JPH04226435A - Fully optical optical nonlinear type element - Google Patents

Fully optical optical nonlinear type element

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JPH04226435A
JPH04226435A JP12265491A JP12265491A JPH04226435A JP H04226435 A JPH04226435 A JP H04226435A JP 12265491 A JP12265491 A JP 12265491A JP 12265491 A JP12265491 A JP 12265491A JP H04226435 A JPH04226435 A JP H04226435A
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wavelength
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Yasuki Tokuda
徳田 安紀
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Abstract

PURPOSE:To obtain the element with which the characteristic for switching output light intensity is obtd. purely by light by adopting the constitution having the characteristic that the intensity of the output light is steeply changed with the intensity or wavelength of input light by a change in the internal electric field of a quantum well layer by photoexciting carriers. CONSTITUTION:The quantum well 3 consisting of the periodic laminated structure held by two clad layers 2, 4 is formed on an (n) type substrate 5. The exciting carriers are generated by absorption in the quantum well 3 when the input light is made incident on this element. The exciting carriers act to negate the built-in electric field by a p-n junction when the numbers of the electrons and holes which are the exciting carriers are both designated as (n). The energy band structure in the quantum well region inclines less steep with an increase in the (n). The wavelength of the optical transition is shortened by a Stark effect and, therefore, the response relation of the (n) and the absorption coefft. is obtd. if the input wavelength is selected.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、外部に電気回路を必
要とせず、純粋に光のみでの出力光強度の光スイッチン
グ特性が得られるとともに、光双安定特性あるいは光多
重安定特性が得られる全光学的光非線型素子に関するも
のである。
[Industrial Application Field] This invention does not require an external electric circuit, and it is possible to obtain optical switching characteristics of the output light intensity using pure light, as well as optical bistable characteristics or optical multistable characteristics. This invention relates to an all-optical optical nonlinear element.

【0002】0002

【従来の技術】図12は、例えばアプライド  フィジ
ックスレターズ,45巻,1号,13頁,(1984年
)(Appl. Phys. Lett. Vol.4
5, No.1, p.13,(1984))に示され
た従来の自己電気−光効果を用いた双安定素子を示す図
であり、図において、1は電極、2はp型AlGaAs
クラッド層、3はGaAs/AlGaAs量子井戸層、
4はn型AlGaAsクラッド層、5はn型GaAs基
板、6は電気抵抗、7はバイアス電圧である。
BACKGROUND ART FIG. 12 shows, for example, Applied Physics Letters, Vol. 45, No. 1, p. 13, (1984) (Appl. Phys. Lett. Vol. 4).
5, No. 1, p. 13, (1984)) is a diagram showing a bistable device using the conventional self-electro-optic effect, in which 1 is an electrode, 2 is a p-type AlGaAs
cladding layer, 3 is a GaAs/AlGaAs quantum well layer,
4 is an n-type AlGaAs cladding layer, 5 is an n-type GaAs substrate, 6 is an electric resistance, and 7 is a bias voltage.

【0003】次に動作について説明する。量子井戸構造
では、励起子によるシャープな吸収が安定に得られ、か
つそのピーク波長は電界に対してシフトするので、1つ
の励起子吸収に対応するある波長λにおける単位パワー
当たりの光電流は、素子にかかる電圧をVとするとき、
図13の実線のように応答する。
Next, the operation will be explained. In the quantum well structure, sharp absorption by excitons is stably obtained, and the peak wavelength shifts with respect to the electric field, so the photocurrent per unit power at a certain wavelength λ corresponding to one exciton absorption is: When the voltage applied to the element is V,
The response is shown by the solid line in FIG.

【0004】ここで、抵抗6の値をR、逆バイアス電圧
7をVex、入力光パワーをPin、光電流をIとする
とき、負荷特性は、
Here, when the value of the resistor 6 is R, the reverse bias voltage 7 is Vex, the input optical power is Pin, and the photocurrent is I, the load characteristics are as follows.

【0005】[0005]

【数1】[Math 1]

【0006】であるから、横軸とVexで交わり、傾き
が−1/RPinの直線となる。
Therefore, it is a straight line that intersects the horizontal axis at Vex and has a slope of -1/RPin.

【0007】図13からRとVexを選ぶことにより、
ある入力光強度範囲において、負荷直線は応答曲線と3
点で交わり2つの安定点をもつ。すなわち入力光強度P
inに対して光電流Iや出力光強度Pout は図14
や図15のような双安定特性を示す。
By selecting R and Vex from FIG.
In a certain input light intensity range, the load line is the response curve and 3
They intersect at a point and have two stable points. That is, the input light intensity P
Figure 14 shows the photocurrent I and output light intensity Pout for in.
It exhibits bistable characteristics as shown in Figure 15.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の双安定素子は以
上のように構成されており、電気的にフィードバックを
かけるために外部に電気回路を接続する必要があり、た
とえば集積化などの点で問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional bistable elements are configured as described above, and it is necessary to connect an electric circuit to the outside in order to apply electrical feedback. There was a problem.

【0009】また、1つの電流ピークのみを用いている
ので双(2重の)安定特性しか得られないという問題点
があった。
Furthermore, since only one current peak is used, there is a problem in that only bi-stable characteristics can be obtained.

【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、外部に電気回路をつながず、純
粋に光のみにより、入力光強度または入力光波長に対す
る光出力のスイッチング特性や光双安定特性の得られる
光非線型素子を得ることを目的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to measure the switching characteristics of the optical output with respect to the input optical intensity or the input optical wavelength by using only light without connecting an external electric circuit. The purpose of this study is to obtain an optical nonlinear device that exhibits optical bistable characteristics.

【0011】またこの発明は外部に電気回路をつながず
、純粋に光のみにより、入力光強度または入力光波長に
対して光多重安定特性を得ることのできる光非線型素子
を得ることを目的とする。
[0011] Another object of the present invention is to obtain an optical nonlinear element that can obtain optical multiplex stability characteristics with respect to input light intensity or input light wavelength purely using light without connecting an external electric circuit. do.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】この発明に係る全光学的
光非線型素子は、光を入射する面を有する電気的に浮い
た第1導電型半導体と、光を出射する面を有する電気的
に浮いた第2導電型半導体と、上記第1導電型半導体と
第2導電型半導体にはさまれた、入力光を吸収する量子
井戸層を含むアンドープ半導体層とを備え、入力光の上
記量子井戸層での吸収により発生する光励起キャリアに
よる該量子井戸層の内部電界の変化により、入力光の強
度,あるいは波長に対して出力光の強度が急峻に変化す
る特性をもつようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] An all-optical optical nonlinear element according to the present invention includes an electrically floating first conductivity type semiconductor having a surface into which light enters, and an electrically floating semiconductor having a surface through which light is emitted. a second conductivity type semiconductor floating in the semiconductor layer; and an undoped semiconductor layer sandwiched between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor and including a quantum well layer that absorbs input light; It has a characteristic that the intensity of the output light changes sharply with respect to the intensity or wavelength of the input light due to changes in the internal electric field of the quantum well layer due to photoexcited carriers generated by absorption in the well layer. .

【0013】また、この発明に係る全光学的光非線型素
子は、上述の構造において量子井戸層を各井戸層のエネ
ルギー準位が相互に結合する程度に十分薄い障壁層を介
して積層された2以上の井戸層を備え、かつ内部電界の
変化により上記各井戸層のエネルー準位が交差する非対
称結合構造あるいは対称結合構造を有するものとしたも
のである。
Further, the all-optical optical nonlinear device according to the present invention has the structure described above, in which the quantum well layers are laminated with a barrier layer thin enough to couple the energy levels of each well layer with each other. The device has two or more well layers and has an asymmetrical coupling structure or a symmetrical coupling structure in which the energy levels of the well layers intersect due to changes in the internal electric field.

【0014】[0014]

【作用】この発明においては、光を入射する面を有する
電気的に浮いた第1導電型半導体と、光を出射する面を
有する電気的に浮いた第2導電型半導体と、上記第1導
電型半導体と第2導電型半導体にはさまれた、入力光を
吸収する量子井戸層を含むアンドープ半導体層とを備え
、入力光の上記量子井戸層での吸収により発生する光励
起キャリアによる該量子井戸層の内部電界の変化により
、入力光の強度,あるいは波長に対して出力光の強度が
急峻に変化する特性をもつ構成としたから、純粋に光の
みにより、光スイッチング特性を得ることができるとと
もに、入力光強度および入力光波長に対する出力光強度
の光双安定特性を得ることができる。
[Operation] In the present invention, an electrically floating first conductivity type semiconductor having a light incident surface, an electrically floating second conductivity type semiconductor having a light emitting surface, and the first conductivity an undoped semiconductor layer sandwiched between a conductive type semiconductor and a second conductivity type semiconductor and including a quantum well layer that absorbs input light; Because the structure has a characteristic that the intensity of the input light or the intensity of the output light changes sharply with respect to the wavelength due to changes in the internal electric field of the layer, it is possible to obtain optical switching characteristics purely using light. , it is possible to obtain optical bistability characteristics of output light intensity with respect to input light intensity and input light wavelength.

【0015】またこの発明においては、上記量子井戸層
を各井戸層のエネルギー準位が相互に結合する程度に十
分薄い障壁層を介して積層された2以上の井戸層を備え
、かつ内部電界の変化により上記各井戸層のエネルギー
準位が交差する非対称結合構造あるいは対称結合構造を
有するものとしたから、光スイッチング特性を得ること
ができるとともに、入力光強度および入力光波長に対す
る出力光強度の光多重安定特性を得ることができる。
Further, in the present invention, the quantum well layer is provided with two or more well layers laminated via a sufficiently thin barrier layer such that the energy levels of each well layer are coupled to each other, and the internal electric field is Since the structure has an asymmetrical coupling structure or a symmetrical coupling structure in which the energy levels of each well layer intersect with each other due to the change, it is possible to obtain optical switching characteristics and to change the output light intensity with respect to the input light intensity and the input light wavelength. Multiple stability properties can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は、この発明の第1の実施例による全光学的光
非線型素子の構造図であり、図において、2は入力光波
長λに対して透明なベリリウムを5×1018cm−3
ドープした1μmのp型AlGaAsクラッド層、3は
100  のGaAsと100  のAlGaAsの周
期積層構造からなる量子井戸層、4は入力光波長λに対
して透明なシリコンを1×1018cm−3ドープした
1μmのn型AlGaAsクラッド層である。なお、こ
の素子にはいかなる外部の電気回路も接続されていない
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural diagram of an all-optical optical nonlinear device according to a first embodiment of the present invention.
1 μm doped p-type AlGaAs cladding layer, 3 a quantum well layer consisting of a periodic stacked structure of 100 μm GaAs and 100 μm AlGaAs, 4 a 1 μm doped silicon transparent to the input light wavelength λ at 1×10 18 cm −3 This is an n-type AlGaAs cladding layer. Note that this element is not connected to any external electrical circuit.

【0017】次に動作について説明する。いま、入力光
が本素子に入射するとき、量子井戸3での吸収により励
起キャリアが生じる。ここで、励起キャリアである電子
と正孔の数はともにnとする。励起キャリアはpn接合
によるビルトイン電界を打ち消すように働くため、吸収
がふえ、nが増えるにつれ、量子井戸領域のエネルギー
バンド構造は図2に示したように同図(a) から同図
(b) に示すように傾きが緩やかになる。このとき矢
印で示した光学(吸収)遷移の波長はシュタルク効果に
より短くなることがよく知られている。従って入力波長
λを選択すれば図3(a) ,(b) のようなnと吸
収係数αとの応答関係を得ることができる。
Next, the operation will be explained. Now, when input light enters the device, excited carriers are generated by absorption in the quantum well 3. Here, the numbers of electrons and holes, which are excited carriers, are both n. Excited carriers act to cancel the built-in electric field due to the pn junction, so absorption increases and as n increases, the energy band structure of the quantum well region changes from (a) to (b) as shown in Figure 2. As shown in , the slope becomes gentler. At this time, it is well known that the wavelength of the optical (absorption) transition shown by the arrow becomes shorter due to the Stark effect. Therefore, by selecting the input wavelength λ, it is possible to obtain the response relationship between n and the absorption coefficient α as shown in FIGS. 3(a) and 3(b).

【0018】一方、Aを比例定数、Pinを入力光強度
とするとき、近似的に
On the other hand, when A is a proportionality constant and Pin is the input light intensity, approximately

【0019】[0019]

【数2】[Math 2]

【0020】が成り立つ。ここで、この直線は入力光強
度Pinが大きくなるにつれて傾きが緩やかになる。
##EQU1## holds true. Here, the slope of this straight line becomes gentler as the input light intensity Pin increases.

【0021】この直線と図3(a) ,(b) の応答
曲線との交点が実際の素子が示す安定な応答点となる。
The intersection of this straight line and the response curves shown in FIGS. 3(a) and 3(b) is the stable response point exhibited by the actual device.

【0022】図4(a) ,(b) にそれぞれ入力光
強度Pinに対する吸収係数αと出力光強度Pout 
との関係を示す。
FIGS. 4(a) and 4(b) show the absorption coefficient α and the output light intensity Pout with respect to the input light intensity Pin, respectively.
Indicates the relationship between

【0023】図4(a) ではaに対応する入力光強度
Pinで吸収係数α、すなわち出力光強度Pout の
急激な変化が得られる。また図4(b) では、bとc
に対応する入力光強度Pinの間で出力光強度Pout
 の双安定特性が得られることがわかる。
In FIG. 4(a), a sudden change in the absorption coefficient α, ie, the output light intensity Pout, is obtained at the input light intensity Pin corresponding to a. Also, in Figure 4(b), b and c
The output light intensity Pout is between the input light intensity Pin corresponding to
It can be seen that the bistable property of is obtained.

【0024】以上の説明では、入力光強度Pinに対す
る出力光強度Pout の全光学的光非線型特性を得る
方法について述べたが、図5のように吸収特性は長波長
入力光に対してより小さなnで最大値をとるので、図6
のように入力光波長に対する出力光強度Pout の双
安定特性も得られることがわかる。
In the above explanation, the method of obtaining the all-optical optical nonlinear characteristic of the output light intensity Pout with respect to the input light intensity Pin was described, but as shown in FIG. 5, the absorption characteristic is smaller for long wavelength input light. Since the maximum value is taken at n, Figure 6
It can be seen that a bistable characteristic of the output light intensity Pout with respect to the input light wavelength is also obtained as shown in FIG.

【0025】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図7は本発明の第2の実施例による全光学的光非
線型素子の図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram of an all-optical optical nonlinear element according to a second embodiment of the invention.

【0026】図において、21は入力光波長λに対して
透明なベリリウムを5×1018cm−3ドープした1
μm  のp型AlGaAsクラッド層、22は入力光
波長λに対して透明なシリコンを1×1018cm−3
ドープした1μmのn型AlGaAsクラッド層、23
はアンドープAlGaAs層、24は100オングスト
ロームGaAs量子井戸、25は80オングストローム
GaAs量子井戸、26は8オングストロームのAlG
aAsバリア層、27はn型GaAs基板である。入力
光強度と波長をPinとλ、出力光強度をPout と
する。
In the figure, 21 is 1 doped with 5×10 18 cm −3 of beryllium, which is transparent to the input light wavelength λ.
μm p-type AlGaAs cladding layer, 22 is a 1×1018 cm-3 silicon layer transparent to the input light wavelength λ.
Doped 1 μm n-type AlGaAs cladding layer, 23
is an undoped AlGaAs layer, 24 is a 100 angstrom GaAs quantum well, 25 is an 80 angstrom GaAs quantum well, and 26 is an 8 angstrom AlG layer.
The aAs barrier layer 27 is an n-type GaAs substrate. Let Pin and λ be the input light intensity and wavelength, and Pout be the output light intensity.

【0027】量子井戸24,25の間に設けられたバリ
ア層26は量子井戸24,25の各エネルギー準位が相
互に結合するように上述のように十分薄く設定される。
The barrier layer 26 provided between the quantum wells 24 and 25 is set to be sufficiently thin as described above so that the energy levels of the quantum wells 24 and 25 are coupled to each other.

【0028】なお、この素子にはいかなる外部の電気回
路も接続されていない。
Note that this element is not connected to any external electric circuit.

【0029】次に動作について説明する。第1の実施例
と同様に励起キャリアはpn接合によるビルトイン電界
を打ち消すように働くため、量子井戸領域におけるエネ
ルギーバンド構造の傾きが緩やかになる。図8はこの様
子を示すエネルギーバンド図である。図において、Aは
量子井戸25のエネルギー準位、Bは量子井戸24のエ
ネルギー準位を示している。入力光の吸収で発生する光
励起キャリアにより図8(a) の状態から図8(b)
 に示す状態に内部電界が変化するが、このとき量子井
戸24は量子井戸25より広いため、エネルギー準位A
とBの上下関係が逆転する。このため、吸収ピーク波長
は、ジャーナル  オブ  アプライド  フィジック
ス,65巻,2168頁,(1989年)(J.App
l.Phys.,65(5) −March 1989
, pp.2168)に示されたように、nに対して図
11(a) のように変化する。従ってある波長λに対
する吸収係数αの変化は、図11(b)のようになる。 ここでnとαには近似的に数2の関係が成り立つ。この
直線は入力光強度Pinが大きくなるにつれて傾きが緩
やかになる。この直線と図11(b) の応答曲線との
交点が実際に素子が示す応答点となる。すなわち図11
(b) のように2本の破線で挟まれるような入力光強
度Pinに対して出力光強度Pout は3重安定特性
をとる。
Next, the operation will be explained. As in the first embodiment, the excited carriers act to cancel the built-in electric field due to the pn junction, so the slope of the energy band structure in the quantum well region becomes gentle. FIG. 8 is an energy band diagram showing this situation. In the figure, A indicates the energy level of the quantum well 25, and B indicates the energy level of the quantum well 24. Due to photoexcited carriers generated by absorption of input light, the state shown in Fig. 8(a) changes to Fig. 8(b).
The internal electric field changes to the state shown in , but at this time, the quantum well 24 is wider than the quantum well 25, so the energy level A
The hierarchical relationship between and B is reversed. Therefore, the absorption peak wavelength is determined by the following: Journal of Applied Physics, Volume 65, Page 2168, (1989) (J. App.
l. Phys. , 65 (5) -March 1989
, pp. 2168), it changes with respect to n as shown in FIG. 11(a). Therefore, the change in the absorption coefficient α with respect to a certain wavelength λ is as shown in FIG. 11(b). Here, the relationship of equation 2 approximately holds true between n and α. The slope of this straight line becomes gentler as the input light intensity Pin increases. The intersection of this straight line and the response curve of FIG. 11(b) becomes the actual response point of the element. That is, Figure 11
As shown in (b), the output light intensity Pout takes a triple stability characteristic with respect to the input light intensity Pin sandwiched between two broken lines.

【0030】なお、第2の実施例では入力光強度Pin
に対する3重安定特性を示したが、図11からわかるよ
うに、波長により図11(b) の応答がかわるので図
13のように波長に対しても出力光強度Pout の3
重安定特性が得られる。
Note that in the second embodiment, the input light intensity Pin
However, as can be seen from Fig. 11, the response in Fig. 11(b) changes depending on the wavelength, so as shown in Fig. 13, the output light intensity Pout is
Obtains heavy stability properties.

【0031】また上記第2の実施例では、非対称型の結
合量子井戸構造を用いた全光学的非線型素子を例にとっ
て説明したが、図9,図10(a),(b) に示すよ
うに対称型の結合量子井戸構造を用いてもよく、例えば
第2,第3準位間交差を用いれば上記第2の実施例と同
様の効果が得られる。
Furthermore, in the second embodiment, an all-optical nonlinear element using an asymmetric coupled quantum well structure was explained as an example, but as shown in FIGS. 9, 10(a), and (b), A symmetrical coupled quantum well structure may be used for this purpose. For example, if a crossing between the second and third levels is used, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

【0032】また、図7では1組の結合量子井戸構造を
挿入した構造を示したが、より吸収効率を高めるために
は複数個の結合量子井戸構造を挿入する方がよい。
Although FIG. 7 shows a structure in which one set of coupled quantum well structures is inserted, it is better to insert a plurality of coupled quantum well structures in order to further increase the absorption efficiency.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る全光学的光
非線型素子によれば、光を入射する面を有する電気的に
浮いた第1導電型P型半導体と、光を入射する面を有す
る電気的に浮いた第2導電型n型半導体と、上記第1導
電型半導体と第2導電型半導体にはさまれた、入力光を
吸収する量子井戸層を含むアンドープ半導体層とを備え
、入力光の上記量子井戸層での吸収により発生する光励
起キャリアによる該量子井戸層の内部電界の変化により
、入力光の強度,あるいは波長に対して出力光の強度が
急峻に変化する特性をもつ構成としたから、純粋に光の
みにより、光スイッチング特性を得ることができるとと
もに、入力光強度,入力光波長に対する出力光強度の光
双安定特性を得られる効果がある。
As described above, according to the all-optical optical nonlinear element of the present invention, the electrically floating P-type semiconductor of the first conductivity type having the surface on which light enters and the P-type semiconductor of the first conductivity type on which light enters. an electrically floating second conductivity type n-type semiconductor having a surface, and an undoped semiconductor layer including a quantum well layer that absorbs input light and sandwiched between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor. The characteristic is that the intensity of the output light changes sharply with respect to the intensity or wavelength of the input light due to changes in the internal electric field of the quantum well layer due to photoexcited carriers generated by absorption of the input light in the quantum well layer. Because of this structure, it is possible to obtain optical switching characteristics purely using light, and it is also possible to obtain optical bistable characteristics of the output light intensity with respect to the input light intensity and the input light wavelength.

【0034】また、この発明によれば、上記量子井戸層
を内部電界の変化により上記各井戸層のエネルギー準位
が交差する非対称結合構造あるいは対称結合構造の量子
井戸としたから、純粋に光のみにより、光スイッチング
特性を得ることができるとともに、入力光強度,入力光
波長に対する出力光強度の光多重安定特性を得られる効
果がある。
Further, according to the present invention, since the quantum well layer is a quantum well having an asymmetrical coupling structure or a symmetrical coupling structure in which the energy levels of each well layer intersect with each other due to changes in the internal electric field, only light can be used. This has the effect that not only optical switching characteristics can be obtained, but also optical multiplexing stability characteristics of output optical intensity with respect to input optical intensity and input optical wavelength can be obtained.

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

【図1】この発明の第1の実施例による全光学的光非線
型素子の構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an all-optical optical nonlinear element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施例における異なった入力
光強度に対する量子井戸部のエネルギーバンド構造を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the energy band structure of a quantum well section for different input light intensities in the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1の実施例における図1の素子の
励起キャリア数nと吸収係数αの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number n of excited carriers and the absorption coefficient α of the device shown in FIG. 1 in the first embodiment of the present invention.

【図4】上記図3に対応した入力光強度に対する吸収係
数と出力光強度の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the absorption coefficient and the output light intensity with respect to the input light intensity, corresponding to FIG. 3 above.

【図5】図1の素子における3つの異なった入力波長に
対する励起キャリア数nと吸収係数αの関係を示す図で
ある。
5 is a diagram showing the relationship between the number n of excited carriers and the absorption coefficient α for three different input wavelengths in the device of FIG. 1. FIG.

【図6】図1の素子の入力波長に対する出力強度の関係
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between output intensity and input wavelength of the element in FIG. 1;

【図7】この発明の第2の実施例による非対称型の結合
量子構造を用いた全光学的光非線型素子の構造を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of an all-optical optical nonlinear device using an asymmetric coupling quantum structure according to a second embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第2の実施例における異なった入力
光強度に対する非対称型の結合量子井戸部のエネルギー
バンド構造を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the energy band structure of an asymmetric coupling quantum well section for different input light intensities in a second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第3の実施例による対称型の結合量
子構造を用いた全光学的光非線型素子の構造を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing the structure of an all-optical optical nonlinear device using a symmetric coupling quantum structure according to a third embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第3の実施例における異なった入
力光強度に対する対称型の結合量子井戸部のエネルギー
バンド構造を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the energy band structure of a symmetric coupled quantum well section for different input light intensities in a third embodiment of the present invention.

【図11】図7の素子の励起キャリア数nと吸収係数α
の関係を示す図である。
[Figure 11] Number of excited carriers n and absorption coefficient α of the device in Figure 7
FIG.

【図12】図7の素子の入力光強度に対する出力光強度
を示す図である。
12 is a diagram showing the output light intensity relative to the input light intensity of the element in FIG. 7. FIG.

【図13】図7の素子の入力光波長に対する出力光強度
を示す図である。
13 is a diagram showing output light intensity versus input light wavelength of the element in FIG. 7; FIG.

【図14】従来の電気光学的フィードバックを用いた光
双安定素子の構造図である。
FIG. 14 is a structural diagram of an optical bistable device using conventional electro-optic feedback.

【図15】図14の素子の電圧に対する光電流特性を示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing photocurrent characteristics with respect to voltage of the device in FIG. 14;

【図16】図14の素子の入力光強度に対する光電流と
光出力の関係を示す図である。
16 is a diagram showing the relationship between photocurrent and optical output with respect to input light intensity of the element in FIG. 14. FIG.

【図17】図14の素子の入力光強度に対する光電流と
光出力の関係を示す図である。
17 is a diagram showing the relationship between photocurrent and optical output with respect to input light intensity of the device in FIG. 14. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    電極 2    P型AlGaAsクラッド層3    Ga
As/AlGaAs量子井戸層4    n型AlGa
Asクラッド層5    n型GaAs基板 6    電気抵抗 7    バイアス電圧 21  P型AlGaAsクラッド層 22  n型AlGaAsクラッド層 23  アンドープAlGaAs 24  100オングストロームGaAs量子井戸25
  80オングストロームGaAs量子井戸26  8
オングストロームAlGaAsバリア27  n型Ga
As
1 Electrode 2 P-type AlGaAs cladding layer 3 Ga
As/AlGaAs quantum well layer 4 n-type AlGa
As cladding layer 5 N-type GaAs substrate 6 Electrical resistance 7 Bias voltage 21 P-type AlGaAs cladding layer 22 N-type AlGaAs cladding layer 23 Undoped AlGaAs 24 100 angstrom GaAs quantum well 25
80 angstrom GaAs quantum well 26 8
Angstrom AlGaAs barrier 27 n-type Ga
As

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  光を入射する面を有する電気的に浮い
た第1導電型半導体と、光を出射する面を有する電気的
に浮いた第2導電型半導体と、上記第1導電型半導体と
第2導電型半導体にはさまれた、入力光を吸収する量子
井戸層を含むアンドープ半導体層とを備え、入力光の上
記量子井戸層での吸収により発生する光励起キャリアに
よる該量子井戸層の内部電界の変化により、入力光の強
度,あるいは波長に対して出力光の強度が急峻に変化す
る特性をもつことを特徴とする全光学的光非線型素子。
1. An electrically floating first conductivity type semiconductor having a surface into which light enters, an electrically floating second conductivity type semiconductor having a surface through which light is emitted, and the first conductivity type semiconductor; an undoped semiconductor layer sandwiched between a second conductivity type semiconductor and including a quantum well layer that absorbs input light; An all-optical optical nonlinear element characterized by having the characteristic that the intensity of input light or the intensity of output light changes sharply with respect to wavelength due to changes in electric field.
【請求項2】  上記量子井戸層は、各井戸層のエネル
ギー準位が相互に結合する程度に十分薄い障壁層を介し
て積層された2以上の井戸層を備え、かつ内部電界の変
化により上記各井戸層のエネルギー準位が交差する構造
を有するものであることを特徴とする請求項1記載の全
光学的光非線型素子。
2. The quantum well layer comprises two or more well layers laminated via a barrier layer that is thin enough to couple the energy levels of each well layer with each other, and the quantum well layer has two or more well layers laminated through a barrier layer that is thin enough to couple the energy levels of each well layer with each other. 2. The all-optical optical nonlinear device according to claim 1, wherein the well layers have a structure in which the energy levels intersect.
【請求項3】  上記量子井戸層は、非対称結合構造を
有するものであることを特徴とする請求項2記載の全光
学的光非線型素子。
3. The all-optical optical nonlinear device according to claim 2, wherein the quantum well layer has an asymmetric coupling structure.
【請求項4】  上記量子井戸層は、対称結合構造を有
するものであることを特徴とする請求項2記載の全光学
的光非線型素子。
4. The all-optical optical nonlinear device according to claim 2, wherein the quantum well layer has a symmetrical coupling structure.
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