JPH06308560A - Optical semiconductor element utilizing polarization - Google Patents

Optical semiconductor element utilizing polarization

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JPH06308560A
JPH06308560A JP5099861A JP9986193A JPH06308560A JP H06308560 A JPH06308560 A JP H06308560A JP 5099861 A JP5099861 A JP 5099861A JP 9986193 A JP9986193 A JP 9986193A JP H06308560 A JPH06308560 A JP H06308560A
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optical semiconductor
light
polarization
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Abstract

PURPOSE:To provide the optical semiconductor element utilizing polarization which is capable of executing resetting of a memory with a light signal and easily obtaining negative logic by utilizing the mode competition between a TE mode and TM mode with which the rate determination of the operating speed by a carrier life does not arise. CONSTITUTION:This optical semiconductor element utilizing polarization includes a directional coupler 12 with which the light input of a TE polarized wave outputs light to a cross and the light input of a TM polarized wave outputs light to a bar and cross or only to the bar, semiconductor optical amplifiers 21 to 24 which are disposed in arbitrary two ports, not diagonal to each other, among the four ports of this directional coupler 12 and amplify light signals and reflectors 31 to 34 which reflect a part or the whole of the light signals coming from the directional coupler 12 to the respective ports of the directional coupler 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、入力光信号によって出
力光の偏波面を切り替えることにより信号光の論理演算
を行う偏波利用光半導体素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization-utilizing optical semiconductor device which performs logical operation of signal light by switching the polarization plane of output light according to an input optical signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光半導体素子の一種である光論理演算素
子は、将来実現が期待される全光システムにおいて、光
信号の制御のために必要不可欠なものである。図11は
従来の光論理素子の一例を示す側面図である。この光論
理素子1は、基板2、クラッド層3、活性層4、クラッ
ド層5、電極6,7から構成される半導体レーザの上部
電極7を2つの電極7a,7bに分割したもので、電極
7a,7bそれぞれに注入する電流を調整することによ
り図12に示すような光入出力特性を得ることができ
る。
2. Description of the Related Art An optical logic operation element, which is a kind of optical semiconductor element, is indispensable for controlling an optical signal in an all-optical system expected to be realized in the future. FIG. 11 is a side view showing an example of a conventional optical logic device. This optical logic device 1 is obtained by dividing an upper electrode 7 of a semiconductor laser composed of a substrate 2, a clad layer 3, an active layer 4, a clad layer 5, and electrodes 6 and 7 into two electrodes 7a and 7b. The light input / output characteristics as shown in FIG. 12 can be obtained by adjusting the currents injected into 7a and 7b.

【0003】例えば、図12(a)の点Aの位置に系を
保持し、この系にパルス状の入力光p1を入射すると出
力光p2は点Bとなり、この状態が保持される。すなわ
ちメモリ動作が可能である(図13(a)参照)。ま
た、図12(b)の点Aの位置に系を保持し、この系に
2つの入力光p3,p4を入射すると、出力光p2は図1
3(b)のようになる。すなわちAND動作が可能であ
る。また、図12(c)の点Aの位置に系を保持し、こ
の系に2つの入力光p5,p6を入射すると、出力光p2
は図13(c)のようになる。すなわちOR動作が可能
である。以上のように、この光論理素子1は注入する電
流を調整することでメモリ、AND、ORという論理動
作が可能である。
For example, when the system is held at the position of point A in FIG. 12A and the pulsed input light p 1 is incident on this system, the output light p 2 becomes point B, and this state is maintained. That is, the memory operation is possible (see FIG. 13A). Further, when the system is held at the position of the point A in FIG. 12B and two input lights p 3 and p 4 are made incident on this system, the output light p 2 becomes as shown in FIG.
It becomes like 3 (b). That is, the AND operation is possible. When the system is held at the position of point A in FIG. 12C and two input lights p 5 and p 6 are incident on this system, the output light p 2
Is as shown in FIG. That is, the OR operation is possible. As described above, the optical logic element 1 can perform the logical operations of memory, AND, and OR by adjusting the injected current.

【0004】また、一般に半導体レーザの出力光p
2は,図14に示すように、この半導体素子に対して水
平方向のTE波と垂直方向のTM波の2つがある。この
2つの光はお互いに競合しあうので、TE波が出力され
るとTM波が抑制され、逆にTM波が出力されるとTE
波が抑制されるという特徴があり、この偏波間のモード
競合は光強度一定のままで行われるので、注入電流が光
出力に変換される必要がなく、したがって、デバイス内
部のキャリア寿命に動作速度が律速されることがない。
In addition, the output light p of a semiconductor laser is generally used.
As shown in FIG. 14, 2 has a TE wave in the horizontal direction and a TM wave in the vertical direction with respect to this semiconductor element. Since these two lights compete with each other, when the TE wave is output, the TM wave is suppressed, and conversely, when the TM wave is output, the TE wave is output.
The feature is that the waves are suppressed, and this mode competition between the polarizations is performed while the light intensity remains constant, so that the injection current does not need to be converted into the optical output, and therefore, the carrier lifetime inside the device depends on the operating speed. Is never rate-controlled.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光論理素子1には、出力光p2のオン/オフの動作速度
がデバイス内部のキャリア寿命に律速されてしまうこ
と、また、メモリのリセットを光信号で行うことができ
ず、電気パルスで行わなければならないこと、等の欠点
があり、また、NOT、NAND、NORというような
負論理の演算を行なうことが不可能であるという問題点
もある。また、従来の光論理素子1に用いられる半導体
レーザにおいては、端面における反射率や導波路でのゲ
インはTE波の方がTM波に比べて大きく、したがっ
て、TM波によるレーザ発振が起こりにくいという問題
点があった。
However, in the conventional optical logic device 1, the on / off operation speed of the output light p 2 is limited by the carrier life inside the device, and the memory is reset. It has a drawback that it cannot be performed with an optical signal and must be performed with an electric pulse, and that it cannot perform negative logic operations such as NOT, NAND, and NOR. is there. Further, in the conventional semiconductor laser used for the optical logic element 1, the reflectance at the end face and the gain in the waveguide are larger in the TE wave than in the TM wave, so that the laser oscillation by the TM wave is less likely to occur. There was a problem.

【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、動作速度がキャリア寿命に律速されないTE
モードとTMモード間のモード競合を利用し、メモリの
リセットも光信号で行うことができ、かつ負論理を容易
に得ることができる偏波利用光半導体素子を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the operation speed is not limited by the carrier life.
An object of the present invention is to provide a polarization-utilizing optical semiconductor device that can use the mode competition between the mode and the TM mode to reset the memory with an optical signal and can easily obtain the negative logic.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な偏波利用光半導体素子を採用し
た。すなわち、請求項1記載の偏波利用光半導体素子
は、TE偏波の光入力はクロス、TM偏波の光入力はバ
ー及びクロスもしくはバーのみに光を出力する方向性結
合器と、該方向性結合器の4つのポートのうち少なくと
も対角線にない任意の2つのポートに設けられ、光信号
を増幅する半導体光増幅器と、前記方向性結合器の各ポ
ートに対して方向性結合器から来る光信号の一部または
全部を反射する反射器とを具備してなることを特徴とし
ている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention employs the following polarization-utilizing optical semiconductor device. That is, in the optical semiconductor device using polarization according to claim 1, the TE polarized light optical input is a cross, the TM polarized light input is a bar, and a directional coupler that outputs light to the cross or only the bar, and the direction. A semiconductor optical amplifier for amplifying an optical signal, which is provided in at least two arbitrary ports out of the four ports of the directional coupler, and a light coming from the directional coupler for each port of the directional coupler. And a reflector that reflects part or all of the signal.

【0008】また、請求項2記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項1記載の偏波利用光半導体素子において、
前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を印加する
ための電極を1つ以上設けてなることを特徴としてい
る。
A polarization-utilizing optical semiconductor device according to claim 2 is the polarization-utilizing optical semiconductor device according to claim 1, wherein
The directional coupler is characterized by being provided with one or more electrodes for injecting a current or applying a voltage.

【0009】また、請求項3記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項1または2記載の偏波利用光半導体素子に
おいて、前記半導体光増幅器は、波長可変の半導体光増
幅器であることを特徴としている。
A polarization-utilizing optical semiconductor device according to claim 3 is the polarization-utilizing optical semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor optical amplifier is a wavelength tunable semiconductor optical amplifier. I am trying.

【0010】また、請求項4記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項1または2記載の偏波利用光半導体素子に
おいて、前記方向性結合器の4つのポートのうち少なく
とも対角線にない任意の2つのポートに可変波長フイル
タを設けてなることを特徴としている。
A polarization-utilizing optical semiconductor device according to a fourth aspect is the polarization-utilizing optical semiconductor device according to the first or second aspect, in which at least any of the four ports of the directional coupler is not on a diagonal line. The feature is that a variable wavelength filter is provided at two ports.

【0011】[0011]

【作用】本発明の請求項1記載の偏波利用光半導体素子
では、方向性結合器により、TE偏波の光入力はクロ
ス、TM偏波の光入力はバー及びクロスもしくはバーの
みに光を出力することにより、一つ以上の入力光に対す
る論理演算を行うように出力光の偏波面を切り替え、N
OT、NAND、NORというような負論理の光論理演
算を行う。
In the optical semiconductor device using polarization according to the first aspect of the present invention, the optical input of TE polarization is crossed and the optical input of TM polarization is light on the bar and the cross or only the bar by the directional coupler. By outputting, the polarization plane of the output light is switched to perform a logical operation for one or more input lights, and N
Negative logic optical logic operations such as OT, NAND, NOR are performed.

【0012】また、請求項2記載の偏波利用光半導体素
子では、前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を
印加するための電極を1つ以上設けることにより、該方
向性結合器の光結合部にこの電極を通して電流を注入ま
たは電圧を印加し、光の行路を変更する。
Further, in the optical semiconductor device using polarization according to a second aspect of the present invention, the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting current or applying voltage. A current is injected or a voltage is applied to the optical coupling portion through this electrode to change the path of light.

【0013】また、請求項3記載の偏波利用光半導体素
子では、前記半導体光増幅器を波長可変の半導体光増幅
器とすることにより、TE波及びTM波各々の波長を互
いに異なる波長に調整し、光入出力間の波長を変換す
る。
In the optical semiconductor device using polarization according to a third aspect of the present invention, the wavelengths of the TE wave and the TM wave are adjusted to different wavelengths by using the semiconductor optical amplifier as a wavelength tunable semiconductor optical amplifier. Convert wavelength between optical input and output.

【0014】また、請求項4記載の偏波利用光半導体素
子では、前記方向性結合器の4つのポートのうち少なく
とも対角線にない任意の2つのポートに可変波長フイル
タを設けることにより、TE波及びTM波各々の波長を
互いに異なる波長に調整し、光入出力間の波長を変換す
る。
Further, in the optical semiconductor device using polarization according to a fourth aspect of the present invention, by providing a tunable wavelength filter at any two ports out of the four ports of the directional coupler that are not on a diagonal line, TE wave and The wavelength of each TM wave is adjusted to a different wavelength, and the wavelength between the optical input and output is converted.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例1の偏波利用光半導
体素子(以下、単に光半導体素子と略称する)11を示
す構成図である。図において、12はTE偏波の光入力
はクロス、TM偏波の光入力はバー及びクロスに光を出
力する2×2の方向性結合器、21〜24は該方向性結
合器12の4つのポートにそれぞれ光学的に接合された
半導体光増幅器、31〜34は半導体光増幅器21〜2
4それぞれに光学的に接合され、前記方向性結合器12
から来る光信号の一部または全部を反射する全反射ミラ
ー(反射器)である。これらの全反射ミラー31〜34
はハーフミラーであってもよく、これら全反射ミラー3
1〜34により系は共振器となる。
Embodiments of the present invention will be described below. (Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a polarization-utilizing optical semiconductor element (hereinafter, simply referred to as an optical semiconductor element) 11 of Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes a 2 × 2 directional coupler that outputs light to TE polarized light as a cross, and TM polarized light input outputs to a bar and a cross. Reference numerals 21 to 24 denote 4 of the directional coupler 12. The semiconductor optical amplifiers 31 to 34 optically joined to the two ports are semiconductor optical amplifiers 21 to 2 respectively.
4 is optically bonded to each of the four directional couplers 12
It is a total reflection mirror (reflector) that reflects a part or all of the optical signal coming from. These total reflection mirrors 31 to 34
May be a half mirror, and these total reflection mirrors 3
1 to 34 make the system a resonator.

【0016】次に、この光半導体素子11の動作につい
て説明する。ここでは、該光半導体素子11に半導体光
増幅器21側から入力光p11を入射させた場合について
説明する。ここで、半導体光増幅器21に充分な電流を
注入して光を出力させると、入力光p11のうちTE波4
1は方向性結合器をクロスに伝搬する間に増幅され、つ
いには発振に至り出力光p12として出力される。このT
E波41に対し、TM波42は結合長が異なるためにク
ロスとならず、方向性結合器12をバー及びクロスに伝
搬する。
Next, the operation of the optical semiconductor element 11 will be described. Here, a case where the input light p 11 is made incident on the optical semiconductor element 11 from the semiconductor optical amplifier 21 side will be described. Here, when a sufficient current is injected into the semiconductor optical amplifier 21 to output light, the TE wave 4 of the input light p 11
1 is amplified while propagating crosswise through the directional coupler, and finally reaches oscillation and is output as output light p 12 . This T
Since the TM wave 42 has a different coupling length from the E wave 41, the TM wave 42 does not cross and propagates through the directional coupler 12 to the bar and the cross.

【0017】半導体光増幅器21のゲインやミラーにお
ける反射率はTM波42の方がTE波41に比べて小さ
く、そのためにTM波42の発振がなかなか起こらない
傾向にあるが、TM波42のゲインを半導体光増幅器2
2,23で増幅させることにより、TM波42を発振さ
せるように調節することができる。この場合、モード競
合は半導体光増幅器21,24で起こり、したがって、
図2に示すような光論理素子を得ることができる。
The gain of the semiconductor optical amplifier 21 and the reflectance at the mirror are smaller in the TM wave 42 than in the TE wave 41, and therefore the TM wave 42 tends to hardly oscillate. Semiconductor optical amplifier 2
It is possible to adjust the TM wave 42 to oscillate by amplifying it by 2, 23. In this case, mode competition occurs in the semiconductor optical amplifiers 21 and 24, and
An optical logic device as shown in FIG. 2 can be obtained.

【0018】例えば、図2(a)の点Aの位置に系を保
持し、この系にパルス状のTE入力光p13を入射する
と、TE出力光は点Bとなり、この状態が保持される。
すなわちメモリ動作が可能である。ここでは、TE入力
光とTM入力光は互いに競合しあうため、リセットには
TM入力光を用いればよい(図3(a)参照)。また、
図2(b)の点Aの位置に系を保持し、この系に2つの
TE入力光p14,p15を入射すると、TE出力光は図3
(b)のようになる。すなわちAND動作が可能であ
る。この時、TM出力光はNANDとなる。また、図2
(c)の位置に系を保持し、この系に2つのTE入力光
16,p17を入射すると、TE出力光は図3(c)のよ
うになる。すなわちOR動作が可能である。この時、T
M出力光はNOR動作となる。但し、TE入力光が単一
入力の時にはNOT動作となる。
For example, when the system is held at the position of point A in FIG. 2A and the pulsed TE input light p 13 is incident on this system, the TE output light becomes point B and this state is maintained. .
That is, memory operation is possible. Here, since the TE input light and the TM input light compete with each other, the TM input light may be used for resetting (see FIG. 3A). Also,
When the system is held at the position of the point A in FIG. 2B and two TE input lights p 14 and p 15 are incident on this system, the TE output light is as shown in FIG.
It becomes like (b). That is, the AND operation is possible. At this time, the TM output light becomes NAND. Also, FIG.
When the system is held at the position of (c) and two TE input lights p 16 and p 17 are incident on this system, the TE output light becomes as shown in FIG. 3 (c). That is, the OR operation is possible. At this time, T
The M output light becomes NOR operation. However, when the TE input light is a single input, the NOT operation is performed.

【0019】以上説明したように、実施例1の光半導体
素子11によれば、TE偏波の光入力はクロス、TM偏
波の光入力はバー及びクロスに光を出力する2×2の方
向性結合器12と、該方向性結合器12の4つのポート
にそれぞれ光学的に接合された半導体光増幅器21〜2
4と、これら半導体光増幅器21〜24それぞれに光学
的に接合され、前記方向性結合器12から来る光信号の
一部または全部を反射する全反射ミラー31〜34とか
ら構成することとしたので、一つ以上の入力光に対する
論理演算を行うように出力光の偏波面を切り替えること
ができ、したがって、NOT、NAND、NORという
ような負論理の光論理演算を行うことができる。
As described above, according to the optical semiconductor device 11 of the first embodiment, the TE polarized light optical input is crossed, and the TM polarized light input is 2 × 2 direction in which light is output to the bar and the cross. Directional coupler 12 and semiconductor optical amplifiers 21 to 2 optically joined to the four ports of the directional coupler 12, respectively.
4 and total reflection mirrors 31 to 34 which are optically joined to the semiconductor optical amplifiers 21 to 24 and reflect a part or all of the optical signal coming from the directional coupler 12. , The polarization plane of the output light can be switched so as to perform a logical operation for one or more input lights, and thus a negative logical optical logic operation such as NOT, NAND, NOR can be performed.

【0020】なお、半導体光増幅器21,24のうちの
いずれか、または半導体光増幅器22,23のうちのい
ずれかを省略することも可能である。さらに、全反射ミ
ラー31〜34(またはハーフミラー)は、半導体光増
幅器21〜24の方向性結合器12から遠い側に高反射
コーテイングを施すことで省略することができる。
Incidentally, it is possible to omit either one of the semiconductor optical amplifiers 21 and 24 or one of the semiconductor optical amplifiers 22 and 23. Furthermore, the total reflection mirrors 31 to 34 (or half mirrors) can be omitted by providing high reflection coating on the side of the semiconductor optical amplifiers 21 to 24 far from the directional coupler 12.

【0021】また、図4は前記光半導体素子11の変形
実施例である光半導体素子35を示す構成図であって、
方向性結合器12を、TE波はクロス、TM波はバーの
みに出力する方向性結合器36に替えて簡単化したもの
である。この光半導体素子35においても一つ以上の入
力光に対する論理演算を行うように出力光の偏波面を切
り替えることができ、したがって、負論理の光論理演算
を行うことができる。
FIG. 4 is a block diagram showing an optical semiconductor element 35 which is a modified example of the optical semiconductor element 11.
The directional coupler 12 is simplified by replacing it with a directional coupler 36 that outputs TE waves for cross and TM waves only for a bar. Also in this optical semiconductor element 35, the polarization plane of the output light can be switched so as to perform the logical operation for one or more input lights, and thus the negative logical optical logic operation can be performed.

【0022】(実施例2)図5は本発明の実施例2の光
半導体素子51を示す構成図である。この光半導体素子
51は、上述した実施例1の光半導体素子11の方向性
結合器12に電極52,53を付与したものであり、上
述した光半導体素子11と同一の構成要素については同
一の符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a block diagram showing an optical semiconductor element 51 of Embodiment 2 of the present invention. This optical semiconductor element 51 is obtained by adding electrodes 52 and 53 to the directional coupler 12 of the optical semiconductor element 11 of the above-described first embodiment, and the same components as those of the above-described optical semiconductor element 11 are the same. The reference numerals are given and the description is omitted.

【0023】次に、この光半導体素子51の動作につい
て説明する。ここでは、該光半導体素子51に半導体光
増幅器21側から入力光p11を入射させた場合について
説明する。ここで、半導体光増幅器21に充分な電流を
注入して光を出力させると、入力光p11のうちTE波4
1は方向性結合器をクロスに伝搬する間に増幅され、つ
いには発振に至り出力光p12として出力される。このT
E波41に対し、TM波42は結合長が異なるためにク
ロスとならず、方向性結合器12をバー及びクロスに伝
搬する。方向性結合器12の特性は、電極52,53を
介して注入される電流や印加される電圧を通して調整す
ることができる。さらに、方向性結合器12を適切に調
整するために、電極52,53の数を増やしたり(例え
ば4つにする)あるいは一方を省略したりすることも可
能である。
Next, the operation of the optical semiconductor element 51 will be described. Here, a case where the input light p 11 is made incident on the optical semiconductor element 51 from the semiconductor optical amplifier 21 side will be described. Here, when a sufficient current is injected into the semiconductor optical amplifier 21 to output light, the TE wave 4 of the input light p 11
1 is amplified while propagating crosswise through the directional coupler, and finally reaches oscillation and is output as output light p 12 . This T
Since the TM wave 42 has a different coupling length from the E wave 41, the TM wave 42 does not cross and propagates through the directional coupler 12 to the bar and the cross. The characteristics of the directional coupler 12 can be adjusted through the current injected through the electrodes 52 and 53 and the applied voltage. Further, in order to properly adjust the directional coupler 12, it is possible to increase the number of the electrodes 52 and 53 (for example, four) or omit one of them.

【0024】該光半導体素子51においても、TM波4
2のゲインを半導体光増幅器22,23で増幅させるこ
とにより、TM波42を発振させるように調節すること
ができる。この場合、モード競合は半導体光増幅器2
1,24で起こり、したがって、上記実施例1の光半導
体素子11と同様な動作を行う光論理素子を得ることが
できる。
Also in the optical semiconductor element 51, the TM wave 4
By amplifying the gain of 2 by the semiconductor optical amplifiers 22 and 23, the TM wave 42 can be adjusted to oscillate. In this case, mode competition is caused by the semiconductor optical amplifier 2
Therefore, it is possible to obtain an optical logic device which has the same operations as those of the optical semiconductor device 11 of the first embodiment.

【0025】例えば、図2(a)の点Aの位置に系を保
持し、この系にパルス状のTE入力光p13を入射する
と、TE出力光は点Bとなり、この状態が保持され、メ
モリ動作が可能である。ここでは、TE入力光とTM入
力光は互いに競合しあうため、リセットにはTM入力光
を用いればよい(図3(a)参照)。また、図2(b)
の点Aの位置に系を保持し、この系に2つのTE入力光
14,p15を入射すると、TE出力光は図3(b)のよ
うになりAND動作が可能である。この時、TM出力光
はNANDとなる。また、図2(c)の位置に系を保持
し、この系に2つのTE入力光p16,p17を入射する
と、TE出力光は図3(c)のようになりOR動作が可
能である。この時、TM出力光はNOR動作となる。ま
た、TE入力光が単一入力の時にはNOT動作となる点
も上記実施例1の光半導体素子11と同様である。
For example, when the system is held at the position of point A in FIG. 2 (a) and the pulsed TE input light p 13 is incident on this system, the TE output light becomes point B, and this state is held, Memory operation is possible. Here, since the TE input light and the TM input light compete with each other, the TM input light may be used for resetting (see FIG. 3A). In addition, FIG.
When the system is held at the position of point A and the two TE input lights p 14 and p 15 are incident on this system, the TE output light is as shown in FIG. 3B, and the AND operation is possible. At this time, the TM output light becomes NAND. Further, when the system is held at the position shown in FIG. 2C and two TE input lights p 16 and p 17 are made incident on this system, the TE output light becomes as shown in FIG. 3C and the OR operation is possible. is there. At this time, the TM output light becomes NOR operation. Also, the point that the NOT operation is performed when the TE input light is a single input is similar to the optical semiconductor element 11 of the first embodiment.

【0026】以上説明したように、実施例2の光半導体
素子51においても、上記実施例1の光半導体素子11
と同様に、一つ以上の入力光に対する論理演算を行うよ
うに出力光の偏波面を切り替えることができ、したがっ
て、負論理の光論理演算を行うことができる。
As described above, also in the optical semiconductor device 51 of the second embodiment, the optical semiconductor device 11 of the first embodiment is also used.
Similarly, the polarization plane of the output light can be switched so as to perform the logical operation for one or more input lights, and thus the negative logical optical logic operation can be performed.

【0027】また、図6は前記光半導体素子51の変形
実施例である光半導体素子54を示す構成図であって、
方向性結合器12を、TE波はクロス、TM波はバーの
みに出力する方向性結合器36に替えて簡単化したもの
である。この光半導体素子54においても前記光半導体
素子51と同様の作用・効果を奏することができる。
FIG. 6 is a block diagram showing an optical semiconductor element 54 which is a modified example of the optical semiconductor element 51.
The directional coupler 12 is simplified by replacing it with a directional coupler 36 that outputs TE waves for cross and TM waves only for a bar. The optical semiconductor element 54 can also achieve the same actions and effects as those of the optical semiconductor element 51.

【0028】(実施例3)図7は本発明の実施例3の光
半導体素子61を示す構成図である。この光半導体素子
61は、上述した実施例1の光半導体素子11の半導体
光増幅器21〜24を波長可変の半導体光増幅器62〜
65に替えたものであり、この光半導体素子61におい
ても、上記実施例1の光半導体素子11と同様に、一つ
以上の入力光に対する論理演算を行うように出力光の偏
波面を切り替えることができ、したがって、負論理の光
論理演算を行うことができる。
(Embodiment 3) FIG. 7 is a block diagram showing an optical semiconductor element 61 of Embodiment 3 of the present invention. This optical semiconductor device 61 is obtained by changing the wavelengths of the semiconductor optical amplifiers 21 to 24 of the optical semiconductor device 11 of the first embodiment described above.
In the optical semiconductor element 61, the polarization plane of the output light is switched so as to perform a logical operation for one or more input light in this optical semiconductor element 61 as in the optical semiconductor element 11 of the first embodiment. Therefore, it is possible to perform a negative logic optical logic operation.

【0029】しかも、波長可変の半導体光増幅器62〜
65を用いたことにより、これらの波長を調整すること
で、TE波とTM波の波長を等しくまたは異なるように
調整することができ、最適な条件に合わせることができ
る。
Moreover, the wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62-
By using 65, the wavelengths of the TE wave and the TM wave can be adjusted to be equal or different by adjusting these wavelengths, and it is possible to match the optimum conditions.

【0030】また、波長可変の半導体光増幅器62〜6
5によりTE波とTM波の波長を調整することで、上記
の光半導体素子61は波長変換素子として利用すること
ができる。例えば、図3の(b)及び(c)から明らか
なように、上記の光半導体素子61は1つまたは複数の
TE光入力から、TM光出力を得ることができる。ま
た、TE波とTM波を異なる波長に調整することで、光
入出力間の波長を変換することができる。なお、波長可
変の半導体光増幅器62〜65を、半導体光増幅器21
〜24と波長可変フィルタにより光学的に結合した構成
に替えても同様の効果を奏することができる。
Further, wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62 to 6 are used.
The optical semiconductor element 61 can be used as a wavelength conversion element by adjusting the wavelengths of the TE wave and the TM wave according to 5. For example, as is apparent from FIGS. 3B and 3C, the optical semiconductor element 61 described above can obtain a TM light output from one or a plurality of TE light inputs. Further, by adjusting the TE wave and the TM wave to different wavelengths, it is possible to convert the wavelength between the optical input and output. The wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62 to 65 are connected to the semiconductor optical amplifier 21.
The same effect can be obtained even if the configuration is changed to a configuration in which ˜24 and the variable wavelength filter are optically coupled.

【0031】また、図8は前記光半導体素子61の変形
実施例である光半導体素子67を示す構成図であって、
方向性結合器12を、TE波はクロス、TM波はバーの
みに出力する方向性結合器36に替えて簡単化したもの
である。この光半導体素子67においても前記光半導体
素子61と同様の作用・効果を奏することができる。
FIG. 8 is a block diagram showing an optical semiconductor device 67 which is a modified example of the optical semiconductor device 61.
The directional coupler 12 is simplified by replacing it with a directional coupler 36 that outputs TE waves for cross and TM waves only for a bar. This optical semiconductor element 67 can also achieve the same actions and effects as those of the optical semiconductor element 61.

【0032】(実施例4)図9は本発明の実施例4の光
半導体素子71を示す構成図である。この光半導体素子
61は、上述した実施例1の光半導体素子11の半導体
光増幅器21(22)と全反射ミラー31(32)との
間に可変波長フイルタ72(73)を、また、半導体光
増幅器23(24)と全反射ミラー33(34)との間
に可変波長フイルタ74(75)をそれぞれ設けたもの
であり、この光半導体素子71においても、上記実施例
1の光半導体素子11と同様に、一つ以上の入力光に対
する論理演算を行うように出力光の偏波面を切り替える
ことができ、したがって、負論理の光論理演算を行うこ
とができる。
(Embodiment 4) FIG. 9 is a block diagram showing an optical semiconductor device 71 according to Embodiment 4 of the present invention. The optical semiconductor device 61 includes a variable wavelength filter 72 (73) between the semiconductor optical amplifier 21 (22) and the total reflection mirror 31 (32) of the optical semiconductor device 11 of the first embodiment, and the semiconductor optical device 61. A variable wavelength filter 74 (75) is provided between the amplifier 23 (24) and the total reflection mirror 33 (34), and this optical semiconductor element 71 is also the same as the optical semiconductor element 11 of the first embodiment. Similarly, the polarization plane of the output light can be switched so as to perform the logical operation for one or more input lights, and thus, the negative logical optical logic operation can be performed.

【0033】しかも、波長可変フイルタ72〜75それ
ぞれの波長を調整することによりTE波とTM波の波長
を等しくまたは異なるように調整することで最適な条件
に合わせることができる。また、波長可変フイルタ72
〜75によりTE波とTM波の波長を調整することで、
上記の光半導体素子71は波長変換素子として利用する
ことができる。例えば、図3の(b)及び(c)から明
らかなように、上記の光半導体素子71は1つまたは複
数のTE光入力から、TM光出力を得ることができる。
また、TE波とTM波を異なる波長に調整することで、
光入出力間の波長を変換することができる。なお、可変
波長フイルタ72,75のうちのいずれか、また、可変
波長フイルタ73,74のうちのいずれかを省略するこ
とも可能である。
Moreover, by adjusting the wavelengths of the wavelength tunable filters 72 to 75 so that the wavelengths of the TE wave and the TM wave are equal or different, the optimum conditions can be met. In addition, the wavelength variable filter 72
By adjusting the wavelength of TE wave and TM wave by ~ 75,
The optical semiconductor element 71 described above can be used as a wavelength conversion element. For example, as is apparent from FIGS. 3B and 3C, the above-described optical semiconductor device 71 can obtain a TM light output from one or a plurality of TE light inputs.
Also, by adjusting the TE and TM waves to different wavelengths,
The wavelength between the optical input and output can be converted. It should be noted that either one of the variable wavelength filters 72 and 75, or one of the variable wavelength filters 73 and 74 can be omitted.

【0034】また、図10は前記光半導体素子71の変
形実施例である光半導体素子77を示す構成図であっ
て、方向性結合器12を、TE波はクロス、TM波はバ
ーのみに出力する方向性結合器36に替えて簡単化した
ものである。この光半導体素子77においても前記光半
導体素子71と同様の作用・効果を奏することができ
る。
FIG. 10 is a block diagram showing an optical semiconductor device 77 which is a modified example of the optical semiconductor device 71. The directional coupler 12 outputs the TE wave to the cross and the TM wave to the bar only. The directional coupler 36 is replaced by a simplified one. This optical semiconductor element 77 can also achieve the same actions and effects as those of the optical semiconductor element 71.

【0035】また、上記各実施例では、入力をTE波、
出力をTE/TM波としたが、逆に入力をTM波とし、
出力をTM/TE波とすることも可能である。
In each of the above embodiments, the input is a TE wave,
The output was TE / TM wave, but conversely the input was TM wave,
The output can be TM / TE waves.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
記載の偏波利用光半導体素子によれば、TE偏波の光入
力はクロス、TM偏波の光入力はバー及びクロスもしく
はバーのみに光を出力する方向性結合器と、該方向性結
合器の4つのポートのうち少なくとも対角線にない任意
の2つのポートに設けられ、光信号を増幅する半導体光
増幅器と、前記方向性結合器の各ポートに対して方向性
結合器から来る光信号の一部または全部を反射する反射
器とを具備したので、一つ以上の入力光に対する論理演
算を行うように出力光の偏波面を切り替えることがで
き、NOT、NAND、NORというような負論理の光
論理演算を行うことができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to the optical semiconductor device using polarization described above, a TE polarization light input is cross, a TM polarization light input is a bar, and a directional coupler that outputs light to only the cross or the bar, and the directional coupler. Of the four optical ports of at least two that are not on a diagonal line, and a semiconductor optical amplifier for amplifying an optical signal, and one of the optical signals coming from the directional coupler with respect to each port of the directional coupler. Since it has a reflector that reflects a part or all of it, it is possible to switch the polarization plane of the output light so as to perform a logical operation on one or more input lights, and to output a negative logic light such as NOT, NAND, or NOR. Can perform logical operations.

【0037】また、請求項2記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記方向性結合器に電流を注入または電圧
を印加するための電極を1つ以上設けたので、該方向性
結合器の光結合部にこの電極を通して電流を注入または
電圧を印加することができ、したがって、光の行路を変
更することができる。
According to the optical semiconductor device using polarization of the present invention, since the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting current or applying voltage, the directional coupler is provided. A current can be injected or a voltage can be applied to the optical coupling part of this through this electrode, and thus the optical path can be changed.

【0038】また、請求項3記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記半導体光増幅器を波長可変の半導体光
増幅器としたので、TE波及びTM波各々の波長を互い
に異なる波長に調整することができ、光入出力間の波長
を変換することができる。
According to the optical semiconductor device using polarization in the third aspect, since the semiconductor optical amplifier is a wavelength tunable semiconductor optical amplifier, the wavelengths of the TE wave and the TM wave are adjusted to different wavelengths. It is possible to convert the wavelength between the optical input and output.

【0039】また、請求項4記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記方向性結合器の4つのポートのうち少
なくとも対角線にない任意の2つのポートに可変波長フ
イルタを設けたので、TE波及びTM波各々の波長を互
いに異なる波長に調整することができ、したがって、光
入出力間の波長を変換することができる。
Further, according to the optical semiconductor device using polarization in the fourth aspect, the variable wavelength filter is provided at any two ports out of the four ports of the directional coupler that are not on the diagonal line. The wavelength of each wave and the TM wave can be adjusted to different wavelengths from each other, and thus the wavelength between the optical input and output can be converted.

【0040】以上により、動作速度がキャリア寿命に律
速されない偏波間のモード競合を利用し、メモリのリセ
ットも光信号で行うことができ、かつ負論理を容易に得
ることができる偏波利用光半導体素子を実現することが
できる。また、TE波とTM波の波長を調整すること
で、光入出力間で波長を変換することが可能な偏波利用
光半導体素子を実現することができる。
As described above, the polarization-based optical semiconductor in which the mode competition between polarizations whose operation speed is not limited by the carrier life is used, the memory can be reset by the optical signal, and the negative logic can be easily obtained. The device can be realized. Further, by adjusting the wavelengths of the TE wave and the TM wave, it is possible to realize a polarization-use optical semiconductor element capable of converting the wavelength between the optical input and output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の偏波利用光半導体素子を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a polarization-utilizing optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の偏波利用光半導体素子の特
性を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics of a polarization-utilizing optical semiconductor device of Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の偏波利用光半導体素子の特
性を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the characteristics of the polarization-based optical semiconductor device of Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例1の偏波利用光半導体素子の変
形実施例を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a modified example of the optical semiconductor device using polarization according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例2の偏波利用光半導体素子を示
す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a polarization-based optical semiconductor device of Example 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施例2の偏波利用光半導体素子の変
形実施例を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a modified example of the polarization-based optical semiconductor device of Example 2 of the present invention.

【図7】本発明の実施例3の偏波利用光半導体素子を示
す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a polarization-based optical semiconductor device of Example 3 of the present invention.

【図8】本発明の実施例3の偏波利用光半導体素子の変
形実施例を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a modified example of a polarization-utilizing optical semiconductor device of Example 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施例4の偏波利用光半導体素子を示
す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a polarization-utilizing optical semiconductor device of Example 4 of the present invention.

【図10】本発明の実施例4の偏波利用光半導体素子の
変形実施例を示す構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram showing a modified example of the optical semiconductor device using polarization according to the fourth embodiment of the present invention.

【図11】従来の光論理素子を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a conventional optical logic element.

【図12】従来の光論理素子の特性を示す説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing characteristics of a conventional optical logic element.

【図13】従来の光論理素子の特性を示す説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing characteristics of a conventional optical logic element.

【図14】従来の半導体レーザを示す構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram showing a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 偏波利用光半導体素子 12 方向性結合器 21〜24 半導体光増幅器 31〜34 全反射ミラー(反射器) 35 光半導体素子 36 方向性結合器 51 光半導体素子 52,53 電極 54 光半導体素子 61 光半導体素子 62〜65 波長可変の半導体光増幅器 67 光半導体素子 71 光半導体素子 72〜75 可変波長フイルタ 77 光半導体素子 41 TE波 42 TM波 p11 入力光 p12 出力光 p13 TE入力光 p14 TE入力光 p15 TE入力光 p16 TE入力光 p17 TE入力光11 Optical Semiconductor Device Utilizing Polarization 12 Directional Coupler 21-24 Semiconductor Optical Amplifier 31-34 Total Reflection Mirror (Reflector) 35 Optical Semiconductor Element 36 Directional Coupler 51 Optical Semiconductor Element 52, 53 Electrode 54 Optical Semiconductor Element 61 Optical semiconductor element 62 to 65 Wavelength variable semiconductor optical amplifier 67 Optical semiconductor element 71 Optical semiconductor element 72 to 75 Variable wavelength filter 77 Optical semiconductor element 41 TE wave 42 TM wave p 11 input light p 12 output light p 13 TE input light p 14 TE input light p 15 TE input light p 16 TE input light p 17 TE input light

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 TE偏波の光入力はクロス、TM偏波の
光入力はバー及びクロスもしくはバーのみに光を出力す
る方向性結合器と、 該方向性結合器の4つのポートのうち少なくとも対角線
にない任意の2つのポートに設けられ、光信号を増幅す
る半導体光増幅器と、 前記方向性結合器の各ポートに対して方向性結合器から
来る光信号の一部または全部を反射する反射器と、を具
備してなることを特徴とする偏波利用光半導体素子。
1. A TE-polarized light optical input is a cross, and a TM-polarized light optical input is a bar and a directional coupler that outputs light only to the cross or the bar, and at least four ports of the directional coupler. A semiconductor optical amplifier that is provided on any two ports that are not on a diagonal line and that amplifies an optical signal, and a reflection that reflects a part or all of the optical signal coming from the directional coupler to each port of the directional coupler. And an optical semiconductor device using polarization.
【請求項2】 請求項1記載の偏波利用光半導体素子に
おいて、 前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を印加する
ための電極を1つ以上設けてなることを特徴とする偏波
利用光半導体素子。
2. The polarization-based optical semiconductor device according to claim 1, wherein the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting a current or applying a voltage. Utilized optical semiconductor device.
【請求項3】 請求項1または2記載の偏波利用光半導
体素子において、 前記半導体光増幅器は、波長可変の半導体光増幅器であ
ることを特徴とする偏波利用光半導体素子。
3. The polarization-based optical semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor optical amplifier is a wavelength tunable semiconductor optical amplifier.
【請求項4】 請求項1または2記載の偏波利用光半導
体素子において、 前記方向性結合器の4つのポートのうち少なくとも対角
線にない任意の2つのポートに可変波長フイルタを設け
てなることを特徴とする偏波利用光半導体素子。
4. The polarization-based optical semiconductor device according to claim 1, wherein a tunable wavelength filter is provided at least at any two ports out of the four ports of the directional coupler that are not on a diagonal line. A polarization-based optical semiconductor device.
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KR100452617B1 (en) * 2001-09-25 2004-10-12 한국과학기술연구원 Emboding equipment for an all-optical OR gate by using the semiconductor optical amplifiers
KR100458283B1 (en) * 2001-09-25 2004-11-26 한국과학기술연구원 Emboding equipment for All-optical NAND by using semiconductor optical amplifier

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