JPH07225404A - 光双安定素子及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バイアス電流の微調整及びバイアス電流の温
度調整が不要な光双安定素子及びその駆動方法を提供す
る。 【構成】 下側クラッド層１０と、下側クラッド層上に
導波方向に沿って順次に設けられた中心波長λ₁ の第一
ブラッグ反射層１４、活性層１２及び第二ブラッグ反射
層１６を有する光導波層１７と、光導波層上に設けた上
側クラッド層２０と、上側クラッド層より上方で、かつ
活性層の第一ブラッグ層側の領域に対向させて設けた上
側電極２２と、下側クラッド層の下方に設けた下側電極
２４とを具えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光双安定素子、特
に、活性層を発振励起させた状態で、セット光及びリセ
ット光を交互に中心波長の異なるブラッグ反射手段に入
射して、ブラッグ反射手段の中心波長をシフトさせるこ
とによってレーザ発振を開始（ＯＮ）或いは停止（ＯＦ
Ｆ）する光双安定素子及びその駆動方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光双安定素子としては、
文献Ｉ（「Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ ａ Ｄｅｔｕ
ｎｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｐｕｔ ｏｎ Ｂｉｓｔ
ａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｉｎ
ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｊｅｃ
ｔｉｏｎ」、Ｍａｓａｋａｔｓｕ Ｏｋａｄａ，ａｔａ
ｌ，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｔｕｍ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１，Ｊ
ＡＮＵＡＲＹ、１９９３、ＰＰ１０９〜１１９）に開示
されたものがある。

【０００３】この光双安定素子の構造によれば、下側ク
ラッド層（基板上に下側クラッド層を設けてあっても良
い。）上に活性層からなる光導波層及び上側クラッド層
をそれぞれ積層して設けている。そして、上方の上側ク
ラッド層上に導波方向にある長さを有する二つの第一及
び第二電極を離間して設けている。そして、第一及び第
二電極間の間隙に対向する光導波層の領域が光双安定素
子を動作させた時に過飽和吸収領域として作用し、各電
極の下側に対応する光導波層の領域が活性領域（利得調
整領域ともいう）として作用する。従って、活性領域は
過飽和吸収領域の両側に設けられていることになる。ま
た、過飽和吸収領域は双安定動作をおこさせる機能を有
していることが知られている。

【０００４】また、文献Ｉの光双安定素子の駆動方法に
よれば、例えば半導体レーザ光を光導波層の端面側の一
方から入力させておきながら、二つの活性領域へ与える
入力電流、すなわち一定電流（Ｉ_C ）と変動電流（Ｉ）
とを任意に制御する。このとき、活性領域に注入する一
定電流Ｉ_C 及び変動電流Ｉをパルス電流とする。また、
一定電流あるいは変動電流等のバイアス電流を任意に制
御することによって、二つの活性領域に流す電流は所望
の利得の大きさに合わせることができるので、利得調整
が可能になる。例えば、光双安定素子をオン（ＯＮ）状
態にする場合は、入力光を光導波層に与えて光導波層中
の二つの活性領域（利得調整領域）の電流Ｉ_C 及びＩを
調整して利得を増加させれば良い。一方、オフ（ＯＦ
Ｆ）状態にする場合は、半導体レーザ光（入力光）を光
導波層に与えて光導波層中にある二つの利得調整領域に
供給する電流Ｉ_c 及び電流Ｉを任意に調整して利得を減
少させれば良い。このように、一定電流Ｉ_C 及び変動電
流Ｉを所望の値に制御することによって、光導波層に入
力した入力光を出力光として発振させ（ＯＮ状態）た
り、或いは停止（ＯＦＦ状態）させたりすることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光双安定素子を用いて、パルス電流を活性領域
に流してレーザ発振を停止（ＯＦＦ）状態にするには、
以下に述べるような問題があった。

【０００６】（１）二つの活性領域（利得調整領域）に
流すバイアス電流Ｉ_C 及びＩ、すなわちバイアス電流の
調整が極めて難しい。

【０００７】（２）更に、このバイアス電流Ｉ_c 及びＩ
は、温度の影響を受けやすく、従って、光双安定素子の
電流−光出力特性が温度変化によって不安定となり、こ
の特性を安定化させるためには光双安定素子に対し厳密
な温度調整が必要となる（文献のＰ１１０、図３参
照）。

【０００８】従って、従来よりレーザ発振のオン、オフ
動作が簡単にでき、かつ温度調整を必要としない優れた
光双安定素子及び光双安定素子の駆動方法が望まれてい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題の解決を図るた
め、この発明の光双安定素子においては、導波方向に沿
って順次に第一ブラッグ反射層、活性層及び第二ブラッ
グ反射層を有する光導波層を少なくとも具えている。そ
して、第一ブラッグ反射層は、外部セット光により中心
波長λ₁ が別の中心波長λ₂ となるブラッグ反射特性を
有しており、活性層は、外部より電流を注入されて光を
励起する活性領域となる領域部分と、励起された光のレ
ーザ発振を維持する過飽和吸収領域となる領域部分とを
有している。また、第二ブラッグ反射層は、外部リセッ
ト光により中心波長λ₂ が別の中心波長λ₃ となるブラ
ッグ反射特性を有している。

【００１０】また、この発明の実施に当たり、下側クラ
ッド層上に導波方向に沿って順次に第一ブラッグ反射
層、活性層及び第二ブラッグ反射層を有する光導波層を
設け、光導波層上に上側クラッド層を設けている。更
に、上側クラッド層の上方の一部に、活性層の第一ブラ
ッグ反射層側の領域に対向させて上側電極を設け、下側
クラッド層の下方に下側電極を設けるのが良い。

【００１１】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、第一及び第二ブラック反射層の導波方向と直交する
方向の厚さまたは幅を異なる値にするか、或いは第一及
び第二ブラッグ反射層の回折格子の周期を異なる値Λ₁
及びΛ₂ （Λ₁ ≠Λ₂ ）とするのが良い。例えば、第一
及び第二ブラッグ反射層の幅を変える場合は、厚さと回
折格子の周期を一定にする。同様に、厚さを変える場
合、幅と回折格子の周期を一定にし、回折格子の周期を
変える場合は幅と厚さを一定にする。このようにするこ
とにより、第一及び第二ブラッグ反射層の中心波長λ₁
及びλ₂ はλ₁ ≠λ₂ となる。ブラッグ反射層とは、い
わゆるブラッグ反射鏡のことであり、中心波長とはブラ
ッグ反射層が反射する光の中で最大強度で反射する波長
のことをいう。

【００１２】また、この発明の光双安定素子の駆動方法
は、先ず、上側電極と下側電極間に注入電流を供給して
活性層の一部分の領域を励起させておく。その後、第一
ブラッグ反射層にセット光をパルス的に入射させて第一
ブラッグ反射層の中心波長λ₁ を別の中心波長λ₂ に一
時的にシフトさせることによって、レーザ発振を開始さ
せる。その後、第二ブラッグ反射層にリセット光をパル
ス的に入射させて第二ブラッグ反射層の中心波長λ₂ を
別の中心波長λ₃ に一時的にシフトさせることによって
レーザ発振を停止させる。このようにして光双安定素子
からレーザ光を出力光として取り出したり、停止させた
りすることができる。

【００１３】

【作用】上述したこの発明によれば、先ず、活性層の一
部領域に外部より注入電流を流すと、この一部領域が活
性領域となり、この活性領域が励起する。この励起によ
り、光が発生する。この状態では、第一ブラッグ反射層
と第二ブラッグ反射層とで反射される光のうち反射強度
が最大となる波長、すなわち中心波長はλ₁ 及びλ₂ が
異なっているので、発生した光は共振を起こしておら
ず、従って光双安定素子はレーザ発振を生じていない。

【００１４】次に、光双安定素子の第一ブラッグ反射層
に外部よりパルス的にセット光を入射させる。この第一
ブラッグ反射層にセット光が一時的に入射すると周知の
通りこのブラッグ反射層の屈折率が変化し、その結果、
反射強度が最大となる反射光の波長（中心波長）が変化
（シフト）する。このため、セット光の入射により中心
波長をλ₁ からλ₂ へシフトさせる組み合わせとして光
双安定素子を構成しておけば、セット光が第一ブラッグ
反射層に入射すると中心波長はλ₁ からλ₂ へとシフト
する。

【００１５】この第一ブラッグ反射層の中心波長λ₁ が
別の中心波長λ₂ となると、この新たな中心波長λ₂ は
第二ブラッグ反射層の中心波長λ₂ と同じであるので、
活性層の一部分の領域すなわち活性領域で発生した光は
第一及び第二ブラッグ反射層が共振鏡となって共振し、
よってレーザ発振が開始する。

【００１６】一方、活性領域に隣接している活性層の残
りの領域が発振したレーザ光に対して過飽和吸収領域と
して作用する。このため、周知の通り、レーザ発振は過
飽和吸収領域によって維持される。

【００１７】次に、第二ブラッグ層に対してリセット光
をパルス的に入射させると、第一ブラッグ反射層のとき
と同様に、第二ブラッグ反射層の屈折率が変化するた
め、第二ブラッグ反射層の中心波長λ₂ が別の中心波長
λ₃ となるので、レーザ光は反射損失が大きくなり、そ
のため、発振が停止する。このように、活性領域へは一
定の注入電流を供給しつつ、第一ブラッグ反射層へはセ
ット光を、または第二ブラッグ反射層へはリセット光を
それぞれパルス的に入射させることによって、光双安定
素子の双安定動作を達成できる。

【００１８】また、光導波層の下方には下側クラッド層
を設け、かつ光導波層の上方には上側クラッド層を設け
る。そして、上側クラッド層より上方で、かつ活性層の
第一ブラッグ反射層側の領域に対向させて上側電極を設
け、一方、下側クラッド層の下方に下側電極を設けてあ
る。このため、上側電極と下側電極間に電圧を印加して
活性層の一部分に注入電流を流すことができる。従っ
て、活性層の一部分が活性領域となって、光を励起させ
ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、各図を参照してこの発明の光双安定素
子の構造及び駆動方法について説明する。図１の（Ａ）
と（Ｂ）は、この発明の第一実施例の光双安定素子構造
を説明するための概略的平面図及び図１の（Ａ）のＸ−
Ｘ線に沿って切断したときの概略的断面図である。ま
た、図２は、この発明の第二実施例の光双安定素子構造
を説明するための概略的断面図である。なお、図１の
（Ａ）〜（Ｂ）及び図２は、この発明が理解できる程度
に各構成成分の形状、大きさ、及び配置を概略的に示し
てあるにすぎない。また、以下説明する実施例は単なる
好適例にすぎず、従って、この発明は、これら実施例に
のみ限定されるものではない。

【００２０】［１］この発明の光双安定素子構造 図１の（Ａ）及び（Ｂ）を参照してこの発明の第一実施
例の光双安定素子構造について説明する。

【００２１】先ず、光双安定素子は、下側クラッド層１
０と、光導波層１７と、上側クラッド層２０と、上側電
極２２と、下側電極２４とを少なくとも具えている。下
側クラッド層１０として、好ましくはｎ型ＩｎＰ材料を
用いる。この下側クラッド層１２は、基板（図示せず）
上に設けてあっても良い。なお、基板を用いる場合は、
基板材料を下側クラッド層１０と同一のｎ型ＩｎＰとす
るのが良い。この下側クラッド層１０上にレーザ光の導
波方向に沿って順次第一ブラッグ反射層（第一ブラッグ
反射鏡ともいう。）１４、活性層１２及び第二ブラッグ
反射層（第二ブラッグ反射鏡ともいう。）１６を設けて
ある。この第一ブラッグ反射層１４、活性層１２及び第
二ブラッグ反射層１６を持って光導波路となる光導波層
１７を構成している。第一及び第二ブラッグ反射層１４
及び１６の材料をＩｎＧａＡｓＰとするのが良い。この
ときの第一及び第二ブラッグ反射層の幅Ｆは、好ましく
は１μｍ〜２μｍとし、厚さＧは好ましくは０．２μｍ
〜０．３μｍとし、及び回折格子の周期Ｅは好ましくは
約２４２０Å程度とするのが良い。また、第一及び第二
ブラッグ反射層の、導波方向に沿った長さＬ₁ 及びＬ₂
をそれぞれ３００μｍとするのが好適である。

【００２２】この発明の第一実施例では、第一及び第二
ブラッグ反射層１４及び１６の幅及び厚さは同一として
おいて、例えば第一及び第二部ブラッグ反射層１４及び
１６の回折格子の周期Ｅの差を２．８８Åとすることに
より、第一及び第二ブラッグ反射層１４及び１６の中心
波長λ₁ 及びλ₂ は１．８ｎｍ離調する。

【００２３】一方、活性層１２の材料として、好ましく
はＩｎＧａＡｓＰを用いるのが良い。また、活性層１２
は、光双安定素子の動作を行うことによって活性領域１
２ａと過飽和吸収領域１２ｂとの領域部分に分けられ
る。この活性領域１２ａ及び過飽和吸収領域１２ｂは、
明確に境界面をもって区分されているのではなく、光双
安定素子を動作させた場合にそれぞれ異なる役割を果た
す。すなわち、活性領域１２ａは、レーザ光を励起する
領域であり、また、過飽和吸収領域１２ｂは活性層１２
の中でレーザ光の発振を持続させる領域、従って、双安
定動作を起こさせる領域である。

【００２４】また、活性領域の長さＭを好ましくは約１
５０μｍとし、過飽和吸収領域１２ｂの長さＮを好まし
くは約２００μｍとするのが良い。

【００２５】また、光導波層１７上に上側クラッド層２
０を設けてある。この上側クラッド層２０の材料を好ま
しくはｐ型ＩｎＰとするのが良い。

【００２６】また、上側クラッド層２０の上方、すなわ
ちこの第一実施例では上側クラッド２０の表面に、活性
層１２の第一ブラック反射層１４側の活性領域１２ａと
なるべく予定領域に対向させて上側電極２２を設けてあ
る。

【００２７】また、下側クラッド層１０の下方、この実
施例では下側クラッド層１０の裏面全面には下側電極２
４を設けてある。更に、下側電極２４側をアース２６に
接続している。

【００２８】また、第一実施例では、活性層、すなわ
ち、活性領域１２ａと過飽和吸収領域１２ｂとを、光導
波層１７中に１．５５μｍのバンドギャップを持つよう
に、ウエル数１０の多重量子井戸構造として形成してあ
る。また、活性層１２と隣接させて活性層の両側に設け
た第一及び第二ブラッグ反射層１４及び１６を１．３μ
ｍのバンドギャップを有するＩｎＧａＡｓＰで形成して
いる。

【００２９】また、既に説明したように、第一及び第二
ブラッグ反射層１４及び１６をそれらの中心波長λ₁ 及
びλ₂ を｜λ₁ −λ₂ ｜が１．８ｎｍとなるように離調
して設けてある。なお、ここでいう中心波長λ₁ 及びλ
₂ とは、反射ピークが極大となるいくつかの波長の内の
最大ピーク値を有する波長をいう（図４の（Ａ）参
照）。また、中心波長λ₁ 及びλ₂ を１．８ｎｍとなる
ように離調するには、第一及び第二ブラッグ反射層１４
及び１６の幅や厚さを異なる値としても良い。第一及び
第二ブラッグ反射層１４及び１６の幅を変える場合、そ
れぞれの幅の差が０．４１４μｍとなるように設定する
のが良い。なお、このとき、第一及び第二ブラッグ層１
４及び１６の厚さまたは回折格子の周期は同一とする。

【００３０】また、第一及び第二ブラッグ反射層１４及
び１６の厚さを変える場合、それぞれの厚さの差が０．
０２８８μｍとなるように設定するが良い。このとき、
第一および第二ブラック反射層１４及び１６の幅や回折
格子の周期は同一とする。なお、余分な反射を防止する
ために光双安定素子の導波方向の両端面に無反射膜をコ
ーティングしておくのが好適である（図示せず）。

【００３１】次に、図２を参照してこの発明の第二実施
例の光双安定素子構造について説明する。

【００３２】図２には、第一ブラッグ反射層４０と、活
性層４５と、第二ブラッグ反射層４６のみを示してあ
り、電極は、示していないが、例えば第一ブラッグ反射
層４０の下方に下側電極を設け、第二ブラッグ反射層４
６の表面に上側電極を設けても良い。先ず、第一ブラッ
グ反射層４０上に活性層４５を設ける。この活性層４５
は、第一実施例と同様に光双安定素子の動作によって作
用する領域、すなわち活性領域４２と過飽和吸収領域４
４に分けられる。活性層４５上に第二ブラッグ反射層４
６を設けてある。そして、第二実施例が第一実施例と異
なる点は、第一及び第二ブラッグ反射層４０及び４６に
多層膜のブラッグ反射層を使用した点にある。また、第
二実施例では、バイアス電流Ｉ_B を第一及び第二ブラッ
グ反射層４０及び４６間に流し、セット光Ｉ_S 及びリセ
ット光Ｉ_R は、端面方向から入射する。従って、出力光
は、当然第一ブラッグ反射層４０の表面側、あるいは第
二ブラッグ反射層４６の裏面側から出力される。

【００３３】［２］この発明の光双安定素子の駆動方法 次に、図１の（Ａ）〜（Ｂ）、図３の（ａ）〜（ｄ）、
図４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）、図５の（Ａ）〜
（Ｂ）、及び図６を参照してこの発明の光双安定素子の
駆動方法について説明する。なお、ここでは、第一実施
例の光双安定素子構造を例に取って説明する。

【００３４】図３の（ａ）〜（ｄ）は、この発明の光双
安定素子の駆動方法の一例を説明するためのタイムチャ
ート図である。図中、横方向に時間（Ｔ）を取り、
（ａ）はバイアス電流Ｉ_B を活性領域にパルス的に流し
たときのオン、オフ状態を表しており、（ｂ）はセット
光Ｉ_S を第一ブラッグ反射層すなわち第一ブラッグ反射
鏡側に入射させたときのオン、オフ状態を表しており、
（ｃ）はリセット光Ｉ_R を第二ブラッグ反射層すなわち
第二ブラッグ反射鏡側に入射させたときのオン、オフ状
態を表しており、（ｄ）は出力光Ｐ₀ のオン、オフ状態
のタイミングを表している。ここで、注入電流Ｉ_B は１
０ｍＡとし、セット光Ｉ_S 及びリセット光Ｉ_R の強度と
波長は、光導波層のブラッグ波長を１．８ｎｍ変えるの
に十分な自由キャリヤを光導波層内に作りだす組み合わ
せとする。ここで、出力光Ｐ₀ は、バイアス電流Ｉ_B を
活性領域に流して励起させておき、セット光Ｉ_S を第一
ブラッグ反射鏡に入射させたとき、第一及び第二ブラッ
グ反射鏡の端面側から発振するレーザ光をいう。

【００３５】光双安定素子からレーザ発振させる場合、
先ず、上側電極２２及び下側電極２４間にバイアス電流
Ｉ_B を供給して活性層の一部の領域（活性領域１２ａ）
を励起させる（図３の（ａ））。

【００３６】その後、第一ブラッグ反射鏡１４にセット
光Ｉ_S をパルス的に入射させることにより（図３の
（ｂ））、レーザ発振を開始させる（図３の（ｄ）参
照）。このときセット光Ｉ_S のパルスがオフ状態になっ
ても出力光Ｐ₀ は維持される。この理由については後述
する。

【００３７】次に、第二ブラッグ反射層１６にリセット
光Ｉ_R を入射させて（図３の（ｃ））レーザ発振を停止
させる。このとき、出力光Ｐ₀ はオフ状態になる（図３
の（ｄ）参照）。

【００３８】次に、第一及び第二ブラッグ反射鏡１４及
び１６によって活性層１２中の光を共振させたときの光
出力強度を計算して求めた結果を図６に示す。図６は、
第一及び第二ブラッグ反射鏡の反射率−光出力強度特性
図である。図中、横軸に第一及び第二ブラッグ反射鏡の
反射率を取り、縦軸に光出力強度を取って表してある。

【００３９】図６の計算に用いた条件は、次の通りとす
る。活性領域１２ａの長さを１５０μｍとし、過飽和吸
収領域１２ｂを２００μｍとし、第一及びブラック反射
鏡１４及び１６の長さをそれぞれ３００μｍとする。ま
た、活性領域１２ａへ流すバイアス電流Ｉ_B を１０ｍＡ
とする。また、発振出力強度が１ｍＷで、かつ発振波長
が１．５５μｍ程度でレーザ発振できるように設計され
ている。図６から理解できるように、第一及び第二ブラ
ッグ反射鏡の反射率を変化させても、周知の電流−光出
力特性（例えば文献「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｂｓ
ｏｒｐｔｉｖｅｂｉｓｔａｂｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｓｔｉｃ ｏｆ ｍｕｌｔｉｓｅｇｍｅｎｔ ｌａｓ
ｅｒｓ」、Ｍ．Ｃ Ｐｅｒｋｉｎｓ，ａｔ ａｌ、ＩＥ
Ｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ，１３３，Ｎｏ．
４，Ａｕｇ，１９８６，Ｐ．２８６の図７参照）のとき
と同様にＳ字曲線を示す。すなわち、反射率が０．２８
程度から０．５２程度までは、その反射率に対応する光
出力状態が三つあり、そのうち、高い状態（約１０００
μＷ出力状態）と低い状態（約１０μＷ出力状態）の二
つが安定な双安定状態となっている。

【００４０】次に、図１の（Ａ）〜（Ｂ）、図４の
（Ａ）〜（Ｃ）、図５の（Ａ）〜（Ｂ）、及び図６を参
照して光双安定素子を発振及び停止する駆動方法につい
てさらに詳細に説明する。

【００４１】図４の（Ａ）〜（Ｃ）及び図５の（Ａ）〜
（Ｂ）は、第一及び第二ブラック反射鏡の中心波長の動
作原理を説明するための一連の反射波長特性図である。
図中、横軸に第一及び第二ブラッグ反射鏡の波長のずれ
（ｎｍ）を取り、縦軸に反射率を取ってある。また、初
期状態において、第一ブラッグ反射鏡１４の中心波長を
λ₁ とし、第二ブラック反射鏡１６の中心波長をλ₂ と
する。なお、図４の（Ａ）〜（Ｃ）及び図５の（Ａ）〜
（Ｂ）の反射特性は、光導波層の長さを３００μｍと
し、損失を３ｃｍ^-1及び結合係数を４０ｃｍ^-1として計
算したときの計算結果をプロットしたものである。

【００４２】先ず、図４の（Ａ）は、外部から電流を流
したり或いは外部から光を入射しない状態での第一及び
第二ブラッグ反射鏡１４及び１６の中心波長をλ₁ 及び
λ₂で示す。第一及び第二ブラッグ反射層の中心波長λ₁
とλ₂ とは、１．８ｎｍになるように離調させて構成
してある。中心波長λ₁ と中心波長λ₂ とが交差する点
をｏ点とする。このときｏ点の反射率の値は、約０．４
になる（図６のｏ点の状態）。

【００４３】次に、光双安定素子をレーザ発振させる場
合（オン状態）、先ず、上側電極２２及び下側電極２４
間にバイアス電流Ｉ_B を供給して活性層１２の一部の領
域（活性領域１２ａ）を励起しておく（図６の点線で示
す曲線のＩで示す領域）。

【００４４】その後、第一ブラッグ反射鏡１４にセット
光Ｉ_S をパルス的に入射させることにより、第一ブラッ
グ反射鏡１４の中心波長λ₁ は、別の中心波長λ₂ に一
時的にシフトされ、すなわち中心波長が負の方向にシフ
トされて中心波長λ₁ と中心波長λ₂ が重なり合う（図
４の（Ｂ））。このとき、二つのブラッグ反射鏡からの
反射率が０．５２以上になると光双安定素子の状態は図
６のＳ字の高い状態（約１０００μＷ出力）に遷移し
（図６の点線で示すＩＩで示す領域）、レーザ発振を開
始する。

【００４５】そして、光出力強度は、図６に点線で示す
曲線のＩＩＩで示す領域で安定する。このとき、点線の
ループ曲線には示していないが、反射率が約０．５２で
立ち上がった曲線（ＩＩ領域）は、階段状に反射率の高
い方、すなわちｑ点と反対側へ移動する。その後、中心
波長λ₁ は、セット光のパルスがオフ状態になるため、
図４の（Ｃ）の状態に戻る（図６のＩＩＩ領域のｑ
点）。このとき、セット光Ｉ_S をオフにして第一ブラッ
グ反射鏡の中心波長λ₁ が元の位置に戻っても、活性層
中の光出力強度は過飽和吸収領域１２ｂによってレーザ
発振を持続できる。

【００４６】上述した第一ブラッグ反射層１４にセット
光Ｉ_s を入射したとき中心波長λ₁がλ₂ にシフトする
というその動作原理をエネルギー現象として説明すると
以下の通りになる。

【００４７】セット光Ｉ_S として、第一ブラッグ反射鏡
１４を形成する結晶のバンドギャップより大きいエネル
ギーを持つ光を入射させる。このため、このセット光は
第一ブラッグ反射鏡１４に吸収される。そして、第一ブ
ラッグ反射鏡１４の領域中で、セット光Ｉ_S によって伝
導帯には電子が、及び価電子帯に正孔がつくりだされ
る。このとき発生した自由なキャリア（電子及び正孔）
が存在するため、第一ブラッグ反射鏡１４を構成してい
る領域の実効屈折率ｎ_cq（λ₁ ）が小さな値へと変化す
る。これを理論式で表すと次式のようになる。一般に
は、ブラック反射鏡の中心波長λ_B は、（１）式で表わ
される。

【００４８】 λ_B ＝（２ｎ_cq（λ_B ）×Λ）／ｑ・・・（１） ここで、ｎ_cq（λ_B ）はブラッグ反射鏡を構成している
領域、従ってブラッグの反射層の実効屈折率、Λはグレ
ーティングのピッチ及びｑはブラック反射の次数であ
る。通常は、ｑ＝１であるから（１）式は、次式のよう
になる。

【００４９】 λ_B ＝２ｎ_cq（λ_B ）×Λ・・・・・・・（２） この実施例のように、第一ブラッグ反射鏡１４にセット
光Ｉ_S を入射させると、第一ブラッグ反射鏡１４の中心
波長λ₁ （２ｎ_cq（λ₁ ）×Λ、但し、Λは一定にして
ある。）での実行屈折率ｎ_cq（λ₁ ）が減少して実効屈
折率ｎ_cq（λ₂）となるので、中心波長λ₁ はこの新た
な実効屈折率に対応した別の中心波長λ₂ の方向へシフ
トする。

【００５０】また、光出力強度Ｐ₀ を所定の期間だけ持
続させるためには、過飽和吸収領域１２ｂを用いる。こ
の過飽和吸収領域１２ｂでは、レーザ発振が開始される
までは過飽和吸収状態となっているが、一旦レーザ発振
が開始されるた後は過飽和吸収領域１２ｂには十分な電
子及び正孔が作りだされており、過飽和吸収領域１２ｂ
での損失が減少してレーザ発振が維持される。

【００５１】次に、光双安定素子のレーザ発振を停止
（オフ）させる場合、活性領域１２ａをバイアス電流Ｉ
_B で励起させておき、かつ第一ブラッグ反射鏡１４側の
セット光Ｉ_S をオフ状態のままで、第二ブラッグ反射鏡
１６へリセット光Ｉ_R を入射させる。すると、第二ブラ
ッグ反射鏡１６側の中心波長λ₂ が別の中心波長λ₃ に
一時的にシフトし（図５の（Ａ））、続いて、元の波長
λ₂ に戻り（図５の（Ｂ））、レーザ発振が停止する。
中心波長がλ₃ になると、その後は第一及び第二ブラッ
グ反射鏡の中心波長が異なっていることになり、従っ
て、レーザ光は共振が断たれ、従って、レーザ光は、第
一及び第二ブラッグ反射層１４及び１６間を往復してい
るうちに減衰してレーザ発振を停止（オフ）する。この
様子を図６を参照して説明する。

【００５２】図６のＩＩＩで示す領域のｑ点は、中心波
長を用いて示すと、図４の（Ｃ）に示す状態に対応す
る。リセット光Ｉ_R を第二ブラッグ反射鏡１６に入射さ
せて中心波長λ₂ を別の中心波長λ₃ にシフトさせてい
くと中心波長λ₁ 及びλ₂ の交差しているｑ点の反射率
０．４は次第に小さくなり、反射率が約０．２７付近で
光出力強度が急速に減少する。すなわち、光出力強度
は、約１０００μＷから約１０μＷになる（図６の領域
（ＩＩＩ）−領域（ＩＶ）−領域（Ｉ））。このとき、
反射率が約０．２７の立ち下がり領域（領域（ＩＶ））
を経由したループ曲線は、ｏ点と反対側、すなわち反射
率が小さくなる方向へ一旦シフトした後、再度、領域
（Ｉ）のｏ点の位置へ戻る。

【００５３】図６で表した点線のループが、この光双安
定素子のヒステレシス曲線である。このように、この発
明の光双安定素子の出力はヒステレシス特性を示すの
で、光双安定素子のオン或いはオフの駆動を行うことが
できる。

【００５４】また、この発明の第二実施例の構造を用い
た場合も第一実施例の駆動方法と同一であるため、ここ
では、第二実施例の駆動方法の説明は省略する。

【００５５】上述したことから理解できるように、この
発明の実施例では、第一ブラッグ反射鏡１４をセット端
子、第二ブラッグ反射鏡１６をリセット端子として見た
ときセット−リセットのフリップフロップそのものとし
て扱うことができる。

【００５６】また、この発明の第一及び第二実施例の光
双安定素子は、光導波層１７に活性層１２と第一及び第
二ブラッグ反射層１４及び１６を具えている。そして、
第一及び第二ブラッグ反射層１４及び１６は、セット光
或いはリセット光を入射することによって、容易に中心
波長λ₁ 及びλ₂ をシフトさせることができ。従って、
活性領域１２２ａに励起されている光を第一及び第二ブ
ラッグ反射鏡１４及び１６によって増幅或いは減衰させ
て、光導波層１７から出力光Ｐ₀ を取り出したり、或い
は停止できる。このため、従来のようにバイアス電流の
微調整を行ったり、バイアス電流時の温度調整をする必
要がないため、安定した光双安定動作が期待できる。

【００５７】また、この発明の第一実施例では、セット
光或いはリセット光を素子の導波方向にて垂直方向から
入力した例を示したが光双安定素子の端面側から入射さ
せても良い。

【００５８】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光双安定素子は、光導波層中に少なくとも中心
波長λ₁ の第一グラッグ層、活性層、及び中心波長λ₂
の第二ブラッグ反射層を設けてある。また、第一及び第
二ブラッグ反射層の幅や厚さを異なる値にするか、或い
は回折格子の周期を異なる周期Λ₁ 及びΛ₂ としてあ
る。このため、第一及び第二ブラッグ反射層の中心波長
λ₁ 及び中心波長λ₂ を離調できる。このため、光双安
定素子を駆動させる場合、セット光またはリセット光を
入射させて第一及び第二ブラック反射層の中心波長λ₁
及びλ₂ をシフトさせることによって、レーザ発振及び
停止が可能になる。すなわち、第一ブラッグ反射層にセ
ット光を入射させた場合、レーザ光は第一及び第二ブラ
ッグ反射層間を反復往復運動して共振を起こして増幅さ
れ、レーザ発振を開始する。また、第二ブラッグ反射層
にリセット光を入射させた場合、光導波層中の光は減衰
されるので、レーザ発振を停止する。このような光双安
定素子の駆動方法によって、光双安定動作を簡単にオン
或いはオフできる。従って、従来のような、バイアス電
流の微調整、或いはバイアス電流の温度調整を必要とせ
ずに、安定した光双安定動作が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明の第一実施例の光
双安定素子の構造を説明するための概略的平面図及びＸ
−Ｘ線に沿って切断したときの概略的断面図である。

【図２】この発明の第二実施例の光双安定素子の概略的
断面構造図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、この発明の第一実施例の光
双安定素子の動作を説明するためのタイムチャート図で
ある。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第一及び第二ブラッグ反射
層による中心波長λ₁ 及びλ₂ の動作を説明するための
動作原理図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｂ）は、図４の動作に続く、第一及
び第二ブラッグ反射層による中心波長λ₁ 及びλ₂ の動
作を説明するための動作原理図である。

【図６】この発明の光双安定素子の駆動方法を説明する
ための反射率−出力光強度特性図である。

【符号の説明】

１０：下側クラッド層（ｎ−ＩｎＰ） １２、４５：活性層 １２ａ、４２：活性領域 １２ｂ、４４：過飽和吸収領域 １４、４０：第一ブラッグ反射鏡 １６、４６：第二ブラッグ反射鏡 １７：光導波層 ２０：上側クラッド層 ２２：上側電極 ２４：下側電極 ２６：アース ２８、４８：セット光 ３０：入力光 ３２、５２：リセット光

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波方向に沿って順次に設けられた中心
   波長λ₁ の第一ブラッグ反射層、活性層、及び中心波長
   λ₂ の第二ブラッグ反射層を有する光導波層を少なくと
   も具えてなることを特徴とする光双安定素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光双安定素子におい
   て、 前記第一ブラッグ反射層は、外部セット光により前記中
   心波長λ₁ が別の中心波長λ₂ となるブラッグ反射特性
   を有しており、 前記活性層は、外部より電流を注入されて光を励起する
   活性領域となる領域部分と、励起された光のレーザ発振
   を維持する過飽和吸収領域となる領域部分とを有し、 前記第二ブラッグ反射層は、外部リセット光により前記
   中心波長λ₂ が別の中心波長λ₃ となるブラッグ反射特
   性を有していることを特徴とする光双安定素子。
3. 【請求項３】 下側クラッド層と、 該下側クラッド層上に導波方向に沿って順次に設けられ
   た中心波長λ₁ の第一ブラッグ反射層、活性層及び中心
   波長λ₂ の第二ブラッグ反射層を有する光導波層と、 該光導波層上に設けた上側クラッド層と、 該上側クラッド層より上方で、かつ前記活性層の前記第
   一ブラッグ反射層側の領域に対向させて設けた上側電極
   と、 前記下側クラッド層の下方に設けた下側電極とを具える
   ことを特徴とする光双安定素子。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光双安定素子におい
   て、 前記第一及び第二ブラッグ反射層の導波方向と直交する
   方向の厚さまたは幅を異なる値にするか、或いは前記第
   一及び第二ブラッグ反射層の回折格子の周期を異なる周
   期Λ₁ 及びΛ₂ （Λ₁ ≠Λ₂ ）としてあることを特徴と
   する光双安定素子。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の光双安定素子を駆動す
   るに当たり、 上側及び下側電極間に注入電流を流して活性層の一部分
   の領域を励起させておき、 前記第一ブラッグ反射層にセット光をパルス的に入射さ
   せて該第一ブラック反射層の中心波長λ₁ を別の中心波
   長λ₂ に一時的にシフトさせることにより、レーザ発振
   を開始させ、 前記第二ブラッグ反射層にリセット光をパルス的に入射
   させて該第二ブラッグ反射層の中心波長λ₂ を別の中心
   波長λ₃ に一時的にシフトさせることにより前記レーザ
   発振を停止させることを特徴とする光双安定素子の駆動
   方法。