JPH0277034A - 光フリップフロップ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フリップフロップに関し、特に、完全な２
値動作が可能な光フリップフロップに関する。

〔従来の技術〕

近年の超高速情報処理技術は、微細加工技術の進歩のも
とに、半導体、超伝導エレクトロニクスなどにより、著
しい進歩を遂げている。一方、レーザを中心とした光エ
レクトロニクスに於いても、６フ工ムト秒と言う、光と
しては極限に近い極短光パルスの発生も行われており、
前記の半導体、超伝導エレクトロニクス技術より遥かに
高速で大容量の情報処理が期待されている。特に、光の
特性を生かして、現在の電子計算機より遥かに高速で且
つ完全な並列演算が可能な光コンピュータの開発に対し
て多くの注目を集めている。その基本となる光論理素子
は、論理演算、情報記憶が高速に動作することが重要で
あり、また、２次元、あるいは３次元の並列処理の可能
性、さらに、集積化の可能性等の条件が求められ、これ
らの条件に対し、高い効率で非線形応答を示す光学結晶
の開発も多く行われてきており、これらを利用した半導
体光論理素子が提案されている。今後も、これらの新し
い技術の提案は、より活発に行われ、光情報処理技術が
実用化されていくことが予想される。

従来の技術光フリップフロップ（以下光Ｆ／Ｆ　）は、
例えば、文献、入ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅ
ｔｔｅｒ（５０゜１５５９１９８７年〉に示されている
ような光双安定素子（Ｏ３ＢＤ）を利用したもので、第
５図に示すように光活性層とこの両端に取り付けられた
反射鏡とから構成されている。このようにすることによ
り光Ｆ／Ｆは半導体エタロンを形成し、光双安定動作が
可能となる。この従来の光Ｆ／Ｆは、活性層１６として
のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの超格子と、この超格子の両
端に形成された反射鏡１７とから構成される。

次に、第４図は、横軸を入力光の強さとし°、縦軸を透
過率として０ＢＳＤ　（エタロン）の入力特性を示した
ものである。入力光の強さＰｔがＰｉ＜ＰＩのときは、
入力光は０ＢＳＤに吸収されるので、出力光は非常に小
さいが、Ｐｉを徐々に強くしていき、Ｐｉ＞Ｐ２となる
と、０ＢＳＤは透明状態となり、出力光の強さは入力光
の強さと同じになる。逆に、入力光の強さを徐々に弱く
していくとＰｉ＝ＰＩまでは、透明状態を保持するが、
Ｐｉ＜Ｐｌとなると、再び、入力光は０ＢＳＤに吸収さ
れ、出力光は小さくなる。以上の動作を踏まえて、いま
、バイアス光として強さｐｂの光を入力した状態で、強
さｐｈの信号光をバイアス光に重畳させることにより、
０ＢＳＤは透明状態となり、バイアス光が透過される。

この状態をＦ／Ｆのセット状態に対応させる。次に、強
さＰＩの光をバイアス光から減することにより、０ＢＳ
Ｄは吸収状態となり、透過光は非常に小さくなる。

この状態は、Ｆ／Ｆのリセット状態に対応する。

以上のように、入力光の強さにより、透明状態と吸収状
態とが繰り返されることに起因して、光Ｆ／Ｆが実現さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の光Ｆ／Ｆは、第１に、リセットするため
の信号光がバイアス光の強さを減じたものでなけばらな
らないと言う欠点がある。これは、光強度に関して減算
処理が必要となるが、Ｆ／Ｆに対して減算処理を行うこ
とは困難である。

第２に、バイアス光が必要であると言う欠点がある。即
ち、Ｆ／Ｆに入力する光の強さのレベルに、バイアス光
のレベルＰｈ、セット光のレベル（強い）Ｐｈ、リセッ
ト光のレベル（弱い）ＰＩの３種類のレベルが必要なこ
ととなり、２値のディジタル光回路の設計が複雑になり
不都合を生じる場合がある。更に、バイアス光が必要な
為に、セット、リセットを行う信号光のほかに光源が必
要となり、構成が複雑になると言う欠点、またバイアス
光が雑音とならない様な特別な工夫が必要である、と言
う欠点も存在する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光Ｆ／Ｆは、反射率が１でない第１のミラーと
、同じく反射率が１でない第２のミラーとより構成され
る光共振器と、この光共振器内に置かれたレーザ発振を
起こすレーザ媒質と、光共振器内のレーザ発振時のレー
ザ光軸上に配置された光双安定素子と、同じく光共振器
内部に配置された自己電気光学効果素子と、前記レーザ
媒質にレーザ発振を起こさせるエネルギーを供給するポ
ンピング部と前記自己電気光学効果素子に対してレーザ
光軸と直角方向の両端に取り付けられた第１及び第２の
透明電極と、この第２の透明電極にその一方の端子を接
続された抵抗と、この抵抗のもう一方の端子が負極に接
続され、且つ、前記第１の透明電極が正極に接続された
直流電源と、第２の透明電極から、第１の透明電極方向
に向かって、入力光に対する、第２高調波を入射させる
第２高調波発生素子とを有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

第１図において、本発明の一実施例は、反射率Ｒ１≠１
の第１のミラー１と同じく反射率Ｒ２≠１の第２のミラ
ー２とより構成される光共振器と、この光共振器内に置
かれたレーザ発振を起こす為のレーザ媒質３と、光共振
器内のレーザ発振時のレーザ光軸上に配置された光双安
定素子（ＯＢＳＤ）４と同じく光共振器内部に配置され
た自己電気光学効果素子（ＳＥＥＤ）５と、前記レーザ
媒質３にレーザ発振を起こさせる為のエネルギーを供給
するボンピング部６と、前記５ＥＥＤ５に対してレーザ
光軸と直角方向の両端に取り付けられた第１の透明電極
７及び第２の透明電極８と、この第２の透明電極８にそ
の一方の端子を接続された抵抗９と、この抵抗９のもう
一方の端子が負極に接続され、且つ、前記第１の透明電
極７が正極に接続された直流電源ｌＯと、第１の透明電
極７から、第２の透明電極８の方向に向かって、入力光
に対する、第２高調波１４を入射させる第２高調波発生
素子（以下、’Ｓ　ＨＧと略す）１１とを含んで構成さ
れる。

次に、本発明の光Ｆ／Ｆの動作に於て、重要な働きをす
る０ＢＳＤ４．５ＥＥＤ５、及び、５ＨＧｌｌの動作に
ついて説明を行う。第２図に０ＢＳＤ４の入出力特性を
示す。第２図の横軸は入力光の強さであり、縦軸は０Ｂ
ＳＤ４の光透過率である。第２図において、入力光の強
さが、０ＢＳＤ４のＰＴより弱いときは、光は内部で吸
収されるので、出力光は０となるが、ＰＴを越えると、
ＯＢＳＤ４は透明になり、入力光が全て透過されるとい
う働きをする。

第３図に５ＥＥＤ５の入出力特性を示す、第３図の横軸
は入力光の波長λであり、縦軸は出力光の強さである。

先ず、第１図に於て、５ＥＥＤ５に対して、電源１０よ
り、抵抗９を介して電圧Ｖｓを加えると、５ＥＥＤ５は
シュタルク効果を生じ、第３図に示すＡ特性が得られる
。即ち波長λ０／２の光を吸収し、波長λ０の光は透過
する。このＡ特性を示す時、５ＥＥＤ５に、波長＾０／
２の光入力を入力すると、５ＥＥＤ５の内部では、波長
λ０／２の光の吸収が起こり、その結果、光電流が発生
し電圧Ｖｓの方向に流れる。

そして、抵抗９により電圧降下が起こり、ｖｓが小さく
なり、Ｖｓ＝Ｏの状態となる。その結果、５ＥＥＤ５は
、第３図に示すＢ特性となり、シュタルク効果はなくな
り、波長λＯの光を吸収し、波長λ０／２の光を透過す
る。つまり、波長λ０／２の光がないときは、波長λ０
の光に対しては透明となるが、波長λ０／２の光がある
ときは、波長λＯの光は透過しなくなるという働きをす
る。

５ＨＧ１１は波長＾Ｏの入力光を波長λ０／２の出力光
に変える働きをする。

次に、本実施例の動作について説明する。始めに、動作
の状態の説明をする。第１図において、光共振器の第２
のミラー２が出力ミラーであり、ここよりレーザ光が出
力信号光１５として出力されている状態がＦ／Ｆのセッ
ト状態であり、レーザ光が出力されていない状態がリセ
ット状態である。次に、動作の初期状態を説明する。レ
ーザ媒質３は、ボンピング部６により活性化されレーザ
発振できる状態になっている。この時、レーザ媒質３か
らは、波長λ０の自然放出光が発生しているが、この光
の強さをＰ　ｄａｒｋとしたとき、Ｐ　ｄａｒｋと０Ｂ
ＳＤ４の特性の関係が第２図で示されるような０ＢＳＤ
４を用いることとすると、第２図で解る通り、この自然
放出光は０ＢＳＤ４にて吸収されてしまい、レーザ媒質
３に対して、第２のミラー２による十分な帰還はかから
すレーザ発振は起こらない。つまり、初期状態はリセッ
ト状態となる。尚、初期状態での５ＥＥＤ５は、電源１
゜により、抵抗９を介して電圧■ｓが加えられて、第３
図に於けるＡ特性で且つ、波長＾０／２の光は入力され
ていないものとする。

次に、このＦ／Ｆをセット状態にする動作を説明する。

第１のミラー１の外側より、Ｆ／Ｆをセットするための
波長λ口のセット信号光１２をし−ザ光軸に沿って入力
する。このセット信号光１２の大きさＰ　ｓｅｔを第２
図に示す大きさとすると、第２図より、この光の為に０
ＢＳＤ４は透明な状態となり、０ＢＳＤ４に対する入力
光は全て透過される。又、５ＥＥＤ５は、第３図に於け
るＡ特性を示しているので、波長λ０の光は透過される
。

従って、前記自然放出光も透過され、レーザ媒質３に対
して第２のミラー２による期間が十分な量となり、レー
ザ発振が起こり、波長λ０のレーザ光が第２のミラー２
より出力信号光１５として出力される。これで、Ｆ／Ｆ
はセット状態にされたことになる。光共振器内部のレー
ザ光の強さＰｌｄが第２図に示されるように十分大きけ
れば、この状態にて、セット信号光１２の入力をやめて
も、レーザは発振を続ける。従って、Ｆ／Ｆはセットさ
れた状態を保持し続ける。

次に、このＦ／Ｆをリセット状態にする動作を説明する
。Ｆ／Ｆをセットする時と同じ光（波長λＯ）をリセッ
ト信号光１３として５ＨＧＩＩに入力すると、５ＨＧＩ
Ｉからは、波長λ０／２の光１４が発生され、これは、
第１の透明電極７を通して５ＥＥＤ５に入力される。従
って、５ＥＥＤ５は第３図におけるＢ特性を示し、発振
中の波長λ０のレーザ光を透過しなくなる。このため、
今度は、第１のミラー１による帰還が十分かからなくな
り、レーザ発振が停止し、第２のミラー２からの出力信
号光１５がなくなり、Ｆ／Ｆはリセットされたことにな
る。この状態で、リセット信号光１３の入力をやめても
リセット状態は保持される。以上の様に、セット信号光
１２．リセット信号光１３により、レーザが発振と停止
の状態を繰り返すことにより、光Ｆ／Ｆが実現されるこ
とになる。

〔発明の効果〕

本発明の光Ｆ／Ｆは、レーザ共振器の内部に０ＢＳＤと
５ＥＥＤを設置し、これに外部よりセット信号光、また
は、リセット信号光を入力させることにより、レーザの
発振を制御しＦ／Ｆの動作を実現している。このため、
光強度に対する減算処理のごとき演算処理は不用なので
構成が簡単になる。又、バイアス光は不用なので、信号
光以外の光源は不用であり、従って、バイアス光におけ
る雑音に対する配慮は不用となり、設計が容易となる。

又、信号光は、光の有る状態と無い状態の２値だけでＦ
／Ｆ動作を実現でき、光論理回路の設計が容易であると
言う大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、光双安定素子（ＯＢＳＤ）の入出力特性を示す図、
第３図は、自己電気光学効果素子（ＳＥＥＤ）の入出力
特性を示す図、第４図は、従来の光フリップフロップの
入出力特性と動作を示す図、第５図は、従来の光Ｆ／Ｆ
を示す図である。 １．２・・・ミラー、３・・・レーザ媒質、４・・・光
双安定素子（ＯＢＳＤ）、５・・・電気光学効果素子（
ＳＥＥＤ）、６・・・ボンピング部、７．８・・・透明
電極、９・・・抵抗、１０・・・直流電源、１１・・・
第２高調波発生素子（ＳＨＧ）、１２・・・信号光、１
３・・・リセット信号光、１４・・・光電流、１５・・
・出力信号光、１６・・・活性層、１７・・・反射鏡、
１８・・・入力光、１９・・・出力光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反射率が１でない第１のミラーと、同じく反射率が１で
   ない第２のミラーとより構成される光共振器と、この光
   共振器内に置かれたレーザ発振を起こすレーザ媒質と、
   光共振器内のレーザ発振時のレーザ光軸上に配置された
   光双安定素子と、同じく光共振器内部に配置された自己
   電気光学効果素子と、前記レーザ媒質にレーザ発振を起
   こさせるエネルギーを供給するポンピング部と前記自己
   電気光学効果素子に対してレーザ光軸と直角方向の両端
   に取り付けられた第１及び第２の透明電極と、この第２
   の透明電極にその一方の端子を接続された抵抗と、この
   抵抗のもう一方の端子が負極に接続され、且つ、前記第
   １の透明電極が正極に接続された直流電源と、第２の透
   明電極から、第１の透明電極方向に向かって、入力光に
   対する、第２高調波を入射させる第２高調波発生素子と
   を含んで構成されることを特徴とする光フリップフロッ
   プ。