JPH03105330A - 光双安定半導体レーザの制御方法 - 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】 ［概要］ 光信号を用いてセット、リセットの制御、例えばそれを
用いてメモリ動作を行なう光双安定半専体レーザの制御
方法に関し、 而光面の異なる光信号を用いてメモリ動作を行ない、光
信号処理システムの構成上の設計自由度を向上させる光
双安定半導体レーザのメモリ方法を提供することを目的
とし、 光双安定性を示すように電流バイアスされた光双安定半
導体レーザに、第１の偏波面をもつ光信号を入力するこ
とによりセット動作を行ない、該第１の偏波面と直交す
る第２の偏波面をもつ光信号を入力することによりリセ
ット動作を行なう上うに楕成する． ［産業上の利用分野］ 本発明は光信号を用いてセット、リセットの制御、例え
ばそれを用いてメモリ動作を行なう光双安定半導体レー
ザのメモリ方法に関する。

近年、長距離・大容量の光通信システムが急速に発達し
、その有用性が高まっている．従来の光信号を用いた通
信システムにおいては、信号を処理する部分では、光信
号を一度電気信号に変え、電気的に処理した後に再び光
信号に戻すという方法が採られていた．しかし、光の高
速性を生かすために、また信号処理部の構成素子数を減
らすためにも、光信号を光のままで処理できる信号処理
システムの開発が望マれている。そしてこのような新し
い信号処理ジステムを椙或するためには、光信号を時間
的に保持する光メモリ素子が必要とされる． ［従来の技術］ 従来のメモリ動作を行なう光双安定半導体レーザを第５
図に示す． 光信号が入力されるノンドープＩ　ｎＧａＡｓ　Ｐ活性
層１４は、ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１６とｎ型１ｎＰ
下部クラッド層１８とによって上下を挟まれている．そ
してｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１６上には、ｐ＋型１ｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層２０を介して、光双安定半専体
レーザ１２が光双安定性を示すようにｔ流バイアスする
２つのｐ側電極２２．２４が光の進行方向、即ち共振器
方向に一定の間隔をあけて配置されている。また、ｎ型
ＩｎＰ下部クラッド層１８底面上にはグランドに接地さ
れたｎ　ｆｌ！ＩＩ重瑛２６が設けられている。

次に、動作を説明する。

ｐ側ｔｔｉ２２，２ｌ１に所定の電流バイアスをかける
ことにより、電流励起される活性領域としての利得領域
２８．３０と、これらの利得領域２８，３０に挟まれ、
電流励起されていない非活性領域としての可飽和吸収領
域３２とを形或する．この可飽和吸収領域３２は、入力
された光信号の光強度が小さいときには光の吸収係数が
大きく、光強度が大きくなると吸収係数が小さ《なる性
質、即ち可飽和吸収特性をもつ．このため、第６図に示
されるように、電流一光出力特性において光双安定性を
得ることができる。

すなわち、２つのｐ　Ｉｌｔｌｌ電極２２．２４の内、
方の電極に流す電流を一定に保ち、他方の電極に流す電
流を大きくしていくと、注入電流が小さいときには発光
強度が小さく、可飽和吸収領域３２の吸収係数が大きい
ためにレーザ発振は起こらない．注入電流を増大してい
くと、発光強度が大きくなり、可飽和吸収領域３２の吸
収係数が小さくなってレーザ発振が起こる。この状態で
はレーザ発振による発光強度が大きいため、可飽和吸収
領域３２は透明状態に近い．従って、注入電流を少し減
らしてもレーザ発振は維持される．このようにして、第
６図に示される光双安定特性が得られる． 次に、この光双安定半導体レーザを用いる従来の光メモ
リ方法を説明ずる． いま、第６図に示すＣ点に電流バイアスした状態におい
て、外部がら光信号を入力すると、可飽和吸収領域３２
が光励起されてレーザ発振が起こり、Ｄ点の状態に変わ
る．すなわち、このセット動作により、光信号がメモリ
される。このときの入力光信号の波長とセット動作に必
要とされる光強度との関係は、第７図のグラフにおいて
実線で示すように周期的な特性となる．ここで周期的な
特性が現れているのは、光双安定半導体レーザがファブ
リ・ベロ光共振器を形成しているためであり、共振波長
となるところでセット動作に必要とされる光強度は極小
となる． また、第６図に示すＤ点の状態がらＣ点の状態に戻すリ
セット動作を行なうためには、リセットＴ＆流パルスを
加えて電流バイアスを一時的に下げる方法がとられる。

すなわち、リセット動作は光信号と電気信号とが必要と
される。

このように光信号と電気信号とを用いてセット・リセッ
トのメモリ動作が行なわれる従来の光双安定半導体レー
ザに対して、最近、電気信号を用いることなく光信号の
みを用いてメモリ動作を行なうことが提案され、実現さ
れている。すなわち、第６図に示すＤ点の状態において
、外部がらセット光と波長の異なる光信号を入カすると
、利得領域の利得が減少するためにレーザ発振が停止し
、リセット動作が行なわれる．このときの入カ光ｔ３号
の波長とリセット動作に必要とされる光強度との関係は
、第７図のグラフにおいて破線で示すような周期的な特
性となる。

このため、異なる波長の入力光を用いてセット・リセッ
ト動作を行なうことができ、従ってこのような光信号の
みによって光双安定半導体レーザをセット・リセッ１〜
するメモリ動作を行なうこと　　成上の設計自由度を向
上させる光双安定半Ｐ４体レができる．　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　−ザのメモリ方法を提供する
ことを目的とする．［発明が解決しようとする課題］ このように、上記従来の光信号のみによって光双安定半
導木レーザをセット・リセットするメモリ方法において
は、セット光とリセット光との波長を変えることによっ
て区別している。

ところで、光信号処理システムにおいて光双安定半導体
レーザによるメモリ方法を用いる場合、セット光とリセ
ット光とを区別する光の性質は多種類に及ぶほうがシス
テム構成上の自由度が増える上で望ましい。すなわち、
７ｉ長差だけでなく、偏光差、強度差、パルス幅差、位
相差等によってセット・リセット動作が可能となること
が期待されている．しかし、現状においては、このよう
な光の性質を用いたセット・リセット動作を行なうメモ
リ方法は実現されていない． そこで本発明は、偏光面の興なる光信号を用いてメモリ
動作を行ない、光信号処理システムの楕［課題を解決す
るための手段］ 上記課題は、光双安定性を示すように電流バイアスされ
た光双安定半導体レーザに、第１の面波面をもつ光信号
を入力することによりセット動作を行ない、該第１の偏
波面と直交する第２の崗波面をもつ光信号を入力するこ
とによりリセット動作を行なうことを特徴とする光双安
定半導体レーザの制御方法によって達或される． ［作　用］ すなわち本発明は、光双安定半導体レーザに閑波面の異
なる光信号を入力し、その丙光差を利用してセット・リ
セット動作を行なうことにより、メモリ動作を行なうこ
とができる。

［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図は、本発明の一実施例による光双安定半専体レー
ザを用いたメモリ方法を説明するための図、第２図乃至
第４図は、それぞれ第１図の光双安定半堺体レーザの動
作を説明するためのグラフである． 光情報処理の光源としてのレーザ２は、光ファイバ４を
介して、屑波面変換器としてのコネクタ６に光結合され
ている．そして光信号の個波面を変えてＴＥ９ｉ波光と
Ｔ　Ｍ　ｌｌ波光との切替えを行なうコネクタ６は、レ
ンズ８．１０を介して、光双安定半導体レーザ１２に光
結合されている．光双安定半導体レーザ１２は、光信号
としてＴＥ痢波光又はＴＭ偏波光が入力されるフォトル
ミネセンス波長１．３μｍ．厚さ０，２μｍのノンドー
ブＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層１４と、このＩｎＧａＡｓＰ
活性層１４を上下に挟んでいるキャリア濃度ρ＝５Ｘ１
０”ｃｍ−’、厚さ１．５μｍのＰ型１ｎＰ上部クラッ
ド層１６及びキャリア濃度ｎ＝２Ｘ１０”ｃｍ−’のｎ
型ＩｎＰ下部クラッド層１８とを有する２重へテロ接合
構造の半導体レーザである． そしてＰ型ｒｎＰ上部クラッド層ｌ６上には、フォトル
ミネセンス波長１．３μｍ．キャリア濃度Ｐ＝ＩＸ１０
”ｃｍ−’、厚さ０．４μｍのＰ＋型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層２０を介して、長さ１９０μｍのＰ側Ｔ４極
２２と長さ７０，ｔｚｍのＰ側電［２２４とが光の進行
方向、即ち共振器方向に４０μｍの間隔をあけて配置さ
れている。そしてこれらのＰ測電極２２．２４は、光双
安定半Ｐ；体レーザ１２が光双安定性を示すように電流
バイアスされている．また、ｎ型１ｎＰ下部クラッド層
１８底面上にはｎ　（１１１１電ｆ！２６が設けられ、
接地されている。

次に、動作を説明する。

光情報処理の光源としてのレーザ２から出力された光信
号は、光ファイバ４を通って丙波面変換器としてのコネ
クタ６に達する．そしてこのコネクタ６を回転すること
によって光信号の偏波面を変え、Ｔ　Ｅ　ｌｍ波光とＴ
Ｍ偏波光との切替えを行なう９このＴ　Ｅ　ｌｆｆｉ波
光スはＴＭ偏波光は、レンズ８，１０を介して、光双安
定半導体レーザ１２に入力される． ところで、′ｒ　Ｅ　１５波光とＴＭ偏波光とでは光双
安定半導体レーザ１２内での光の伝播定数が異なるため
、ファブリ・べ口光共振特性の共振波長が違ってくる．
従って、セット動作に必要とされる光強度は、’Ｉ”　
Ｅ　崗波光とＴ　Ｍ　ｆＩｄ波光とに対して、それぞれ
第２図のグラフの実線と破線とで表されるような周期的
な特性を示す．そしてセット動作に必要とされる光強度
は、共振波長となるところで、例えば波長λ＝１．３０
８６５μｍと波長λ１．３０８４３μｍとにおいでそれ
ぞれ極小となる。

同様に，リセット動作に必要とされる光強度は、′１゛
Ｅ偏波光とＴＭ傷波光とに対して、それぞれ第３図のグ
ラフの一点鎖線と二点鎖線とで表されるような周期的な
特性を示し、例えば波長λ−１．３　０　８　７　５　
μｍと波長λ＝１．３０８５３μｍとにおいてそれぞれ
極小となる． これら第２図および第３図のグラフを合わせると、第４
図のような特性を示すグラフになる。第４図において、
実線、破線、一点鎖線、及び二点鎖線によって囲まれる
領域、例えば斜線で示されるａ領域内の例えばＡ点に相
当する波長λ−１３０８６０μｍ、光強度３０μＷの光
信号は、ＴＥｌ波光に対してセット動作を行ないリセッ
ト動作を行なわず、またＴＭｆｌ波光に対してリセット
動作を行ないセット動作を行なわない。従って、入力光
の波長及び光強度を上記の値に固定したままで、ＴＭ偏
波光からＴＥｉ波光に切り替えることによりセット動゛
作を行ない、またＴＥｆｍ波光からＴＭｌ波光に切り替
えることによりリセッ）〜動作を行なうことができる。

同様にして、実線、破線、一点鎖線、′及び二点鎖線に
よって囲まれる他のｂ領域内の例えばＢ点に相当する波
長λ−１．３０８２０μｍ、光強度４００μＷの光信号
も、波長及び光強度を上記の値に固定したままで、ＴＥ
９］波光からＴ　Ｍ　１４波光に切り替えることにより
セット動作を行ない、またＴＭｆｉ波光からＴＥｆｉ波
光に切り替えることによりリセノト動作を行なうことが
できる．このように、本実施例によれば、光の崗光状態
によって双安定半導体レーザのファブリ・ベロ共振特性
が異なることを利用して、入力光の偏波面をＴＥｆｉ波
光からＴＭｉ波光に、又はＴ　Ｍ　ＩＨ波光からＴＩＪ
Ｉ波光に切り替えることにより、同一波長及び同一光強
度の入力光を用いてセット・リセ１１〜動作を行なうこ
とができる。

なお、上記実施例において、ＴＥ屑波光とＴＭ偏波光と
の切替えは、光双安定半導体レーザ１２への入力直前に
、偏波面変換器としてのコネクタ６を用いて光信号の丙
波面を変えることにより行なっているが、これに限らず
、例えばそれぞれ信波面の異なる光源を用いてもよい． また、光双安定半導体レーザとして２重へテロ接合半導
体レーザを用いているが、シングルへテロ接合半導体レ
ーザやホモ接合半導体レーザを用いてもよい． ［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、双安定領域に励起電流を
バイアスした光双安定半導（ホ）レーザに第１の偏波面
をもつ光信号を入力することによりセット動作を行ない
、第２の偏波面をもつ光信号を入力することによりリセ
ット動作を行なうことにより、光信号の偏光差を用いて
メモリ動作を行なうことができる．これにより、光信号
処理システムの楕戒上の設計自由度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一突施剥による光双安定半導体レー
ザを用いたメモリ方法を説明するための図、 第２図乃至第４図は、それぞれ第１図の光双安定半導体
レーザの動作を説明するためのグラフ、第５図は、従来
の光双安定半？’ｐｈレーザを示す断面図、　第６図及
び第７図は、それぞれ第５図の光双安定半導体レーザの
動作を説明するためのグラフである。 図において、 ２・・・・・・レーザ、 ４・・・・・・光ファイバ、 ６・・・・・・コネクタ、 ８，１０・・・・・・レンズ、 １２・・・・・・光双安定半導体レーザ、１４−−−−
−−１ｎＧａＡｓＰ活性層、１６・・・・・・ｐ型１ｎ
Ｐ上部クラッド層、１８・・・・・・ｎ型ＩｎＰ下部ク
ラッド層、２　０　−−−　−・−　ｐ　’型Ｉ　ｎＧ
ａＡｓ　Ｐコンタ２２，２４・・・・・・ｐ測電極、 ２６・・・・・・ｎ側電梠、 ２８．３０・・・・・・利得領域、 ３２・・・・・・可鉋和吸収領域。 クト層、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光双安定性を示すように電流バイアスされた光双安定半
   導体レーザに、第１の偏波面をもつ光信号を入力するこ
   とによりセット動作を行ない、該第１の偏波面と直交す
   る第２の偏波面をもつ光信号を入力することによりリセ
   ット動作を行なうことを特徴とする光双安定半導体レー
   ザの制御方法。