive optical OR circuit suitable for low power consumption and high-speed operation, and an optical half-adder circuit that is an application thereof.

基本演算回路である半加算器の構成素子数を少なくし、
配線の輻奏度を下げることは、電子コンピュータと同様
、光コンピュータにとっても、低消費電力化、高速化を
実現する上で重要である。
Reduce the number of components of the half adder, which is the basic arithmetic circuit,
Reducing the noise level of wiring is important for optical computers as well as for electronic computers in order to achieve lower power consumption and higher speeds.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第6図に示すように、半加算器1は、加算ビットAと被
加算ビソトBの入力から和ビットFと桁上げビッ}Cを
出力する装置であり、その真理値表は表1のようになる
。桁上げビットCはAとBのAND出力に対応し、和ビ
ットFはAとBのEXOR (排他的論理和)出力に対
応する。
As shown in FIG. 6, half adder 1 is a device that outputs sum bit F and carry bit C from the input of addition bit A and augend bit B, and its truth table is as shown in Table 1. become. Carry bit C corresponds to the AND output of A and B, and sum bit F corresponds to the EXOR (exclusive OR) output of A and B.

(本頁、以下余白) 表1 半加算器の真理値表 AND   EXOR 第7図は従来の半導体レーザによる光半加算器の構成例
を示す図である。この図において、2は光半加算器であ
り、光半加算器2は分岐および空間交差を有する光導波
路3〜5と、半導体レーザのAND機能を用いたAND
型光論理素子6〜9と、により構成され、入力光信号A
,Bを光半加算器2に入力することによって和の出力光
信号Fと桁上げの出力光信号Cを得ることができる.〔
発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来の半導体レーザを用いた
光論理回路にあっては、バイアス電流の設定や信号レベ
ルの設定の選び方によって、AND,NAND,OR.
NOR,NOTの各動作を実現することは可能であるも
のの、EXOR (排他的論理和)動作は未だ得られて
いなかったため、このようなAND型光論理素子を使っ
て演算回路、例えば加算回路とか乗算回路を組み上げよ
うとすると非常に多くの素子が必要となってしまうとい
う問題点があった。
(This page, blank space below) Table 1 Truth table of half adder AND EXOR FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional optical half adder using a semiconductor laser. In this figure, 2 is an optical half adder, and the optical half adder 2 combines optical waveguides 3 to 5 having branches and spatial intersections, and an AND function using an AND function of a semiconductor laser.
type optical logic elements 6 to 9, and input optical signal A.
, B to the optical half adder 2, a sum output optical signal F and a carry output optical signal C can be obtained. [
[Problems to be Solved by the Invention] However, in optical logic circuits using such conventional semiconductor lasers, AND, NAND, OR, etc. can be generated depending on the bias current settings and signal level settings.
Although it is possible to realize NOR and NOT operations, EXOR (exclusive OR) operation has not yet been achieved, so such AND-type optical logic elements can be used to create arithmetic circuits, such as adder circuits. There was a problem in that when trying to assemble a multiplication circuit, a very large number of elements were required.

例えば、従来の半導体レーザで光による半加算器を実現
するためには、第7図に示すようにAND型動作をする
半導体レーザ(AND型光論理素子6〜9)4個と分岐
および空間交差のある光導波路3〜5とを結合させる必
要がある。このため、素子数の増加に伴う消費電力の増
大、光配線の輻奏化に伴う集積化の困難さ、光入出力信
号のレベル調整の煩雑さ、伝搬遅延時間の増大といった
問題点があった。
For example, in order to realize an optical half adder using a conventional semiconductor laser, as shown in FIG. It is necessary to couple the optical waveguides 3 to 5 with each other. This has led to problems such as an increase in power consumption due to an increase in the number of elements, difficulty in integration due to the convergence of optical wiring, complexity in adjusting the level of optical input/output signals, and an increase in propagation delay time. .

そこで本発明は、簡単な構成によってEXOR動作を得
ることができ、光配線および素子数を減らすことにより
低消費電力、伝搬時間の短縮、光入出力信号のレベル調
整の向上および高集積化を図ることのできる光論理回路
を提供することを目的としている. 〔課題を解決するための手段] 本発明による光論理回路は上記目的達成のため、複数の
入力光が入力され、可飽和吸収領域を有する半導体レー
ザと、該半導体レーザの出力光が入力され、所定の波長
変換光のみを透過する光フィルタとを具備し、該半導体
レーザは低レベルの第1のしきい値以上の強度を有する
光入力に対して所定の波長変換光を出力するとともに、
高レベルの第2のしきい値以上の強度を有する光入力に
対して増幅光のみを出力して該波長変換光を消衰させる
ものであって、該半導体レーザの出力側に該光フィルタ
を付加し、かつ前記半導体レーザに入力する複数の入力
光の各々の光強度P4をP . , (1/2)P!≦
pt<pgとすることにより該半導体レーザに入力され
る光の排他的論理和をとるようにしている. 〔作用〕 本発明では、可飽和吸収領域を有する半導体レーザと波
長選択機能を有する光フィルタにより光論理回路が構成
される。
Therefore, the present invention can obtain EXOR operation with a simple configuration, and by reducing the number of optical wiring and elements, it achieves lower power consumption, shorter propagation time, improved level adjustment of optical input/output signals, and higher integration. The purpose is to provide an optical logic circuit that can perform [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an optical logic circuit according to the present invention receives a plurality of input lights, a semiconductor laser having a saturable absorption region, and an output light of the semiconductor laser, an optical filter that transmits only predetermined wavelength-converted light, and the semiconductor laser outputs predetermined wavelength-converted light in response to an optical input having an intensity equal to or higher than a low-level first threshold;
The device outputs only amplified light for optical input having an intensity equal to or higher than a high-level second threshold value and quenches the wavelength-converted light, and the optical filter is installed on the output side of the semiconductor laser. The light intensity P4 of each of the plurality of input lights added and input to the semiconductor laser is P. , (1/2)P! ≦
By setting pt<pg, the exclusive OR of the light input to the semiconductor laser is performed. [Function] In the present invention, an optical logic circuit is configured by a semiconductor laser having a saturable absorption region and an optical filter having a wavelength selection function.

したがって、例えば該半導体レーザに入力される入力A
およびBの光強度の和がしきい値P1に達しないときは
該半導体レーザは発振せず出力は全くされない.入力A
およびBの光強度の和がしきい値P,を越えると該半導
体レーザは波長λ8(≠λ1)で発振を開始し、その光
強度Pi(〉P,)の光を出力する.さらに、入力Aお
よびBの光強度の和がしきい値P2を越えると、該半導
体レーザは波長λ1で発振を開始し、その光強度P6′
 (  po)の光を出力する.したがって、該半導体
レーザの出力光を波長λオを透過し、波長λ1を透過し
ない該光フィルタへ導き、光フィルタからの光出力をF
(λ2)とすると、F(λハはA(A.)、B(λ.)
に対してEXOR出力になる. 〔実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
Therefore, for example, the input A input to the semiconductor laser
When the sum of the light intensities of and B does not reach the threshold value P1, the semiconductor laser does not oscillate and does not output any output. Input A
When the sum of the light intensities of and B exceeds a threshold value P, the semiconductor laser starts oscillating at a wavelength λ8 (≠λ1) and outputs light with an optical intensity Pi (>P,). Further, when the sum of the optical intensities of inputs A and B exceeds the threshold value P2, the semiconductor laser starts oscillating at the wavelength λ1, and the optical intensity P6'
Outputs (po) light. Therefore, the output light of the semiconductor laser is guided to the optical filter that transmits the wavelength λo and does not transmit the wavelength λ1, and the optical output from the optical filter is
(λ2), then F(λ is A(A.), B(λ.)
It becomes EXOR output for . [Example] The present invention will be described below based on the drawings.

廠理k皿 第1〜3図は本発明の原理を説明するための図であり、
第1図はその入出力特性図、第2図はその全体構成図、
第3図はその人出光強度と波長との関係を示す図である
Figures 1 to 3 are diagrams for explaining the principle of the present invention.
Figure 1 is its input/output characteristic diagram, Figure 2 is its overall configuration diagram,
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the light intensity and wavelength.

前述したように、排他的論理和(Exclusive 
OR:、EXOR)光回路を波長変換・波長選択特性を
利用して単一光素子で実現できれば光演算回路において
光配線の簡素化、伝搬遅延時間の短縮および低消費電力
化が期待できる。
As mentioned above, exclusive OR
If an optical circuit (OR:, EXOR) can be realized with a single optical element by utilizing wavelength conversion/wavelength selection characteristics, it can be expected to simplify optical wiring, shorten propagation delay time, and lower power consumption in optical arithmetic circuits.

本発明者は、発振しきい値が低レベルの光入力(波長λ
1)に対して波長変換光(波長λ2)を出力し、高レベ
ルの光出力(波長λ1)に対して増幅光(波長λ1)の
みを出力して波長変換光を消衰させることを見い出した
. 第1図は波長λ1 −1.5374 a mのDFB!
/−ザ光を可変光減衰器を介して波長変換レーザヘ注入
し、出力光の強度およびスペクトルを測定したものを示
している.実験に用いた波長変換レーザの発振波長λ2
は1.5351〜1.5391μmの範囲内で可変であ
り、第1図はλ2 =1.5391μmの場合の光入出
力特性を示す。同図に示すように光入力が全くない場合
は光出力もない。少し入力光強度Pinを入れると波長
変換レーザは発振を開始し、さらにPinを増加しても
ある値以下の範囲では出力光強度Poutはずっと一定
である,入力光強度Pinをより高くすると、図中破線
で示す増幅光が増加し続け、同図中実線で示す波長変換
光が利得を奪われて消衰する状態に到る。再びPinを
低くすると、増幅光は減少し波長変換光が発振する。図
中ハンチング領域は増幅光とのモード競合によって波長
変換光の強度が振動する領域である。
The inventor has developed an optical input with a low oscillation threshold (wavelength λ
For 1), we have discovered that wavelength-converted light (wavelength λ2) is output, and for high-level optical output (wavelength λ1), only amplified light (wavelength λ1) is output to attenuate the wavelength-converted light. .. Figure 1 shows a DFB with wavelength λ1 -1.5374 am!
/- laser light is injected into a wavelength conversion laser via a variable optical attenuator, and the intensity and spectrum of the output light are measured. The oscillation wavelength λ2 of the wavelength conversion laser used in the experiment
is variable within the range of 1.5351 to 1.5391 μm, and FIG. 1 shows the optical input/output characteristics when λ2 =1.5391 μm. As shown in the figure, when there is no optical input, there is no optical output. When the input light intensity Pin is slightly increased, the wavelength conversion laser starts oscillation, and even if Pin is further increased, the output light intensity Pout remains constant within the range below a certain value.If the input light intensity Pin is increased, the wavelength conversion laser starts oscillating. The amplified light indicated by the middle broken line continues to increase, and a state is reached where the wavelength-converted light indicated by the solid line in the figure loses its gain and disappears. When Pin is lowered again, the amplified light decreases and the wavelength-converted light oscillates. In the figure, the hunting region is a region where the intensity of the wavelength-converted light oscillates due to mode competition with the amplified light.

以上の結果から波長変換レーザの出力端に波長λ2の選
択透過フィルタを付加することによって波長変換光F(
λ2)のみを出力すれば、2人力光A(λ1)、B(λ
1)に対して光EXOR機能を実現することができる。
From the above results, by adding a selective transmission filter with wavelength λ2 to the output end of the wavelength conversion laser, the wavelength converted light F(
If only λ2) is output, two human power lights A(λ1) and B(λ
For 1), an optical EXOR function can be realized.

例えば、2人力の場合、一つの入力光の“l”レベルを
0.5 mW (実際には、Q,5 mW〜0.8mW
の範囲内にあればよい)とすると入力が一つのときには
出力はOとなり、二つの入力が両方とも入ってこないと
きおよび二つの入力が両方とも入ってきたときには出力
はlとなるEXOR動作をする。
For example, in the case of two people, the "l" level of one input light is 0.5 mW (actually, Q,5 mW ~ 0.8 mW
), when there is one input, the output is O, and when both inputs are not input, and when both inputs are input, the output is L. EXOR operation is performed. .

第2図は可飽和吸収領域を有する半導体レーザと波長選
択透過機能を有する光フィルタからなる排他的論理和回
路を示す図である。第2図において、11は排他的論理
和回路(光論理回路)であり、排他的論理和回路11は
波長λ1の光AおよびBが入力され、可飽和吸収領域1
3を有する2電極型半導体レーザ(半導体レーザ)12
と、2電極型半導体レーザ12の出力光が入力され所定
の波長の光のみを透過させる波長フィルタ14と、によ
り構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing an exclusive OR circuit consisting of a semiconductor laser having a saturable absorption region and an optical filter having a wavelength selective transmission function. In FIG. 2, 11 is an exclusive OR circuit (optical logic circuit), and the exclusive OR circuit 11 receives the lights A and B of wavelength λ1, and the saturable absorption region
A two-electrode semiconductor laser (semiconductor laser) 12 having 3
and a wavelength filter 14 that receives the output light of the two-electrode semiconductor laser 12 and transmits only light of a predetermined wavelength.

可飽和吸収領域l3を有する2電極型半導体レーザ12
に発振する直前のバイアス電流1bを流しておき、波長
λ1の光AおよびBを入力すると、第3図(a)〜(f
)に示すような入出力特性を示す。第3図(a)(b)
は入力AおよびBの光強度の和がしきい値P1より小さ
い( A + B < P + )の場合の入出力強度
特性を、同図(c)(d)はその光強度の和がしきい値
P1より大きくしきいイ直PZ  (イ旦し、P,<P
iかつPZ<2Pl)より小さい(P+ <A+B<P
2)場合の入出力強度特性を、同図(e)(f)はその
光強度の和がしきい値P2より大きい(A+B>Pz)
場合の入出力強度特性をそれぞれ示しており、λ1が入
力光の波長、λ2が波長変換レーザ(2電極型半導体レ
ーザ12)そのものの発振波長を表している。
Two-electrode semiconductor laser 12 having a saturable absorption region l3
When the bias current 1b just before oscillation is applied and the lights A and B with the wavelength λ1 are input, the results are shown in Fig. 3(a) to (f).
) shows the input/output characteristics as shown below. Figure 3(a)(b)
are the input and output intensity characteristics when the sum of the light intensities of inputs A and B is smaller than the threshold value P1 (A + B < P +), and (c) and (d) in the same figure are the input and output intensity characteristics when the sum of the light intensities is smaller than the threshold value P1 (A + B < P +). Threshold PZ is greater than threshold P1 (P, < P
i and PZ<2Pl) smaller than (P+ <A+B<P
2) The input and output intensity characteristics in the case (e) and (f) of the same figure show that the sum of the light intensities is greater than the threshold P2 (A+B>Pz)
Input and output intensity characteristics are shown for each case, where λ1 represents the wavelength of input light, and λ2 represents the oscillation wavelength of the wavelength conversion laser (two-electrode semiconductor laser 12) itself.

入力AおよびBの光強度の和がしきい値P1に達しない
ときは第3図(b)に示すように2電極型半導体レーザ
12は発振せず出力は全く出力されない。同図(c)(
d)に示すように、入力AおよびBの光強度の和がしき
い値P,を越えると2電極型半導体レーザ12は波長λ
2 (≠λ1)で発振を開始し、その光強度Po(>P
1)の光を出力する。さらに同図(e)’(f)に示す
ように入力AおよびBの光強度の和がしきい値P2を越
えると、2電極型半導体レーザ12は波長λ2の発振を
抑制して波長λ1の光を増幅することにより、光強度p
o  ’  (A/Pll )の光を出力する。したが
って、2電極型半導体レーザ12の出力光を波長λ2を
透過し、波長λ1を透過しない光フィルタ14へ導き、
光フィルタ14からの光出力をF(λ2)とすると、F
(λt)はA(λI)、B(λI)に対してEXOR出
力になる。一方、上記半導体レーザ12の出力光を波長
λ1を透過し、波長λ2を透過しない光フィルタ14へ
導き、光フィルタ14からの光出力をC(λl)とする
と、C(λ,)はA(λI)、B(λ,)に対してAN
D出力になる。
When the sum of the light intensities of inputs A and B does not reach the threshold value P1, the two-electrode semiconductor laser 12 does not oscillate and does not output any output, as shown in FIG. 3(b). Figure (c) (
As shown in d), when the sum of the optical intensities of inputs A and B exceeds the threshold value P, the two-electrode semiconductor laser 12 has a wavelength of λ.
2 (≠λ1), and its optical intensity Po (>P
1) Outputs the light. Furthermore, as shown in (e) and (f) of the same figure, when the sum of the optical intensities of inputs A and B exceeds a threshold value P2, the two-electrode semiconductor laser 12 suppresses the oscillation at wavelength λ2 and oscillates at wavelength λ1. By amplifying the light, the light intensity p
It outputs light of o' (A/Pll). Therefore, the output light of the two-electrode semiconductor laser 12 is guided to the optical filter 14 that transmits the wavelength λ2 and does not transmit the wavelength λ1,
If the optical output from the optical filter 14 is F (λ2), then F
(λt) becomes an EXOR output for A(λI) and B(λI). On the other hand, if the output light of the semiconductor laser 12 is guided to the optical filter 14 that transmits the wavelength λ1 and does not transmit the wavelength λ2, and the optical output from the optical filter 14 is C(λl), then C(λ,) is A( AN for λI), B(λ,)
It becomes D output.

したがって、本発明では、表2のように、光入力A(λ
l)、B(λl)に対してAND光出力C(λ1)、E
xOR先出力F(λ2)を得ルコとができ、半導体レー
ザ1個と光フィルタ1個によってEXOR回路あるいは
AND回路をつくることができる。
Therefore, in the present invention, as shown in Table 2, the optical input A(λ
AND optical output C(λ1), E for l), B(λl)
The xOR output F(λ2) can be obtained, and an EXOR circuit or an AND circuit can be created using one semiconductor laser and one optical filter.

表2 本発明の光論理動作 AND     EX(E)−R 二juF桝 以下、上記基本原理に基づいて実施例を説明する。第4
図は本発明に係る光論理回路の一実施例を示す図であり
、排他的光論理和回路の構造を示す断面図である。本実
施例はInGaAsP/InP系半導体レーザをInP
基板上に集積化した例である。
Table 2 Optical logic operation of the present invention AND EX(E)-R Two juF cells Hereinafter, embodiments will be described based on the above basic principle. Fourth
The figure is a diagram showing an embodiment of the optical logic circuit according to the present invention, and is a sectional view showing the structure of the exclusive optical OR circuit. In this example, an InGaAsP/InP semiconductor laser is
This is an example of integration on a substrate.

第4図において、21は排他的光論理和回路(光論理回
路)であり、排他的光論理相回路21は可飽和吸収領域
23を有する2電極型半導体レーザ(半導体レーザ)2
2と、波長フィルタ機能を有する分布帰還型半導体レー
ザ(光フィルタ)24とをInP基板上に一体的に形成
することにより構成される。以下、2電極型半導体レー
ザ22および分布帰還型半導体レーザ24の共通部分に
は同一符号を付して説明する。2電極型半導体レーザ2
2はAu−AuGeからなるn型電極25と、n型In
P基板26と、n型1nGaAsPからなる光導波層(
波長λ. =1.3μm)27と、n型1nPからなる
クラッド層28と、InGaAsPからなる活性層(波
長λ, =1.55μm)29と、P型InPからなる
クラッド層30と、電気的なコンタクトを向上させるた
めのP型1nGaAsPからなるコンタクト層31と、
Ti−Pt−AuからなるP型電極32、33と、によ
り構成され、P型電極32、33の直下の活性層29に
はバイアス電流rbが注入され利得領域となる一方、P
型電極32、33がない活性層29は電流が注入されず
可飽和吸収領域23となっている。
In FIG. 4, 21 is an exclusive optical logical sum circuit (optical logic circuit), and the exclusive optical logical phase circuit 21 is a two-electrode semiconductor laser (semiconductor laser) 2 having a saturable absorption region 23.
2 and a distributed feedback semiconductor laser (optical filter) 24 having a wavelength filter function are integrally formed on an InP substrate. Hereinafter, common parts of the two-electrode semiconductor laser 22 and the distributed feedback semiconductor laser 24 will be described with the same reference numerals. 2-electrode semiconductor laser 2
2 is an n-type electrode 25 made of Au-AuGe and an n-type In
A P substrate 26 and an optical waveguide layer (
Wavelength λ. Electrical contact is made between the cladding layer 28 made of n-type 1nP (wavelength λ, = 1.3 μm) 27, the active layer (wavelength λ, = 1.55 μm) 29 made of InGaAsP, and the cladding layer 30 made of p-type InP. a contact layer 31 made of P-type 1nGaAsP for improving
A bias current rb is injected into the active layer 29 directly under the P-type electrodes 32 and 33, which becomes a gain region.
The active layer 29 without the type electrodes 32 and 33 serves as a saturable absorption region 23 to which no current is injected.

分布帰還型半導体レーザ24はn型電極25と、n型1
nP型基板26と、深さ400人で周期2400人の回
折格子34と、光導波層27と、グラッド層28と、活
性層29と、グラッド層30と、コンタクト層31と、
上記各層断面の反射を防止するためのSi.N.からな
る無反射コーティング膜35、36と、P型電極37と
、により構成されている。図中Ibは可飽和吸収領域2
3を有する半導体レーザ22のバイアス電流であり、I
Fは波長フィルタ機能を有する分布帰還型半導体レーザ
24のバイアス電流である。
The distributed feedback semiconductor laser 24 has an n-type electrode 25 and an n-type 1
An nP type substrate 26, a diffraction grating 34 with a depth of 400 and a period of 2400, an optical waveguide layer 27, a grading layer 28, an active layer 29, a grading layer 30, a contact layer 31,
Si. N. It is composed of anti-reflection coating films 35 and 36 consisting of P-type electrodes 37. In the figure, Ib is the saturable absorption region 2
3 and the bias current of the semiconductor laser 22 having I
F is a bias current of the distributed feedback semiconductor laser 24 having a wavelength filter function.

I2を適当に設定することにより透過する波長を選ぶこ
とができる。また、rbは、レーザ発振直前にバイアス
する。
By appropriately setting I2, the wavelength to be transmitted can be selected. Further, rb is biased immediately before laser oscillation.

なお、波長選択用の光フィルタとして第4図に示す実施
例の他に、例えばシリカ系のマツハツェンダ型干渉光導
波路を用いることもできる。
In addition to the embodiment shown in FIG. 4 as the optical filter for wavelength selection, for example, a silica-based Matsuha-Zehnder type interference optical waveguide can also be used.

第5図は排他的論理和回路21を用いた光による半加算
器の構成例であり、入力光信号A,Bを合流、分配器を
通してAND型光論理素子、EXOR型光論理素子へ入
力することによって和の出力光信号Fと桁上げの出力光
信号Cを得ることができる。
FIG. 5 shows a configuration example of an optical half adder using an exclusive OR circuit 21, in which input optical signals A and B are combined and inputted to an AND type optical logic element and an EXOR type optical logic element through a distributor. By doing this, a sum output optical signal F and a carry output optical signal C can be obtained.

このように、本実施例によれば半導体レーザ22と波長
選択用の光フィルタ(分布帰還型半導体レーザ24)の
接続によってEXOR動作を得ることができ、第5図に
示すように簡単な構成の光半加算器を作ることができる
。したがって、第7図に示す従来のEXOR回路、光半
加算器2に比べて光配線を少なく簡素な形態にできるの
で、低損失、低消費電力、小型の光半加算器が可能にな
る。また、素子の縦続段数が減ることから人力ボート(
A,B)から出力ボート(C,F)までの伝搬時間を短
縮でき、高速動作に適している。また、光の分岐、合流
数が少ないので、中間部での光の入出力レベルの調整が
極めて容易になる。
As described above, according to this embodiment, EXOR operation can be obtained by connecting the semiconductor laser 22 and the optical filter for wavelength selection (distributed feedback semiconductor laser 24), and as shown in FIG. You can make an optical half adder. Therefore, compared to the conventional EXOR circuit and optical half adder 2 shown in FIG. 7, the optical half adder can be made simpler with fewer optical wirings, and thus a smaller optical half adder with lower loss and lower power consumption can be realized. In addition, since the number of cascaded elements is reduced, a human-powered boat (
The propagation time from A, B) to the output boat (C, F) can be shortened, making it suitable for high-speed operation. Furthermore, since the number of branching and merging of light is small, it becomes extremely easy to adjust the light input/output level at the intermediate portion.

さらに、半導体レーザや波長選択フィルタをアレイ化し
て光結合することも可能になり、集積化や、バイブリッ
ド実装備における組立ての簡便さにも適したものとなっ
ている。
Furthermore, it is now possible to form an array of semiconductor lasers and wavelength selection filters and optically couple them, making it suitable for integration and ease of assembly in hybrid actual equipment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、箇単な構成によってEXOR動作を得
ることができ、光配線および素子数を減らすことにより
低消費電力、伝搬時間の短縮、光入出力信号のレベル調
整の向上および高集積化を図ることができる。
According to the present invention, EXOR operation can be obtained with a simple configuration, and by reducing the number of optical wiring and elements, power consumption is reduced, propagation time is reduced, level adjustment of optical input/output signals is improved, and high integration is achieved. can be achieved.

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

第1〜3図は本発明の原理を説明するための図であり、 第1図はその入出力特性図、 第2図はその全体構成図、 第3図はその人出光強度と波長との関係を示す図、 第4、5図は本発明に係る光論理回路の一実施例を示す
図であり、 第4図はその構造を示す断面図、 第5図はその半加算器の構成例を示す図、第6、7図は
従来の光論理回路を示す図であり、第6図はその半加算
器の動作を説明するための図、 第7図はその半加算器の構成例を示す図である。 l1・・・・・・排他的論理和回路(光論理回路)、1
2・・・・・・2電極型半導体レーザ(半導体レーザ)
13・・・・・・可飽和吸収領域、 l4・・・・・・光フィルタ、 2l・・・・・・排他的論理和回路(光論理回路)、2
2・・・・・・2電極型半導体レーザ(半導体レーザ)
23・・・・・・可飽和吸収領域、 24・・・・・・分布帰還型半導体レーザ(光フィルタ
)25・・・・・・n型電極、 26・・・・・・n型InP基板、 27・・・・・・光導波層、 28、30・・・・・・クランド層、 29・・・・・・活性層、 31・・・・・・コンタクト層、 32、33、37・・・・・・P型電極、34・・・・
・・回折格子、 35、36・・・・・・無反射コーティング膜.Ib・
・・・・・可飽和吸収領域23を有する半導体レーザ2
2のバイアス電流、 ■,・・・・・・波長フィルタ機能を有する分布帰還型
半導体レーザ24のバイアス電流。 (a) A+B<Pi (b) (e)A+B>Pi<2P, (f) 原理説明の人出強度と波長との関係を示す図第 図 一実施例の構造を示す断面図 第4図 一実施例の半加算器の構成例を示す図
Figures 1 to 3 are diagrams for explaining the principle of the present invention. Figure 1 is its input/output characteristic diagram, Figure 2 is its overall configuration diagram, and Figure 3 is the relationship between the intensity and wavelength of the outgoing light. 4 and 5 are diagrams showing an embodiment of the optical logic circuit according to the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view showing its structure, and FIG. 5 is a configuration example of a half adder thereof. Figures 6 and 7 are diagrams showing conventional optical logic circuits, Figure 6 is a diagram for explaining the operation of the half adder, and Figure 7 is an example of the configuration of the half adder. FIG. l1...Exclusive OR circuit (optical logic circuit), 1
2...Two-electrode semiconductor laser (semiconductor laser)
13... Saturable absorption region, l4... Optical filter, 2l... Exclusive OR circuit (optical logic circuit), 2
2...Two-electrode semiconductor laser (semiconductor laser)
23... Saturable absorption region, 24... Distributed feedback semiconductor laser (optical filter) 25... N-type electrode, 26... N-type InP substrate , 27... optical waveguide layer, 28, 30... ground layer, 29... active layer, 31... contact layer, 32, 33, 37... ...P-type electrode, 34...
...Diffraction grating, 35, 36... Anti-reflection coating film. Ib・
... Semiconductor laser 2 having a saturable absorption region 23
2, bias current of the distributed feedback semiconductor laser 24 having a wavelength filter function. (a) A+B<Pi (b) (e) A+B>Pi<2P, (f) Diagram showing the relationship between crowd intensity and wavelength for explaining the principle. A diagram showing an example of the configuration of a half adder according to an embodiment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 複数の入力光が入力され、可飽和吸収領域を有する半導
体レーザと、 該半導体レーザの出力光が入力され、所定の波長変換光
のみを透過する光フィルタとを具備し、該半導体レーザ
は低レベルの第1のしきい値以上の強度を有する光入力
に対して所定の波長変換光を出力するとともに、高レベ
ルの第2のしきい値以上の強度を有する光入力に対して
増幅光のみを出力して該波長変換光を消衰させるもので
あって、 該半導体レーザの出力側に該光フィルタを付加し、かつ
前記半導体レーザに入力する複数の入力光の各々の光強
度P_iをP_1、(1/2)P_2≦P_i<P_2
とすることにより該半導体レーザに入力される光の排他
的論理和をとるようにしたことを特徴とする光論理回路
[Claims] A semiconductor laser that receives a plurality of input lights and has a saturable absorption region; and an optical filter that receives output light of the semiconductor laser and transmits only predetermined wavelength-converted light, The semiconductor laser outputs predetermined wavelength-converted light in response to an optical input having an intensity equal to or higher than a first low-level threshold, and outputs a predetermined wavelength-converted light to an optical input having an intensity equal to or higher than a high-level second threshold. On the other hand, it outputs only the amplified light and attenuates the wavelength-converted light, and the optical filter is added to the output side of the semiconductor laser, and each of the plurality of input lights input to the semiconductor laser is Light intensity P_i is P_1, (1/2)P_2≦P_i<P_2
An optical logic circuit characterized in that an exclusive OR of light input to the semiconductor laser is calculated by doing so.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124966A (en) * 1997-01-13 2000-09-26 Nec Corporation Optical functional amplifying method and optical functional amplifying device
US6271960B1 (en) * 1998-03-13 2001-08-07 Nec Corporation Method and apparatus for wavelength conversion of signal light

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