JPH0584491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気のクロツク信号にしたがつて光の
データ信号をラツチすることのできる光マスター
スレーブフリツプフロツプ回路に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、電気信号の論理演算を高速で行うデバイ
スとしては、カレント・スイツチを基本ブロツク
としたカレントモードロジツクが知られており、
更には近年GaAs FETやジヨセフソン結合素子
などを用いた超高速論理演算デバイスの研究が進
められている。

しかしながら、画像情報などの２次元的で大量
なデータの高速デイジタル情報処理を電気信号で
行うには、演算速度・消費電力等の面で限界があ
る。このため高速で２次元並列の情報処理に親和
性のある光信号を光のままデイジタル情報処理す
ることのできる光論理演算デバイスの実現が望ま
れており、このような光論理演算デバイスには光
情報を読み書きすることのできる光メモリが不可
欠である。このような光メモリとしては、たとえ
ば文献エレクトロニクス・レター（Electronics
Letter）第17巻741ページ記載の双安定半導体レ
ーザが知られている。

第７図は双安定半導体レーザの具体例を示す断
面図である。構造は通常用いられる電流注入形の
半導体レーザとほぼ同じであり、例えばGaAlA
ｓ／ＧａＡｓやInGaAsP/InPを材料とするダブルヘテ
ロ接合構造のレーザである。但し、電極７０１が
一様ではなく、一部に電流の注入されない部分７
０２が存在していることが通常の半導体レーザと
は異なつている。上記電流の非注入領域７０２は
可飽和吸収体として働くので、第７図の双安定半
導体レーザでは注入電流ｉ対光出力P₀特性にヒ
ステリシス特性をもたせることができる。なお、
電極を不均一にするかわりに、発光領域である活
性層の部分に不均一性をもたせ、一部に可飽和吸
収領域を設置することにより同様な双安定特性を
もたせることができる。これらの双安定半導体レ
ーザでは注入電流ｉを適当に選ぶことによつて、
外部からの注入光P_iに対する出射光P₀の特性にも
双安定特性が得られる。

第８図ａ，ｂは、第７図の双安定半導体レーザ
の動作を説明するための図である。第８図ａは入
射光量P_i＝０とした時の注入電流ｉと出射光量P₀
の関係を示す図である。すなわち注入電流ｉをi_c
から増加させたときにはｉ＝i_uで急激に出射光量
P₀が増加し、逆に注入電流ｉをi_u以上の値から減
少させた場合には出射光量P₀はｉ＝i_dで急激に減
少するようなヒステリシス特性を示しｉ＝i_bにお
いて出射光量P₀およびP_phの２つの安定点Ａおよ
びＢを有する。第８図ｂに示した800は第７図に
おいて注入電流ｉ＝i_wとした時の入射光量Piと出
射光量P₀の関係を示す。すなわち出射光量P₀＝
０の第１の安全点Ａにある時に入射光量Piを０か
ら増加させた場合は出射光量P₀はP_i＝P_iuで急激
に増加し、以降入射光量Pi＝P_ihから減少させた
場合には出射光量P₀はほとんど減少せずに出射
光量P₀＝P_phの第２の安定点Ｂに移る。第８図ａ
における点Ａ，Ｂはそれぞれ第８図ｂにおける点
Ａ，Ｂと同一の点を表す。

第８図ａにおいて注入電流ｉの値をi_wからi_bに
減少させると、第８図ｂの８０１に示すように入
出射光量特性は出射光量P₀が立ち上がる入射光
量P_iがP_iuからP_iu′に増加し、これにより双安定半
導体レーザP_ihの入射光量によつてセツトするこ
とが不可能となる。

第９図は第７図に示した双安定半導体レーザを
用いた従来技術による光マスタスレーブフリツプ
フロツプ回路を示す図であり、第１０図は第９図
に示した光マスタスレーブフリツプフロツプ回路
の動作を説明するためのタイムチヤートである。

第１０図によれば第９図に示した光マスタスレ
ーブフリツプフロツプ回路の入力には光信号D₁
が加えられており、可変電流源９００および９０
１を制御することによつて光信号D₁をラツチし
光信号Q₂として出力する。

第９図に示した双安定半導体レーザ９０２およ
び９０３には、第１０図に示すようにそれぞれ可
変電流源９００および９０１によつて第８図ａに
示した電流値i_bの注入電流が供給されており、こ
れにより双安定半導体レーザ９０２および９０３
は第８図に示す安定点ＡあるいはＢのいずれか一
点を保持することにより、それぞれX_o，X_o-1の
光情報を記憶しているものとする。

ここで注入電流T₂の値を第８図ａに示すi_cに減
少させると、双安定半導体レーザ９０３は第８図
ａのＡ，Ｂいずれの安定点にあつても出射光量
Q₂は０となる。この後に的入電流T₂の値を第８
図ａに示すi_wに増加させると、双安定半導体レー
ザ９０３の活性層の一端９０４にはアイソレータ
９０５を通して双安定半導体レーザ９０２に蓄え
られている光情報X_o-1が光信号Q₁として加えら
れており、光信号Q₁の光量P_phを第８図ｂに有す
る光量P_iuとP_iu′との間の値を選ぶことにより、光
情報X_o-1は双安定半導体レーザ９０３に記憶さ
れ活性層の一端９０４および他端９０９から光信
号Q₂として出力する。次に双安定半導体レーザ
９０２の注入電流T₁を第８図ａに示すi_cに減少さ
せると同様にして出射光量Q₁は０となる。この
後に注入電流T₁の第８図ａに示すi_wに増加させ
ると、双安定半導体レーザ９０２の活性層の一端
９０６にはアイソレータ９０７を通して光情報
X_o+1を有する光信号D₁が加えられており、光信
号D₁の光量を第８図ｂに示すP_ihに選ぶことによ
り光情報X_o+1は双安定半導体レーザ９０２に記
憶され活性層の一端９０６および他端９０８から
光信号Q₁として出力する。

このよにして第９図に示した光マスタスレーブ
フリツプフロツプ回路は、注入電流T₂を制御す
ることにより双安定半導体レーザ９０２に記憶さ
れている光情報X_oを双安定半導体レーザ９０３
に移し、注入電流T₁を制御することにより入力
に加えられた光情報X_o+1を双安定半導体レーザ
９０２にラツチする。

第９図において双安定半導体レーザ９０３は活
性層の両端から光信号Q₂を出射しており、アイ
ソレータ９０５を除去すると双安定半導体レーザ
９０２の活性層の一端には入力光信号D₁が、活
性層の他端には双安定半導体レーザ９０４の出力
光信号Q₂がそれぞれ加えられることとなり、注
入電流T₁を電流値i_wに増加させた際に、２つの
光信号D₁およびQ₂の論理和が記憶されてしまう。
このため第９図に示した光マスタスレーブフリツ
プフロツプ回路においては、光アイソレータ９０
５が不可決であり、これによつて回路が複雑とな
り集積化を妨げる大きな原因となつている。

（発明の目的） 本発明の目的は光アイロレータが不要で集積化
の容易な光マスタスレーブフリツプフロツプ回路
を提供することにある。

更に本発明の目的は電気のクロツク信号に従つ
てデータ光信号を左右にシフトすることのできる
光マスタスレーブフリツプフロツプ回路を提供す
ることにある。

（発明の構成） 本発明によれば活性層の一端に入力光信号が入
射され、溝により電極が共振軸方向に前記活性層
の一端から第１及び第２の電極に分割された第１
の双安定半導体レーザと、前記第１の双安定半導
体レーザの活性層の他端に活性層の一端を接し、
溝により電極が共振軸方向に前記活性層の一端か
ら第１及び第２の電極に分割され活性層の他端か
ら出力光信号を出射する第２の双安定半導体レー
ザと、前記第１及び第２の双安定半導体レーザの
第１の電極にそれぞれ注入電流を供給する第１及
び第２の可変定電流源と、前記第１及び第２の双
安定半導体レーザの第２の電極にそれぞれ注入電
流を供給する第１及び第２の定電流源とを少なく
とも有することを特徴とする光マスタスレーブフ
リツプフロツプ回路が得られる。

また、本発明によれば活性層の一端に第１の光
入力信号が入射されるとともに前記活性層の他端
から光出力信号を出射し、溝により電極が共振軸
方向に第１及び第２の電極に分割された第１の双
安定半導体レーザと、前記第１の双安定半導体レ
ーザの活性層の他端に活性層の一端を接し、溝に
より電極が共振軸方向に第１及び第２の電極に分
割され活性層の他端から第２の光出力信号を出射
するとともに、前記活性層の他端に第２の光信号
が入射される第２の双安定半導体レーザと、前記
第１の双安定半導体レーザの第１及び第２の電極
ならびに、前記第２の双安定半導体レーザの第１
及び第２の電極にそれぞれ注入電流を供給する第
１、第２、第３、第４の可変電流源とを少なくと
も有することを特徴とする光マスタスレーブフリ
ツプフロツプ回路が得られる。

（実施例） 以下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５図は本発明に用いる双安定半導体レーザの
具体例を示す断面図である。構造は第７図に示し
た双安定半導体レーザ７００とほぼ同じである
が、電極が共振軸方向に電極５０１と電極５０２
の２つに分割されていることが第７図に示したも
のと異なつている。このような双安定半導体レー
ザとしては昭和57年度電子通信学会光・電波部門
全国大会講演論文集（分冊２）272番に述べられ
ているものが知られている。

第５図に示した双安定半導体レーザ５００の電
極５０１および５０２にはそれぞれ注入電流i₁及
びi₂が供給されており、活性層５０３の一端５０
４および他端５０５にそれぞれ入射、２つの光信
号P₁およびP₂のいづれか一方の値を記憶し活性
層５０３の両端から光信号P₀を出射する。

第６図は第５図に示した双安定半導体レーザの
特性を示す図である。第６図ａに示すように第５
図に示したは双安定半導体レーザ５００は入射光
量P_i＝０、注入電流i₂＝i_2bとしたときに注入電流
i₁と出射光量P₀との間に、６００で示すヒステリ
シス特性を有し、注入電流i₁の値をi_1bに設定する
ことによつて、２つ安定点ＡおよびＢを示す。第
６図ｂは注入電流i₂＝i_2bとした時の入射光量P₁と
入射光量P₀との関係を示す図であり、i₂＝i_2bとし
た時の入射光量P₁と出射光量第５図に示した双
安定半導体レーザ５００は、注入電流i₁の値を第
６図ａに示したi_1bの値に設定することにより第
６図ｂに６０１で示す特性を有する。ここで注入
電流i₁の値を第６図ａに示すi_1wに設定すると、双
安定半導体レーザ５００は第６図ｂに６０２で示
した特性を示す。

一方、第６図ｃに示すように第５図に示した双
安定半導体レーザ５００は、また入射光量P₂＝
０、注入電流i₂＝i_2bとした時に注入電流i₂と出射
光量P₀との間に第６図ｃに６０３で示すヒステ
リシス特性を有し、注入電流i₂の値をi_2bに設定す
ることによつて、２つの安定点ＡおよびＢを示
す。第６図ｄは注入電流i₁＝i_1bとした時の入射光
量P₂と出射光量P₀との関係を示す図であり、第
５図に示した双安定半導体レーザ５００は、注入
電流i₂の値を第６図ｃに示したi_2bの値に設定する
ことにより第６図ｄに６０４で示す特性を有す
る。ここで注入電流i₂の値を第６図ｃに示すi_2wに
設定すると、双安定半導体レーザ５００は６０３
で示す特性を示す。第６図ａにおける点Ａ，Ｂ
は、それぞれ第６図ｂ〜ｄにおける点Ａ，Ｂと同
一の点を表す。

第１図は本発明の第１の実施例を示す図であ
り、第２図は第１図に示した本発明の第１の実施
例の動作を説明するためのタイムチヤートであ
る。

第２図によれば第１図に示した本発明による光
マスタスレーブフリツプフロツプ回路の入力には
光信号D₁が加えられており、可変電流源１００
および１０１を制御することによつて光信号D₁
をラツチし光信号Q₂として出力する。

第１図に示した双安定半導体レーザ１０２の電
極１０３および１０４には可変電流１００および
定電流源１０５によつて、それぞれ記入電流T₁，
T₁′が供給されており、双安定半導体レーザ１０
６の電極１０７および１０８には可変定電流源１
０１および定電流源１０９によつて、それぞれ記
入電流T₂，T₂′が供給されている。

第１図に示した本発明の実施例においては、注
入電流T₁およびT₂を第９図に示した注入電流T₁
およびT₂と同様に制御することにより、双安定
半導体レーザ１０２に記憶されている光情報X_o
を双安定半導体レーザ１０６に移し、入力に加え
られた光情報X_o-1を双安定半導体レーザ１０２
にラツチすることができる。

第９図において双安定半導体レーザ１０２には
活性層の一端１１０には入力光信号D₁が、活性
層の他端１１１には双安定半導体レーザ１０６の
出力光信号Q₂が加えられているが、注入電流T₁，
T₁′の値をそれぞれ第６図ａ，ｂに示したi_1w，i_2b
に設定することによつて入力光信号D₁のみをラ
ツチすることができる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。第３図において第１図と同一の番号を付けた
ものは第３図と同一の構成要素を示す。第２図お
よび第４図は第３図に示した本発明の第２の実施
例の動作を説明するためのタイムチヤートであ
る。第２図によれば、第３図に示した本発明の第
２の実施例においては、第１図に示した第１の実
施例と同様に注入電流T₁およびT₂を制御するこ
とにより、双安定半導体レーザ１０２に記憶され
ている光情報X_oを双安定半導体レーザ１０６に
移し、双安定半導体レーザ１０２の活性層の一端
１１０に加えられた入力光信号X_o+1を双安定半
導体レーザ１０２にラツチすることができる。

第３図に示した本発明の第２の実施例は更に第
４図に示すように、注入電流T₁およびT₂の値を
第６図ｂに示した一定値i_1bに設定し、可変電流
源３００および３０１により注入電流T₁′および
T₂′を制御することにより双安定半導体レーザ１
０６に記憶されている光情報X_o′を双安定半導体
レーザ１０２に移し、双安定半導体レーザ１０６
の活性層の一端３０２に加えられた入力光信号
X′_o+1を双安定半導体レーザ１０６にラツチする
ことができる。

第３図に示した本発明の第２の実施例において
は、双安定半導体レーザ１０６にも活性層の一端
３０２および他端３０３にそれぞれ入力光信号
D₂′および双安定半導体レーザ１０２の出力光信
号Q₁が同時に加えられるか、注入電流T₂および
T₂′のいずれか一方をそれぞれ第６図ａ，ｃに示
した電流値i_1bおよびi_2bに設定することによつて
入力光信号D₂′および出力光信号Q₁のいずれか一
方を記憶することができる。

（発明の効果） 以上述べたように第１図に示した本発明の第１
の実施例においては、アイソレータが不要で集積
化が容易な構成が得られる。

更に第３図に示した本発明の第２の実施例にお
いては、注入電流T₁，T₂を制御するかT₁′，
T₂′を制御するかによつて、光信号を右あるいは
左のいずれか一方にシフトすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２
図は第１図に示した本発明の第１の実施例の動作
を説明するための図、第３図は本発明の第２の実
施例を示す図、第４図は第３図に示した本発明の
第２の実施例の動作を説明するための図、第５図
は双安定半導体レーザ１０２および１０６の具体
例を示す断面図、第６図は第５図に示した双安定
半導体レーザの特性を示す図、第７図は双安定半
導体レーザ９０２および９０３の具体例を示す断
面図、第８図は第７図に示した双安定半導体レー
ザの特性を示す図、第９図は従来技術による光マ
スタスレーブフリツプフロツプ回路の一例を示す
図、第１０図は第９図に示した光マスタスレーブ
フリツプフロツプ回路の動作を説明するための図
である。 図において、１００，１０１，３００，３０
１，９００，９０１……可変電流源、１０５，１
０９……定電流源、１０２，１０６，５００，７
００，９０２，９０３……双安定半導体レーザ、
９０５，９０７……アイソレータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性層の一端に入力光信号が入射され、溝に
   より電極が共振軸方向に前記活性層の一端から第
   １及び第２の電極に分割された第１の双安定半導
   体レーザと、前記第１の双安定半導体レーザの活
   性層の他端に活性層の一端を接し、溝により電極
   が共振軸方向に前記活性層の一端から第１及び第
   ２の電極に分割され活性層の他端から出力光信号
   を出射する第２の双安定半導体レーザと、前記第
   １及び第２の双安定半導体レーザの第１の電極に
   それぞれ注入電流を供給する第１及び第２の可変
   定電流源と、前記第１及び第２の双安定半導体レ
   ーザの第２の電極にそれぞれ注入電流を供給する
   第１及び第２の定電流源とを少なくとも有するこ
   とを特徴とする光マスタスレーブフリツプフロツ
   プ回路。 ２ 活性層の一端に第１の光入力信号が入射され
   るとともに前記活性層の他端から光出力信号を出
   射し、溝により電極が共振軸方向に第１及び第２
   の電極に分割された第１の双安定半導体レーザ
   と、前記第１の双安定半導体レーザの活性層の他
   端に活性層の一端を接し、溝により電極が共振軸
   方向に第１及び第２の電極に分割され活性層の他
   端から第２の光出力信号を出射するとともに、前
   記活性層の他端に第２の光信号が入射される第２
   の双安定半導体レーザと、前記第１の双安定半導
   体レーザの第１及び第２の電極ならびに、前記第
   ２の双安定半導体レーザの第１及び第２の電極に
   それぞれ注入電流を供給する第１、第２、第３、
   第４の可変電流源とを少なくとも有することを特
   徴とする光マスタスレーブフリツプフロツプ回
   路。