JPH02245722A - Optical shutter array device - Google Patents

Optical shutter array device

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JPH02245722A
JPH02245722A JP1065899A JP6589989A JPH02245722A JP H02245722 A JPH02245722 A JP H02245722A JP 1065899 A JP1065899 A JP 1065899A JP 6589989 A JP6589989 A JP 6589989A JP H02245722 A JPH02245722 A JP H02245722A
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JP
Japan
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optical
optical shutter
bistable
light
semiconductor
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JP1065899A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Nitta
淳 新田
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Canon Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make a shutter operation to a data signal at a high speed and by a light signal by combining plural pieces of optical bistable elements. CONSTITUTION:The light signal for a control signal is inputted to a groove 107 of a 1st bistable semiconductor laser 10 and the light signal for another control signal is inputted to a groove 107 of a 2nd bistable semiconductor laser 11. The lasers 10, 11 oscillate if the inputted control signals are above the threshold. A semiconductor optical shutter 13 has the characteristics similar to the characteristics of the lasers 10, 11 and acts to attain the oscillation state only when both the lasers 10, 11 attain the oscillation sate. The data signal light is inputted from the groove 139 of the semiconductor optical shutter 13, is guided in an active layer 133, is reflected by the 45 deg. angle face of the groove 140, and is emitted from a window 141. The active layer 133 has a large absorption and the signal light is not emitted unless the semiconductor optical shutter 13 is in the oscillation state. The control of the shutter operation by the light control signals is enabled in this way and the switch time of several nanoseconds is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体レーザの動作状態を外部光により制御を
行い、光シャッタ動作を行わせる光シャッタアレイ装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical shutter array device that controls the operating state of a semiconductor laser using external light and performs an optical shutter operation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光シャッタアレイ装置は電子通信学会技術研究報
告C384−120に記載されているように、多層膜偏
光分離素子を偏光子及び検光子として用い、該偏光子お
よび該検光子間にPLZT (強誘電性透明セラミック
)偏光回転子を挿入した構成となっていた。該PLZT
偏光回転子は、4×4の16部分に分割されていて、個
々の部分に電極が付いており、電圧を印加することによ
り、入力光の偏光面を90”回転させることができる。
Conventionally, an optical shutter array device uses a multilayer polarization splitting element as a polarizer and an analyzer, and a PLZT (strong It had a structure in which a polarization rotator (made of dielectric transparent ceramic) was inserted. The PLZT
The polarization rotator is divided into 16 4×4 parts, each part has an electrode, and the polarization plane of input light can be rotated by 90'' by applying a voltage.

また、偏光子と検光子の偏光面は90°ずれている。Further, the polarization planes of the polarizer and analyzer are shifted by 90°.

上記の構成で、偏光面側から入力された入力光は偏光子
を通過して偏光面が一方向にそろい、PLZT偏光回転
子に電圧が印加されていない場合、偏光面が変化せずに
該PLZT偏光回転子を通過し検光子に到るが、検光子
と光の偏光面が90°ずれているので、光は検光子を全
く透過しない。一方、該PLZT偏光回転子に電圧が印
加されている場合には、光の偏光面が90°回転し、検
光子を通過することができる。したがって、上記構成例
では、該PLZT偏光回転子の電圧印加状態によりシャ
ッターの開閉が行える。
With the above configuration, the input light input from the polarization plane side passes through the polarizer and the polarization plane is aligned in one direction, and when no voltage is applied to the PLZT polarization rotator, the polarization plane does not change and the polarization plane is aligned in one direction. The light passes through the PLZT polarization rotator and reaches the analyzer, but since the polarization planes of the light and the analyzer are shifted by 90 degrees, the light does not pass through the analyzer at all. On the other hand, when a voltage is applied to the PLZT polarization rotator, the polarization plane of the light is rotated by 90 degrees and can pass through the analyzer. Therefore, in the above configuration example, the shutter can be opened and closed depending on the voltage application state of the PLZT polarization rotator.

この従来例では、オン時に500■、オフ時に一50V
の電圧を印加することにより、消光比30dB以上、ス
イッチ時間5μsの特性を得ている。
In this conventional example, the voltage is 500V when on and -50V when off.
By applying a voltage of 30 dB or more, characteristics of an extinction ratio of 30 dB or more and a switching time of 5 μs were obtained.

【発明が解決しようとしている問題点]しかしながら、
上記従来例では、PLZT偏光回転子に例えば500■
程度の高電圧を印加し、光の偏光面を回転させ透過光量
を調整するようにして動作するため次のような欠点があ
った。
[Problem that the invention seeks to solve] However,
In the above conventional example, the PLZT polarization rotator has, for example, 500 cm.
Because it operates by applying a moderately high voltage and rotating the polarization plane of the light to adjust the amount of transmitted light, it has the following drawbacks.

(1)高電圧を強誘電性透明セラミックPLZTに印加
しても偏光角が安定に決まるまでにかなりの時間がかか
り、スイッチング時間が長い。
(1) Even when a high voltage is applied to the ferroelectric transparent ceramic PLZT, it takes a considerable amount of time until the polarization angle is stably determined, and the switching time is long.

(2)シャッタの開閉制御を電気的に行うのでシャッタ
アレイの各シャッタに別々に電気信号を伝久るために、
各シャッタごとに制御用電極が必要となり、シャッタの
アレイ数が増加した場合電極配置が複雑となる。
(2) Since the opening and closing of the shutter is controlled electrically, electrical signals are transmitted separately to each shutter in the shutter array.
A control electrode is required for each shutter, and when the number of shutter arrays increases, the electrode arrangement becomes complicated.

[問題点を解決するための手段] 本発明によれば光双安定素子の特性および光双安定素子
を組み合せた集積素子を用いることにより、光制御信号
でシャッタ動作の制御を可能にし、半導体を基本とした
ことにより数ナノ秒のスイッチ時間を得たものである。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, by using the characteristics of an optical bistable element and an integrated element that combines optical bistable elements, it is possible to control the shutter operation with an optical control signal, and the semiconductor Based on this basic idea, a switch time of several nanoseconds was obtained.

〔作用] 光双安定素子の特性を、光制御信号を用いて、高速に(
G)Izレベル)制御する。
[Operation] Characteristics of an optical bistable element can be changed at high speed (
G) Iz level) control.

〔実施例] K血且ユ 第1図は本発明の特徴を最もよく表わす図面であり同図
に於いて、1は半導体シャッタアレイ、2は分岐器、3
は合流器、4.41.71.7はデータ信号用の光ファ
イバ、5.51.6.61は制御信号用の光ファイバ、
8は光ファイバから出射する光を半導体シャッタアレイ
l上へ集光したり、半導体シャッタアレイ1から光ファ
イバへ入力する光を集光するために各光フアイバ先端に
ついているレンズ、9は半導体シャッタアレイl中の1
つの半導体光シャッタ(光シャッタ要素)である。
[Example] Figure 1 is a diagram that best represents the features of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor shutter array, 2 is a branching device, and 3
is a combiner, 4.41.71.7 is an optical fiber for data signals, 5.51.6.61 is an optical fiber for control signals,
Reference numeral 8 denotes a lens attached to the tip of each optical fiber in order to focus the light emitted from the optical fiber onto the semiconductor shutter array l or to collect the light input from the semiconductor shutter array 1 to the optical fiber, and 9 is the semiconductor shutter array. 1 in l
two semiconductor optical shutters (optical shutter elements).

ここで、半導体光シャッタ9は第2図、第3図。Here, the semiconductor optical shutter 9 is shown in FIGS. 2 and 3.

第4図、第5図に示す構造となっている。The structure is shown in FIGS. 4 and 5.

第2図は半導体光シャッタ9を具体的に示したものであ
る。、10.11は制御信号復号用の第1.2双安定半
導体レーザ、12は合流機能を持った光導波路、13は
半導体光シャッターである。第2図中の破線AI、 A
2で切断した構成図が第3図である。
FIG. 2 specifically shows the semiconductor optical shutter 9. As shown in FIG. , 10.11 is a 1.2 bistable semiconductor laser for decoding control signals, 12 is an optical waveguide having a merging function, and 13 is a semiconductor optical shutter. Broken lines AI and A in Figure 2
FIG. 3 is a block diagram taken at point 2.

第3図において+01は例えばn型Alo3Gao、 
?ASからなり厚さ約100μmの半導体基板、102
は例えばn型Ala、Gao、 7ASからなり厚さ約
3μmの第1クラッド層、103は例えばGaAsから
なる厚さ約0.1μmの活性層、104は例えばp型A
I0.3Gao、 7Asからなり厚さ約2μmの第2
クラット層、105は例えばp型GaAsからなるキャ
ップ層、+06はキャップ層105上の一部に形成され
た例えば金と亜鉛の合金からなる第2電極、107は基
板101に対して角度45°と90°の面を持つ第1溝
、108は基板101に対して垂直な4つの面を持つ第
2溝、109は例えば反射率50%の5iOz、 Ti
O□からなる誘電体多層膜ブラッグ反射鏡である第1反
射鏡、110は電子、正孔が注入されない可飽和吸収領
域、111は例えば金とゲルマニウムの合金からなる第
1電極である。第1および第2双安定半導体レーザ10
.11のちがいは各双安定半導体レーザ10、11の第
2電極106の大きさが異なり、可飽和吸収領域110
の大きさが異なることである。このような構成にするこ
とにより、双安定半導体レーザ10.11の光入出力特
性は第6図に示す線A、 Bのように異なった光しきい
値を持つようになる。
In FIG. 3, +01 is, for example, n-type Alo3Gao,
? A semiconductor substrate made of AS and approximately 100 μm thick, 102
103 is an active layer of about 0.1 μm thick and made of, for example, GaAs, and 104 is a p-type A, for example.
The second layer is made of I0.3 Gao and 7 As and has a thickness of approximately 2 μm.
A crat layer 105 is a cap layer made of, for example, p-type GaAs, +06 is a second electrode made of, for example, an alloy of gold and zinc formed on a part of the cap layer 105, and 107 is at an angle of 45° with respect to the substrate 101. A first groove with a 90° plane, 108 a second groove with four planes perpendicular to the substrate 101, and 109 a 5iOz, Ti substrate with a reflectance of 50%, for example.
The first reflecting mirror is a dielectric multilayer Bragg reflecting mirror made of O□, the saturable absorption region 110 into which electrons and holes are not injected, and the first electrode 111 made of, for example, an alloy of gold and germanium. First and second bistable semiconductor lasers 10
.. 11 is different in the size of the second electrode 106 of each bistable semiconductor laser 10, 11, and the saturable absorption region 110 is different.
are different in size. With this configuration, the optical input/output characteristics of the bistable semiconductor lasers 10 and 11 have different optical thresholds as shown by lines A and B shown in FIG.

第4図は、第2図中の破線A3で切断した半導体光シャ
ッタ13の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of the semiconductor optical shutter 13 taken along the broken line A3 in FIG.

第4図において101は例えばn型Alo、 3Gao
、 tAaからなり厚さ約100μmの半導体基板、1
32は例λばn型Alo、 5Gao、 7ASからな
り厚さ約3μmの第1クラッド層、133は例えばGa
Asからなる厚さ約0.1μmの活性層、[34は例え
ばp型Alo、 sGa。、、Asからなり厚さ約2μ
mの第2クラッド層、+35は例えばp型GaAsから
なるキャップ層、136はキャップ層135上の一部に
形成された例えば金と亜鉛の合金からなる第2電極、1
37.138は基板101に対して垂直な4つの面から
構成される第1、第2溝、111は例えば金とゲルマニ
ウムの合金からなる第1電極である。また、150は電
子。
In FIG. 4, 101 is, for example, n-type Alo, 3Gao
, a semiconductor substrate made of tAa and approximately 100 μm thick, 1
32 is a first cladding layer made of, for example, n-type Alo, 5Gao, or 7AS and has a thickness of about 3 μm; 133 is made of, for example, Ga.
The active layer is made of As and has a thickness of about 0.1 μm; [34 is, for example, p-type Alo or sGa. ,, made of As and about 2μ thick
+35 is a cap layer made of, for example, p-type GaAs; 136 is a second electrode made of, for example, an alloy of gold and zinc formed on a part of the cap layer 135; 1;
Reference numerals 37 and 138 indicate first and second grooves formed of four planes perpendicular to the substrate 101, and 111 indicates a first electrode made of, for example, an alloy of gold and germanium. Also, 150 is an electron.

正孔が注入されない可飽和吸収領域である。This is a saturable absorption region where holes are not injected.

また、第4図中12は光導波路で、例えばAlo、5G
ao、 sAsからなり厚さ約3μmの第1タラツド屡
121 と、例^ばAlo、 5Gao、 7ASから
なり厚さ約0.1μmの導波層122と、例えばAlo
、 5Gao、 sAsからなり厚さ約2μmの第2ク
ラツド署!23から構成される。
In addition, 12 in FIG. 4 is an optical waveguide, for example, Alo, 5G
A first layer 121 made of Alo, sAs and about 3 μm thick; a waveguide layer 122 made of Alo, 5Gao, and 7AS and about 0.1 μm thick;
The second cladding station is made of , 5 Gao, and sAs and has a thickness of about 2 μm! Consists of 23.

第5図は、第2図中の破線B1で切断した半導体光シャ
ッタ13の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of the semiconductor optical shutter 13 taken along the broken line B1 in FIG.

第5図において第4図と同一番号の部分は第4図と同一
の物を表わしている。139,140は基板101に対
して角度90°と45@の2つの面により構成される第
1.第2溝、141は第1電極に設けられた窓で、第2
溝140に対応する部分に形成されている。
In FIG. 5, parts with the same numbers as in FIG. 4 represent the same parts as in FIG. 4. 139 and 140 are the first planes formed by two planes having angles of 90° and 45° with respect to the substrate 101. The second groove 141 is a window provided in the first electrode, and the second groove 141 is a window provided in the first electrode.
It is formed in a portion corresponding to the groove 140.

上記で説明した構成を用いて、本発明の動作を第1図を
用いて説明する。ここでは、第1図の動作を説明する例
として、3台のマルチプロセッサシステムにおいて各プ
ロセッサ間の通信(データ交換)を行う場合について述
べる。各プロセッサでは、通信したいデータ信号と通信
したい相手を示す信号(制御信号)を発生し、この信号
を光信号とし、データ信号を光ファイバ4へ、また、制
御信号を光ファイバ5,6へ入力する。各プロセッサか
ら出たデータ信号と制御信号は分岐器2により3つに分
岐され、光ファイバ41.51.61を通してロッドレ
ンズ8により光シャッタアレイlの横に並んだ3つの光
シャッタ9へ入力される。
Using the configuration described above, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. Here, as an example to explain the operation shown in FIG. 1, a case will be described in which communication (data exchange) is performed between processors in a three-processor system. Each processor generates a data signal to communicate and a signal (control signal) indicating the party to communicate with, converts this signal into an optical signal, and inputs the data signal to optical fiber 4 and the control signal to optical fibers 5 and 6. do. The data signal and control signal output from each processor are branched into three by the splitter 2, and inputted through the optical fibers 41, 51, and 61 to the three optical shutters 9 arranged horizontally in the optical shutter array l by the rod lens 8. Ru.

各光シャッタ9では、制御信号を光双安定半導体レーザ
10.11の各第1溝107へ入力される0例えば、第
1双安定半導体レーザ(導通、非導通の2値をとれる)
 10の第1溝107へ制御信号用の光ファイバ51か
らの光信号を入力し、第2双安定半導体レーザ11の第
1溝107へ制御信号用の光ファイバ6!からの光信号
を入力する。各双安定半導体レーザ10.11へ入力す
る制御信号が各双安定半導体レーザ10.11の光しき
い値以上であれば各双安定半導体レーザ10.11はレ
ーザ発振状態へ移行する。したがって、制御信号光の与
え方で光導波路12の半導体光シャッタ13へ入力する
光の強度を何通りか作ることが可能となる。半導体光シ
ャッタ13は第1.第2双安定半導体レーザ10.11
と類似の特性があり、任意の光しきい値を設定できる。
In each optical shutter 9, a control signal is inputted to each first groove 107 of an optical bistable semiconductor laser 10.11.
The optical signal from the optical fiber 51 for control signals is input into the first groove 107 of the second bistable semiconductor laser 11, and the optical signal from the optical fiber 6! Input the optical signal from. If the control signal input to each bistable semiconductor laser 10.11 is equal to or greater than the optical threshold of each bistable semiconductor laser 10.11, each bistable semiconductor laser 10.11 shifts to a laser oscillation state. Therefore, it is possible to create several different intensities of the light input to the semiconductor optical shutter 13 of the optical waveguide 12 depending on how the control signal light is applied. The semiconductor optical shutter 13 is the first. Second bistable semiconductor laser 10.11
It has similar characteristics, and an arbitrary light threshold can be set.

例えば、光シャッタアレイ1の各半導体光シャッタ9に
対して、第7図のように番号をっけ、例えば(11)の
半導体光シャッタ9中の第1.第2双安定半導体レーザ
10.、llの光しきい値をPthlll。
For example, each semiconductor optical shutter 9 of the optical shutter array 1 is numbered as shown in FIG. Second bistable semiconductor laser 10. , ll light threshold Pthllll.

Pth2 目を表示することにする0本実施例では、1
つのプロセッサからのデータ信号と制御信号が例えば(
11)、 (12)、 (13)へ入力されていること
になる。ここで(11) 、 (12) 、 (13)
に対応する半導体光シャク9のそれぞれの第1.第2双
安定半導体レーザの光しきい値を Pthlll<Pthll□<Pth++5Ptha目
> Pth2+i> Pthz+3と設定する。また、
半導体光シャッタ13は各光シャッタ9の第1.第2双
安定半導体レーザ10゜11が共に発振状態になった時
だけ、発振状態になるようにしておく0例えば(12)
の半導体光シャッタ9中の半導体光シャッタ13だけを
発振状態にするには、第1双安定半導体レーザlOへ入
力する制御信号光のパワー(P、)をPt1ll+2≦
P+<Pth++sとし、第2双安定半導体レーザ11
へ入力する制御信号光のパワー(P2)をPth212
≦Pi<Pthz++とすることにより、(12)の半
導体光シャッタ9中の第1゜第2双安定半導体レーザ1
0.11だけが共に発振状態となり、(12)の半導体
光シャッタ9中の半導体光シャッタ13だけが発振状態
となる。
Pth2 Eyes will be displayed 0 In this example, 1
For example, if the data and control signals from two processors are
11), (12), and (13). Here (11), (12), (13)
Each of the first . The optical threshold of the second bistable semiconductor laser is set as Pthll<Pthll□<Pth++5th Ptha>Pth2+i>Pthz+3. Also,
The semiconductor optical shutter 13 is the first one of each optical shutter 9. The oscillation state is set only when the second bistable semiconductor lasers 10 and 11 are both in the oscillation state. For example, (12)
In order to bring only the semiconductor optical shutter 13 of the semiconductor optical shutter 9 into the oscillation state, the power (P,) of the control signal light input to the first bistable semiconductor laser lO is set such that Pt1ll+2≦
P+<Pth++s, and the second bistable semiconductor laser 11
The power (P2) of the control signal light input to Pth212
By setting ≦Pi<Pthz++, the first degree second bistable semiconductor laser 1 in the semiconductor optical shutter 9 in (12)
Only the semiconductor optical shutters 13 of the semiconductor optical shutters 9 of (12) are in the oscillating state.

また、P1≧Pth++s+ h≧Pい211のパワー
の制御信号を入力することにより(11)、 (12)
、 (13)の半導体光シャッタ9の半導体光シャッタ
13が発振状態となる。
In addition, by inputting a control signal for the power of P1≧Pth++s+ h≧P211, (11), (12)
, (13) The semiconductor optical shutter 13 of the semiconductor optical shutter 9 enters the oscillation state.

一方、半導体光シャッタ13は、その第1溝139より
データ信号光が45°角度の面の反射により入力され、
活性層133を導波し、第2溝140の45゜角度面に
より反射され、第1電極111中の窓141を通して出
射される。ここで半導体光シャッタ13が発振状態でな
いと、活性層133は吸収が大きく信号光は導波途中で
吸収され、窓141から信号光が出射されることはない
、また、本実施例では一度透過状態になった半導体光シ
ャッタ9をOFFにするには、半導体シャッタアレイ1
へ流しているバイアス電流を全て零にすることにより行
う。
On the other hand, the semiconductor optical shutter 13 receives the data signal light from its first groove 139 by reflection from a 45° angle surface.
The light is guided through the active layer 133, is reflected by the 45° angle surface of the second groove 140, and is emitted through the window 141 in the first electrode 111. Here, if the semiconductor optical shutter 13 is not in the oscillation state, the active layer 133 has a large absorption and the signal light is absorbed during the waveguide, and the signal light is not emitted from the window 141. To turn off the semiconductor optical shutter 9 in the state, the semiconductor shutter array 1
This is done by reducing all bias current flowing to zero.

上記のようにして、光シャッタアレイ1を透過した信号
光は、入力側に垂直に3本で1組として設置された光フ
アイバ71ヘロツドレンズ8を用いて入力し、合流器3
で1本の光ファイバ7にまとめられ、各プロセッサへつ
なげられる。
As described above, the signal light transmitted through the optical shutter array 1 is inputted using the optical fibers 71 and the Herrod lens 8, which are installed perpendicularly on the input side as a set of three, and
The optical fibers are combined into one optical fiber 7 and connected to each processor.

また、電流注入用の電極を(11)、 (21)、 (
31)と(+2) 、 (22) 、 (32)と(1
3)、 (23)、 (33)の3つに分類することに
より、任意の2つのプロセッサの通信が終了した時点で
、当該通信に用いていた光シャッタ9が含まれる電極へ
流しているバイアス電流を零にすることにより、他のプ
ロセッサとの通信を行えるようにもできる。
In addition, current injection electrodes (11), (21), (
31) and (+2) , (22) , (32) and (1
By classifying into three categories (3), (23), and (33), when communication between any two processors ends, the bias applied to the electrode containing the optical shutter 9 used for the communication By reducing the current to zero, it is also possible to communicate with other processors.

夾血旦l 第8図に、本発明の他の実施例を示す。bloodbath l FIG. 8 shows another embodiment of the invention.

第8図は、第1の実施例の半導体光シャッタ9中の半導
体光シャッタ13を面発光型半導体双安定レーザによっ
て実現したものである。
FIG. 8 shows that the semiconductor optical shutter 13 in the semiconductor optical shutter 9 of the first embodiment is realized by a surface-emitting semiconductor bistable laser.

第8図において、201は例えばn型Ala、 3Ga
o、 7Asからなり厚さ約100μmの半導体基板、
202は例えば高抵抗なAlo、 5Gao、 sAs
からなる埋め込み石、203は例えばn型Alo、 3
Gao、 ?ASからなり厚さ約3μmの第1クラッド
層、204は例えばp型GaAsからなり厚さ約3μm
、直径約IOμmφの活性層、205は例えばp型Al
o、 3Gao、 7ASからなり厚さ約1μmの第2
クラッド層、206は例えばp型GaAsからなり厚さ
約1μmの可飽和吸収層、210は例えばp型Ala、
 IGao、 9ASからなり厚さ約1μmのキャップ
層で活性層204の領域に相当する部分だけが可飽和吸
収920G上に形成されている。
In FIG. 8, 201 is, for example, n-type Ala, 3Ga
o, a semiconductor substrate made of 7As and approximately 100 μm thick;
202 is high resistance Alo, 5Gao, sAs, for example.
The embedded stone 203 is, for example, n-type Alo, 3
Gao? The first cladding layer 204 made of AS and having a thickness of about 3 μm is made of, for example, p-type GaAs and has a thickness of about 3 μm.
, the active layer 205 with a diameter of about IO μmφ is made of, for example, p-type Al.
The second layer is made of O, 3Gao, and 7AS and has a thickness of approximately 1 μm.
The cladding layer 206 is made of, for example, p-type GaAs and has a thickness of about 1 μm, and the saturable absorption layer 210 is made of, for example, p-type Ala,
The cap layer is made of IGao, 9AS and has a thickness of about 1 μm, and only a portion corresponding to the region of the active layer 204 is formed on the saturable absorber 920G.

207は例λばSio、からなる絶縁膜で、キャップ層
210上に形成された絶縁膜207はリング状に絶縁膜
のない部分がある。211は例えば金と亜鉛の合金から
なる第2電極で、キャップ層210とリング状絶縁膜2
08のない部分で接している。215は基板201の一
主面から他主面へ連通し、直径約200μmφの連通孔
、212は例えば金とゲルマニウムの合金からなる第1
電極、213は例えば金の蒸着膜からなる反射率90%
程度の第1反射鏡、214は基板201に対して垂直な
面から構成されている第1溝である。 12は第1の実
施例と同様な光導波路である。
Reference numeral 207 denotes an insulating film made of, for example, λ, Sio, and the insulating film 207 formed on the cap layer 210 has a ring-shaped portion without an insulating film. 211 is a second electrode made of, for example, an alloy of gold and zinc, and the cap layer 210 and the ring-shaped insulating film 2
They touch at the part without 08. 215 is a communicating hole that communicates from one main surface to the other main surface of the substrate 201 and has a diameter of about 200 μmφ; 212 is a first hole made of, for example, an alloy of gold and germanium;
The electrode 213 is made of, for example, a vapor-deposited gold film with a reflectance of 90%.
The first reflecting mirror 214 is a first groove formed of a plane perpendicular to the substrate 201. 12 is an optical waveguide similar to the first embodiment.

上記のような構成の半導体光シャッタ13では、第7図
に示す光入出力特性が得られる。したがって、各半導体
光シャッタ9中の第1.第2双安定半導体レーザが共に
発振状態になり、その発振光が光導波路12を導波して
きて可飽和吸収N206へ入射した場合だけ、半導体光
シャッタ13の光しきい値を越^る光量になるように光
しきい値が調整されている必要がある。このように調整
された面発光型半導体双安定レーザを用いて、入力用デ
ータ信号光を第6図の上方(第2電極211)側から入
射して、第1反射鏡213側から取り出すことが可能と
なる。もちろんこの入出力の方向は逆でも同様に動作す
る。詳細な動作は実施例1と同様となる。
The semiconductor optical shutter 13 configured as described above provides the optical input/output characteristics shown in FIG. 7. Therefore, the first . Only when both of the second bistable semiconductor lasers enter the oscillation state and the oscillated light is guided through the optical waveguide 12 and enters the saturable absorber N206, the amount of light exceeds the optical threshold of the semiconductor optical shutter 13. The light threshold must be adjusted so that Using the surface-emitting semiconductor bistable laser adjusted in this way, it is possible to input the input data signal light from the upper side (second electrode 211) side in FIG. 6 and take it out from the first reflecting mirror 213 side. It becomes possible. Of course, even if the input/output direction is reversed, the same operation will occur. The detailed operation is the same as in the first embodiment.

火11肌且 第1O図、第11図に本発明の第3の実施例を示す。第
11図は、第1図中の光シャッタアレイ1中の1つの半
導体光シャッタ9に相当する。第10図は、第11図の
破線A5で切断した時の断面構成図である。
A third embodiment of the present invention is shown in Figures 10 and 11. FIG. 11 corresponds to one semiconductor optical shutter 9 in the optical shutter array 1 in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram taken along broken line A5 in FIG. 11.

第10図において、301は例えばAlo、 4Gao
、 aAsからなる半導体基板、302は例えばGaA
sからなる可飽和吸収層、303と305は例えばA1
0.5Gao、 ?ASとAlAsの交互Jii40対
よりなるブラッグ反射鏡で、例えば中心波長880nm
で約90%の反射率を持つ第1および第2反射鏡、30
4は例えば厚さ 2.5μmのGaAsからなる第1媒
質層、306.308は例えばAlo、 5Gao、 
フAsとAlAsの交互層40対よりなるブラッグ反射
鏡で例えば中心波長850nmで約90%の反射率を持
つように層厚が調整されている第3および第4反射鏡、
307は例えば厚さ2.5μmのAlo、 asGao
、 9?ASからなる第2媒質層、309は基板301
に対して45°面と垂直面よりなる第1溝、310は3
09と同様の構成よりなる第2溝である。
In FIG. 10, 301 is, for example, Alo, 4Gao
, 302 is a semiconductor substrate made of aAs, for example, GaA.
The saturable absorbing layers 303 and 305 are made of A1, for example.
0.5 Gao, ? A Bragg reflector consisting of 40 pairs of alternating AS and AlAs, for example, with a center wavelength of 880 nm.
first and second reflectors with a reflectance of about 90% at 30
4 is, for example, a first medium layer made of GaAs with a thickness of 2.5 μm; 306.308 is, for example, Alo, 5Gao,
Third and fourth Bragg reflectors each having 40 pairs of alternating layers of As and AlAs, the layer thickness of which is adjusted to have a reflectance of about 90% at a center wavelength of 850 nm, for example;
307 is, for example, Alo, asGao with a thickness of 2.5 μm.
, 9? A second medium layer made of AS, 309 is the substrate 301
The first groove, 310, is composed of a 45° plane and a vertical plane.
This is a second groove having the same configuration as No. 09.

本実施例では、第1および第2反射鏡303.305お
よび第1媒質304と第3および第4反射鏡306゜3
08および第2媒質307でそれぞれ光双安定素子が形
成されていて、各々を第1および第2光双安定素子と呼
ぶことにする。第1および第2光双安定素子は、各々波
長880nmおよび850nmの光に対して光双安定性
を示す。
In this embodiment, the first and second reflecting mirrors 303 and 305, the first medium 304, and the third and fourth reflecting mirrors 306°3
08 and the second medium 307, each of which forms an optical bistable element, and will be referred to as a first and a second optical bistable element, respectively. The first and second optically bistable elements exhibit optical bistability for light with wavelengths of 880 nm and 850 nm, respectively.

本実施例では、2つの制御光(第1図の光ファイバ5お
よび6を通って光シャッタアレイ1へ来る光)の波長を
850nmおよび880nmに設定する。
In this embodiment, the wavelengths of the two control lights (lights coming to the optical shutter array 1 through the optical fibers 5 and 6 in FIG. 1) are set to 850 nm and 880 nm.

また光シャッタアレイ全体は波長850nmおよび88
0nmの励起光を照射して光しきい値のしきい値以下の
パワーで励起しておく、このようにしておくことによっ
て制御光によって第1および第2光双安定素子がon状
態に遷移したものだけが外部から照射されている励起光
が可飽和吸収層302に到達し、励起光の吸収により可
飽和吸収層302の吸収が飽和して透明となる。このよ
うな状態で第1溝309から入射される信号光は可飽和
吸収層302内を吸収を受けずに透過することができ、
第2溝で反射されて基板301を透過し、出射される。
In addition, the entire optical shutter array has wavelengths of 850 nm and 88 nm.
By irradiating with 0 nm excitation light and excitation with a power below the optical threshold, the first and second optical bistable elements transitioned to the on state by the control light. The excitation light that is irradiated from the outside reaches the saturable absorption layer 302, and absorption of the excitation light saturates the absorption of the saturable absorption layer 302, making it transparent. In this state, the signal light incident from the first groove 309 can pass through the saturable absorption layer 302 without being absorbed.
The light is reflected by the second groove, passes through the substrate 301, and is emitted.

シャッタを閉めるには励起光の照射をやめることにより
行う、光シャッタアレイとしての動作は実施例1と同様
となる。
The shutter is closed by stopping the excitation light irradiation, and the operation of the optical shutter array is the same as in the first embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、光双安定素子を複数個組み合せる
ことにより、制御信号光によって任意の光シャッタの開
閉を数十ナノ秒と高速で行い、データ信号に対するシャ
ッタ操作を高速に、かつ光信号で行なえる効果がある。
As explained above, by combining multiple optical bistable elements, an arbitrary optical shutter can be opened and closed at high speed of several tens of nanoseconds using control signal light, and shutter operation in response to data signals can be performed at high speed and optical There is an effect that can be done with.

また、各半導体光シャッタ9へ個々へ電極を形成する必
要がなく、シャッタアレイ数の増加に伴う電極配置の複
雑さを回避する効果がある。
Furthermore, there is no need to form electrodes on each semiconductor optical shutter 9 individually, and there is an effect of avoiding complexity in electrode arrangement that would be caused by an increase in the number of shutter arrays.

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

第1図は、本発明の第1の実施例の斜視図、第2図は、
第1図を構成する半導体光シャッタ要素の斜視図、 第3図は、第2図を構成する第1.第2双安定半導体レ
ーザの構造の断面図、 第4図、第5図は、それぞれ第2図中の半導体光シャッ
タ素子の互いに直交する面での断面図、第6図は、双安
定半導体レーザの光入出力特性を示す図、 第7図は、シャッタアレイの概略平面図、第8図は、本
発明の第2の実施例の断面図、第9図は、第8図の半導
体光シャッタ素子の光入出力特性を示す図、 第10図1第11図は、それぞれ本発明の第3の実施例
の断面図および斜視図である。 1・・・・・・・・光シャッタアレイ、9・・・・・・
・・光シャッタアレイ中の1つの半導体光シャッタ、 10、11・・・・半導体光シャッタ9中の第1および
第2双安定半導体レーザ、 12・・・・・・・・合流機能を持った光導波路、13
・・・・・・・・半導体光シャッタ素子である。
FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor optical shutter element constituting FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor optical shutter element constituting FIG. FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the structure of the second bistable semiconductor laser, respectively. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor optical shutter element in FIG. 7 is a schematic plan view of the shutter array, FIG. 8 is a sectional view of the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is the semiconductor optical shutter of FIG. 8. 10 and 11 are a cross-sectional view and a perspective view of a third embodiment of the present invention, respectively. 1... Optical shutter array, 9...
...One semiconductor optical shutter in the optical shutter array, 10, 11...The first and second bistable semiconductor lasers in the semiconductor optical shutter 9, 12......Having a merging function Optical waveguide, 13
......It is a semiconductor optical shutter element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)複数の光シャッタ要素を集積してなる光シャッタア
レイ装置であって、 前記光シャッタ要素は、 入力される光の光強度が所定値以上となると光透過率の
低い第1の安定状態から光透過率の高い第2の安定状態
へ移行し、この状態変化により光データの通過、不通過
が決定される光スイッチ素子と、 該光スイッチ素子の状態変化を制御するための光制御信
号を受け、該光制御信号の強度により内部の状態が変化
し、これにより光出力が変化する複数個の光双安定素子
と、 該複数個の光双安定素子と前記光スイッチ素子とを結合
する光路とを有していることを特徴とする光シャッタア
レイ素子。 2)光スイッチ素子および光双安定素子として、非励起
領域を有する半導体レーザを用いた請求項1記載の光シ
ャッタアレイ装置。 3)光スイッチ素子として面発光型光しきい値素子を用
い、光双安定素子として非励起領域を有する半導体レー
ザを用いた請求項1記載の光シャッタアレイ装置。 4)光スイッチ素子として可飽和吸収体を用い、光双安
定素子として半導体ファブリペローエタロンを用いた請
求項1記載の光シャッタアレイ装置。
[Claims] 1) An optical shutter array device formed by integrating a plurality of optical shutter elements, wherein the optical shutter elements have low light transmittance when the light intensity of input light exceeds a predetermined value. An optical switch element that transitions from a first stable state to a second stable state with high light transmittance, and the passage or non-passage of optical data is determined by this state change; and controlling the state change of the optical switch element. a plurality of optical bistable elements whose internal state changes according to the intensity of the optical control signal and whose optical output changes accordingly; the plurality of optical bistable elements and the optical switch; 1. An optical shutter array element, characterized in that it has an optical path that connects the element. 2) The optical shutter array device according to claim 1, wherein a semiconductor laser having a non-excitation region is used as the optical switch element and the optical bistable element. 3) The optical shutter array device according to claim 1, wherein a surface emitting type optical threshold element is used as the optical switch element, and a semiconductor laser having a non-excitation region is used as the optical bistable element. 4) The optical shutter array device according to claim 1, wherein a saturable absorber is used as the optical switch element, and a semiconductor Fabry-Perot etalon is used as the optical bistable element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008516438A (en) * 2004-10-08 2008-05-15 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Terahertz optical gate

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