JPH0738058B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に、光デバイスに関する。更に詳細に
は、本発明はデータを電子的に全く変換することなく、
光の形で書込み、記憶および読出しする光メモリデバイ
スに関する。

［従来の技術］ 通信網および広帯域サービス用の要件が、高速および高
帯域幅で動作する各種部品類の能力に対する高い要求を
出し続けていることは一般的に、認められている。この
新たな要件を満たすために、通信網で光ファイバ技術の
使用が増大している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、通信網は光信号で動作することのできない常用
の電子デバイスを依然として多数使用している。従っ
て、伝送される情報を処理するために、電子信号から光
信号へ、および、光信号から電子信号への変換が必要で
ある。

明らかに、必要な変換回数を減少させるデバイスは現時
点で得られないような効果をもたらすであろう。

現在、スイッチングエネルギの低い双安定光スイッチは
市販されている。このようなデバイスでは、光スイッチ
ングエネルギは光を吸収して光電流を発生させることの
できる材料を使用することにより得られる。光電流に応
答する電圧を半導体量子ウエル領域を有する構造物に印
加し、半導体量子ウエル領域の吸光を光電流の変化に応
答して変化させる。更に、半導体量子ウエル領域の吸光
変化は光を吸収できる材料の吸光度に影響を及ぼし、非
線形および双安定光動作状態を発生する帰還回路を形成
することができる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、電子信号に全く変換することなく、光の形の
ままでデータを書込み、記憶および読出しする光メモリ
デバイスを提供する。読出し、リセットなどのような実
行機能は電子手段、光手段またはこれらの組み合わせに
より行うことができる。メモリ機能に必要な固有双安定
性／ヒステリシスは飽和性吸収体を含むレーザ構造物に
より得られる。

本発明は、メモリの読出しおよびリセットのためのレー
ザキャビティーに結合された、電子的または光的に制御
される方向性カプラを使用する。この読出し方法は、現
在のどのデバイスにより得られる効率よりも一層高い効
率でメモリ状態を読み出すことができる。

要するに、本発明の光デバイスは次のような特別な素子
から構成できる。光利得手段；飽和性吸収体；静導波方
向性カプラ；スイッチ可能方向性カプラ；レーザメモリ
キャビテイを形成するための一対の反射面；スイッチ可
能方向性カプラの読出し−リセット制御に必要な電位；
または、スイッチ可能方向性カプラが光により制御され
るような場合には、読出し−リセット機能を開始させる
ための光信号。

前記の素子類はバルクまたは導波光デバイスの何れであ
ってもよく、また、混成形式で組み合わされた個別ユニ
ットまたは集積ユニットあるいはこれらの組み合わせの
何れであってもよい。各種素子を製造するために様々な
材料技術が存在する。例えば、GaAsのような２元系、In
GaAsのような３元系、またはInGaAsPのような４元系の
半導体材料により集積構造物を製造できる。光用途に関
するこれらの最高技術水準の材料技術は急速に発展して
いることに注目しなければならない。混成の実現も魅力
的であり、これらの実現可能性は最近、半導体デバイ
ス、ガラス光ファイバ、およびリチウム−ニオブ集積光
部品の組み合わせにより実証されている。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明す
る。

第１図を参照する。LiNbO₃、GaAsなどのような電子−光
基板であるチップ10は３本の導波路12,14,16を支持して
いる。電子−光基板10における導波路12は一端で第２の
チップ18に結合され、他端は反射面20に結合されてい
る。第２のチップ18は光利得セクション22と飽和性吸収
体24とからなる。第２の反射面26がチップ18の光利得セ
クションの端部に配置されている。導波路12と併用され
るチップ18および２枚の反射面20,26はレーザキャビテ
ィーを形成する。反射面20,26は、反射面として機能す
る分布帰還をもたらす屈折率の周期的変化を有する光格
子、高度に研磨された表面などから構成できる。

チップ18はレーザ様チップであり、利得領域22として作
用するチップ部分に電極が配設されている。長さが数十
マイクロである第２の領域24は電極を全く有さず、そし
て、飽和性吸収領域として機能する。

中央導波路12は導波路14と共に方向性カプラ28を形成す
る。また、導波路16と共に第２の方向性カプラ30を形成
する。方向性カプラの物理的位置は任意である。これら
のカプラは第１図に示されるように、チップ10の中心に
配置することもできるし、あるいは、中心導波路12に沿
って別の位置に形成させることもできる。

導波路14,16の端部には反射防止剤が塗布されている。
同様に、導波路12の一端にも反射防止剤を塗布し、そし
て、短い長さのファイバまたはバットカップリングによ
りチップ18を導波路12に接続させることができる。

方向性カプラ30はデバイスの用途に応じて固定またはス
イッチ可能カプラとすることができる。メモリが“書込
み”されるべきものか、または、ユーザーの制御で活性
化されるような場合にはスイッチ可能カプラが有用であ
る。固定カプラが使用される場合、メモリは自動的に活
性化される。選択される場合、一般的なカップリング効
率は約20％である。デバイスを結合し、信号の受信と伝
送を容易にするため、ファイバのピグテール34,36を導
波路14の端部に結合し、また、ファイバのピグテール3
8,40を導波路16の端部に結合することができる。

読出しコントロール42を結合し、方向性カプラ28に印加
される電圧を制御する。書込みコントロール44を結合
し、方向性カプラ30に印加される電圧を制御する。

本発明の“書込み”および“読出し”動作は次の通りで
ある。リセット状態から開始し、利得媒体22を電流注入
によりバイアスレベルにまでポンピングする。このバイ
アスレベルは、飽和性吸収体24の飽和レベル以下のレベ
ルであり、従って、ミラー20,26により画成され、か
つ、導波路12を含むレーザキャビティーのレーザ作用の
閾値以下のレベルである。従って、中心導波路12におけ
る光強度は極めて小さい。光データパルスが導波路16の
入力導波路38または40で発生すると（論理１の出現を意
味する）、これはカプラ30を介して効率ηｑで中心導波
路およびレーザキャビティー12にカップリングされる。
この光信号は反射面20により反射され、飽和性吸収体24
の方向へ向かう。この追加光エネルギは飽和性吸収体に
達すると、飽和され、そして、吸収体24は透過性にな
り、その結果、光エネルギは反射面20と26の間を自由に
通過する。従って、利得領域22から放出された光エネル
ギは反射面20により反射され、誘導放出とレーザ作用を
生起する。レーザ作用が開始されたら、レーザ光エネル
ギレベルは飽和状態を維持するのに十分なので、入力光
信号はもはや不要である。従って、光データは“書込ま
れ”、そして、レーザのレーザ発光状態により光の形で
維持または記憶される。入来信号が光の“OFF"レベル
（論理０）となった場合、レーザは非レーザ発光状態に
維持される。

本明細書において、“光”または“光エネルギ”という
用語を使用する場合、これらの用語は光子エネルギを含
むものとして理解されなければならない。光子エネルギ
は赤外から紫外に及ぶ範囲内またはファイバにより伝送
できる電磁スペクトルにおけるその他の全ての波長であ
ることができる。

記憶された情報を読むために、メモリ素子の光状態（ミ
ラー20,26で両成されるレーザキャビティー）がスイッ
チ可能カプラ28で検知される。通常、カプラ28は“スト
レート−スルー”状態に調節される。すなわち、光エネ
ルギは通常、レーザを出さない。レーザ状態を検知する
ために、スイッチ可能カプラ28を読出しコントロール42
によりクロスオーバー状態にセットする。カプラ28がLi
NbO₃またはGaAsで製造できるような電子−光デバイスで
ある場合、カプラのスイッチ状態は適当な電圧をかける
ことにより選択される。電子制御よりも光制御が所望の
場合、チップ10は有機ポリマーまたはその他の光非線形
材料から構成できる。この場合、スイッチ可能カプラ28
は別の制御ビームにより光的に活性化される。

カプラ28が“クロスオーバー”状態の場合、レーザキャ
ビティー中に存在する光エネルギーは光導波路14に移送
され、そして、導波路14のファイバ端34,36から出てい
く。導波路14のファイバ端から出る光エネルギは、メモ
リの状態により左右されることもある別の操作の入力と
して使用するために、系の次の状態に結合させることが
できる。所望により、光出力信号も光検出器に結合さ
せ、信号の光状態（高／低）を電子レベルに変換でき
る。

本発明では、カプラ28によりレーザキャビティーから得
られる光出力信号はキャビティー中に存在する大多数の
光子からなる。この光子はキャビティーから出力導波路
14に直接移される。従って、このようにして出力導波路
14に移された光子の数は光子が部分的に反射する表面に
よりレーザキャビティーから移される場合の光子移送数
よりも著しく多い。

読出し動作の結果、導波路12内の光強度は低レベルにま
で落ち込み、そして、飽和性吸収体はレーザ作用を停止
する。このようにして、レーザ作用が停止し、そして、
メモリ素子はリセットされる。その後、スイッチ可能カ
プラは読出しコントローラ42により“ストレートスル
ー”状態にセットバックされる。前記の２種類の素子を
組み合わせることにより不揮発性メモリデバイスを形成
することができる。

所望により、導波路14の両方のファイバ端部34,36から
出来する光を一緒に合わせ、一層高い出力強度をもたら
すことができる。あるいは、導波路14の両方のファイバ
端部34,36は２本の平行な出力端として使用することも
できる。同様に、導波路16のファイバ端部38または40の
何れかを所望により入力端として利用するか、両方とも
入力端として利用することもできる。導波路16の両方の
端部を、源を異にする別々の入力端に結合する場合、デ
バイスはこのメモリにおける論理OR動作の結果を記憶す
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、電子信号に全く
変換することなく、光の形のままでデータを書込み、記
憶および読出しする光メモリデバイスが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を例証する模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−156231（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−220319（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−126514（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記憶すべきデータメモリとして機能する第
   １状態または第２状態を呈するキャビティー（12）を有
   するレーザ（18）と、 記憶すべきデータで、前記第１状態または第２状態に選
   択的に前記レーザを励起するように結合された書き込み
   手段（16）と、 前記レーザ発振器の状態を第３導波路（14）に選択的に
   移すように結合された読み出し手段とを備え、 前記レーザキャビティーは、第１導波路（12）からな
   り、 前記書き込み手段は、前記第１導波路（12）と共に第１
   方向性カプラ（30）を形成する第２導波路（16）であり 前記第１導波路（12）と第２導波路（16）と第３導波路
   （14）の少なくとも一部が隣接して配置される ことを特徴とする光デバイス。
2. 【請求項２】前記方向性カプラは、固定型である ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
3. 【請求項３】前記方向性カプラ（30）は、制御可能であ
   り、 書き込みコントロール手段（44）が、前記方向性カプラ
   （30）の動作を選択的に制御するように結合されている ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
4. 【請求項４】前記読み出し手段は、前記第１導波路（1
   2）と共に第２方向性カプラ（28）を形成する第３導波
   路（14）である ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
5. 【請求項５】前記第２方向性カプラ（28）は、制御可能
   であり、 読出しコントロール手段（42）は、前記第２方向性カプ
   ラ（28）の動作を光学的にまたは電子的に制御する ことを特徴とする請求項４記載の光デバイス。
6. 【請求項６】前記レーザは、 光利得部材（22）と、 レーザキャビティーとして機能する前記第１導波路（1
   2）と接続される飽和性吸収体（24）と からなり、 前記光利得部材（22）と前記飽和性吸収体（24）と前記
   第１導波路（12）とは、２枚の完全反射面（20,26）の
   間に配置されている ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
7. 【請求項７】第１導波路（12）と、前記第１導波路の一
   端に結合された完全反射面（20）と、前記第１導波路の
   他端（32）と第２完全反射面（26）との間に間挿された
   光利得部材（22）及び可飽和吸収体（24）と、 前記第１導波路（12）と可飽和吸収体（24）と光利得部
   材（22）と一対の完全反射面（20,26）は、レーザを発
   生し、前記レーザは、前記第１導波路（12）が前記レー
   ザのキャビティーである場合に、記憶すべきデータ用の
   メモリとして機能する第１状態または第２状態で動作
   し、 前記第１導波路（12）と共に第１方向性カプラ（30）を
   形成するように結合された第２導波路（16）と、 前記第２導波路（16）により搬送された光入来データ信
   号は、前記レーザ（18）を発振させ、２つの状態のうち
   の何れか一方の状態で動作して入来信号を表し、 前記第一の導波路（12）と共に第２方向性カプラ（28）
   を形成するように結合された第３の導波路（14）と、 レーザキャビティー（12）中の光を前記第３導波路（1
   4）に選択的に移すように結合された読み出しコントロ
   ール手段（42）と からなり、 前記第１導波路（12）と第２導波路（16）と第３導波路
   （14）の少なくとも一部が隣接して配置される ことを特徴とする光デバイス。
8. 【請求項８】前記第２導波路（16）の一端に結合された
   第１入力（38）と前記第２導波路（16）の他端に結合さ
   れた第２入力（40）を更に有し、 これにより、論理OR動作の結果が光的に記憶される ことを特徴とする請求項７記載の光デバイス。