JPH0478828A

JPH0478828A - 光フリップフロップ

Info

Publication number: JPH0478828A
Application number: JP19217190A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ikeda; 正宏池田; Satoru Oku; 哲奥; Yasuo Shibata; 泰夫柴田; Harushige Kato; 加藤　晴茂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2916510B2

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」本発明は集積化が可能で動作速度の速い半導体光フリッ
プ７０ツブに関するものである。

「従来の技術」従来、純粋な意味での光フリ、ブフロップは存在しなか
った。すなわち、同一（同じ波長、同じ強度）の光パル
ス信号を入射する毎に光出力の状態を反転させる、所謂
フリップフロップ動作は実現できなかった。そこで光信
号以外に電気信号を併用してフリップフロップ動作を実
現していた。

第７図はフリップフロ・ｙプ動作に用いられる従来の光
双安定素子の構造を示す断面図であり、この図において
Ｌ　ａ、　１　ｂは上部電極、２はｐ型半導体で構成さ
れるクラツデイング、３は半導体導波路のコアを形成す
る活性層、４はｎ型半導体で構成されるクラツデイング
、５は下部電極である。図に示すように、上部電極は分
割されており、一方の電極１ａに電流が注入されない場
合にはその電極の下の活性層３は過飽和吸収領域として
働き、他方の電極１ｂに注入される順方向電流対先出力
には、所謂双安定特性が得られる。第８図は電極１ｂを
流れる電流Ｉ、に対して得られる光出力特性を表わした
もので、同特性は図に示すようにヒステリシスカーブを
描く。通常の電極分離型半導体レーザによって第７図の
光双安定素子を構成すると、第８図に示す電流ｒ　ｂ、
、　ｒ　ｂ、、　ｒ　ｂ、は各々３２ｍＡ。

２８ｍＡ、２９．３鳳Ａ程度となり、光出力Ｐ　Ｌ、　
Ｐ　Ｕは各々約１０μＷ、１．５ｍＷとなる。

そこで、電流■、を電流１ｂ、とＩｂ、のほぼ中間の電
流１ｂ、に保持しておき、第７図に矢印によって示すよ
うに、光パルス信号Ｐを活性層３に注入する。これによ
り、Ｉ、の電流に換算して第８図のＩｂ＋以上になる、
光によるキャリアか励起されると、光出力はＰＬよりＰ
Ｕに増加して保持状態となる。そして、次の光パルス信
号Ｐによって光出力がＰＬまで減少すればフリップフロ
ップ動作となるが、実際には、本光双安定素子の状態は
反転しない。そこで反転させる手段としてバイアス電流
１ｂｏを一度ｌｂ、まで減少させる。この電気信号によ
って本光双安定素子はリセットされ元の状態に復帰する
こととなる。第９図（イ）に光パルス信号Ｐを、（ロ）
にバイアス電流ＴＩを、また、（ノー）に光出力を示す
。

「発明が解決しようとする課題」上述したように、従来の光双安定素子は、入射される光
パルス信号Ｐに同期した電気信号が必要となり、光パル
ス信号のみによる光フリップフロツブ動作は実現できな
かった。

そこで本発明の目的は光パルス信号のみによるフリップ
フロップ動作を可能とする光フリ、ブフロノブを提供す
ることにある。

「課題を解決するための手段」本発明は、上ｇ己課題を解決するために、光入力に対し
て光出力か双安定機能を有する素子と、光入力に対して
光出力が閾値機能を奔する素子とを設け、各素子の光出
力が相互に結合されるように配置したことを特徴として
いる。

「作用」一方の素子（Ａ）が双安定機能、他方の素子（Ｂ）が闇
値機能を有しているので、一定バワのセット光が素子（
Ａ）に入力されると素子（Ａ）がオンとなり、以後この
状態を保持する。そして、この状態における素子（Ａ）
内の光が結合部分を介して他方の素子（Ｂ）へ注入され
るので、素子（Ｂ）にリセット光が注入されると、リセ
、、ト光が注入されている間素子（Ｂ）がオンとなる。

この時の素子（Ｂ）内の光が結合部分を介して素子（Ａ
）に注入されるので、素子（Ａ）はオン状態を維持でき
なくなってオフとなる。この結果、素子（Ｂ）のバイア
ス光が減少し、この減少した状態では以後リセット光が
注入されても素子（Ｂ）はオンしない。このようにして
、素子Ａのオン／オフが光のみによって制御される。

「実施例ゴ（１）実施例１以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する
。第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図で
あり、この図に示す光フリップフロップは、方形状の半
導体レーザ（以下、リングレーザという）ＡとＢとを結
合して構成されている。すなわち、この図において、１
１は上部電極、１２は光パルス信号を上方から入射させ
る過飽和吸収領域である。なお、この過飽和吸収領域に
は電極が設けられていない。１３は光を分岐する分岐溝
、１４は光を全反射するための全反射溝、１５．１５’
は光出力信号を取り出すための出力導波路、２４は出力
導波路１５’の端面に取り付けられた高反射膜、１６ａ
、１６ｂは光出力信号を上下方向に取り出す場合に設け
る二次のグレーティングであり、光入出力部になってい
る。

第２図は第１図におけるｘ−ｘ’線での断面図であり、
この図において、１７は下部電極、１８はｐ型のＩｎＰ
で構成されるタラッデイング、１９はＩｎＧａＡｓＰで
構成される活性層、２０はｎ型ＩｎＰで構成されるタラ
ッデイング、１１は上部電極（第１図参照）、２１は絶
縁用のＳｉｎ、膜であり、この構造は所謂リッジ型半導
体レーザの構造と同じものである。

第３図は第１図におけるＹ−Ｙ’線断面図であり、この
図において、１３は活性層１９を伝搬する光を分岐する
ために設けられた幅１μｍ以下の分岐溝（第１図参照）
である。この分岐溝１３による光の分岐比は溝の深さを
制御することによって変えることができ、活性層１９の
真上までの深さの分岐溝１３を掘ることによってほぼｌ
対ｌの分岐比を得ることができる。１４は全反射用の溝
であり、活性層１９を切断してさらに深く掘られている
。二次のグレーティング（光入出力部）１６ａ、１６ｂ
は、上下方向に光出力を効率良く取り出すためには反射
率を０．２５以上にする必要がある。２３は先出力を下
方に取り出す場合に設ける全反射用４５度溝で基板側に
レンズ状突起２４を設けることによって出射ビームのス
ポットサイズ変換を行うことができる。なお、光出力を
上下方向へ取り出さない場合は、グレーティング１６ａ
、１６ｂや４５度溝２３等を設けないことは言うまでも
ない。また、光出力信号取り出し導波路Ｉ５°の端面に
高反射膜２４を付けた場合には、出力導波路ＩＳからの
取り出し効率が増加する。

次に、上記実施例による光フリップフロ、ブの動作につ
いて説明する。第１図において、リングレーザＡの途中
には過飽和領域１２が存在するためにリングレーザＡは
光双方向素子として動作する。一方、リングレーザＢは
発振閾値を持ち、出力は飽和特性を持つ。第４図はリン
グレーザＡ。

Ｂの注入電流対先出力特性を示したものである。

第５図はリングレーザＡの光入出力部１８Ａへ入射させ
るセ、ｌ−光、リングレーザＢの光入出力部１６Ｂへ入
射させるセット光および各リングレーザＡ、Ｂの出力光
の間における時間的相互関係を示している。

今、リングレーザＡのバイアス電流を■、。にリングレ
ーザＢのバイアス電流をＩ　ＢＯに設定しく第４図（イ
）、（ロ）参照）、両すングレーザ共オフの状態にある
とする。この状態で約５０μＷ以上のピークパワを持つ
セット光を入射させるとリングレーザＡはオンとなり、
第４図（イ）に示すＰ　Ａｌの光出力を保持する。この
Ｐ　Ａｌの光出力は分岐結合回路により、その一部の光
パワがリングレーザＢに注入され、第４図（ロ）に示す
ように、リングレーザＢのバイアス電流は等測的にＩｍ
＋にシフトする。この状態で時刻ｔｓ（第５図参Ｗ！、
）にリセット光がりングレーザＢに注入されると、リン
グレーザＢはオンとなり、光出力ＰＢｆを発する。この
光出力Ｐ　Ｂ２は、第５図（ロ）、（ニ）に示すように
リセット光が注入されているときのみ出力される。とこ
ろで、光出力Ｐａｔの一部は分岐結合回路によってリン
グレーザＡに注入される。

リングレーザＡはオンの状態であり、そこへ波長がほぼ
同じで、かつ、ある程度強い光パワが注入されると、リ
ングレーザＡのキャリアが消費され、第４図（イ）に示
すように等測的に双安定特性か高電流側にシフトする。

その結果、バイアス電流Ｉ　ＡＯでは光出力Ｐ　Ａｌを
保持できな（なり、リングレーザＡは第５図に示すよう
にオフとなる。リングレーザＡがオフとなると、光出力
はＰ　ＡＱへと減少する。これにより、リングレーザＢ
へのバイアス光が減少して光出力はＰ　ＢＱとなる。こ
のように両リングレーザＡ、Ｂが共にオフになる状態は
第５図に示す時刻ｔ、の状態と同じであり、１サイクル
の動作が完了したことが分かる。

（２）実施例２第６図は、第２の実施例における各光信号のタイムチャ
ートを示している。ここでは、信号光はリングレーザＢ
の入出力部１０８のみから入射されるものとしている。

今、バイアス電流の設定は、実施例１の場合と同様とす
る。この状態で信号光がリングレーザＢに入射されると
、リングレーザＢの出力は第６図に示すようにＰＢ３と
なる。この光出力は分岐結合回路により、その一部のパ
ワがリングレーザＡに注入されてリングレーザＡがオン
となり、ＦＡＩの光出力を保持する。Ｐ　Ａｌの光出力
は分岐結合回路により、その一部のパワがリングレーザ
Ｂに注入され、第４図（ロ）に示すようにリングレーザ
Ｂのバイアス電流は等測的に■１にシフトする。この状
態で時刻ｔ３に信号光がリングレーザＢに入射されると
、リングレーザＢの光出力はＰａｔとなる。ところで、
光出力Ｐ□の一部は分岐結合回路によってリングレーザ
Ａに注入される。この光パワーによってリングレーザＡ
はオフとなることは実施例１で説明した通りである。し
たがって、実施例２の場合には、同一の信号光でリング
レーザＡがオンとオフを交互に繰り返すこととなる。

なお、前述した各実施例では、リング型の双安定素子と
閾値素子について説明したが、直線上のファブリペロ型
素子が相互に結合した構成でも同様な動作をすることは
言うまでもない。

［発明の効果ｊ以上説明したように、本発明は光双安定素子と闇値素子
とを相互に結合して動作させるため、次のような利点を
得ることができる。

（１）同一の光パルス信号のみで光フリツプフロツプ動
作が可能である。

（２）多段接続動作が可能である。

（３）小さい入力信号光で動作し、出力光は大きいパワ
が得られる。

（４）サブナノ秒の高速動作が可能である。

（５）小型集積化が容易である。

（６）面情報処理用平面デバイス化が容易にできる。

（７）面処理のスクッキング化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図、第
２図は第１図におけるｘ−ｘ’線での断面図、第３図は
第１図におけるＹ−Ｙ’線での断面図、東４図は同実施
例を構成する半導体レーザの特性を示す図、第５図は同
実施例の動作を説明するための波形図、第６図はこの発
明の第２の実施例の動作を説明するための波形図、第７
図は従来の光フリップフロップの構成例を示す断面図、
第８図は同フリップフロップを構成する半導体レーザの
特性を示す図、第９図は同フリップフロップの動作を説
明するための波形図である。Ａ、Ｂ・・・・・・リングレーザ（素子）、１１・・・
・上部電極、１６ａ、１６ｂ　　・・・・光入出力部、
１７・・・下部電極、１８．２０・・・・・・クラツデ
イング、１９・・・・・・活性層。第２図（イ）ａ第４図

Claims

【特許請求の範囲】光入力に対して光出力が双安定機能を有する素子と、光入力に対して光出力が閾値機能を有する素子とを設け
、各素子の光出力が相互に結合されるように配置したこと
を特徴とする光フリップフロップ。