JPS58156921A - 光双安定デバイス - Google Patents
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- JPS58156921A JPS58156921A JP58022997A JP2299783A JPS58156921A JP S58156921 A JPS58156921 A JP S58156921A JP 58022997 A JP58022997 A JP 58022997A JP 2299783 A JP2299783 A JP 2299783A JP S58156921 A JPS58156921 A JP S58156921A
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- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/024—Optical bistable devices based on non-linear elements, e.g. non-linear Fabry-Perot cavity
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光学非線形吸収材を含むファプリーペロー共
振器を有する型の光双安定デバイスに係る、。
振器を有する型の光双安定デバイスに係る、。
発明の背景
光双安定デバイスはたとえば通過及び阻止といった二つ
の異なる安定状態を実現することができる。それらは光
スイッチング及び論理機能を実現するために、基準光源
を変調することができ、各種の方法で光伝送に有用であ
る。
の異なる安定状態を実現することができる。それらは光
スイッチング及び論理機能を実現するために、基準光源
を変調することができ、各種の方法で光伝送に有用であ
る。
有用な光双安定デバイスの一つは、ファプリーペロー干
渉空胴の形態で、半導体非線型吸収材料を含む。基準光
源ビームは、空胴の入力端に入射する。他端すなわち空
胴の出力端から伝送される出力は、入力端面上に基準ビ
ームとともに入射するか、あるいは伺らかの他の方向か
ら入射するスイッチング光源により、変調される。空胴
中の光の強度は吸収材を飽和させ、それによりその吸収
係数を減少させる。これにより空胴中の光強度は、空胴
共振を起し、基準ビームを伝達するのに十分な閾値を越
えることが可能になる。空胴内の光強度が十分減少する
と、吸収材は再び飽和しなくなる。これにより、空胴が
共振からはずれ、その最初の阻止状態に戻る。スイッチ
ング状態のプロセスは、空胴が共振状態を保とうとする
傾向を有するという事実により。
渉空胴の形態で、半導体非線型吸収材料を含む。基準光
源ビームは、空胴の入力端に入射する。他端すなわち空
胴の出力端から伝送される出力は、入力端面上に基準ビ
ームとともに入射するか、あるいは伺らかの他の方向か
ら入射するスイッチング光源により、変調される。空胴
中の光の強度は吸収材を飽和させ、それによりその吸収
係数を減少させる。これにより空胴中の光強度は、空胴
共振を起し、基準ビームを伝達するのに十分な閾値を越
えることが可能になる。空胴内の光強度が十分減少する
と、吸収材は再び飽和しなくなる。これにより、空胴が
共振からはずれ、その最初の阻止状態に戻る。スイッチ
ング状態のプロセスは、空胴が共振状態を保とうとする
傾向を有するという事実により。
光学的なヒステリシスをもつ。
各種の光双安定デバイス及びそれらの動作モードについ
ては、以下に示すような多（の特許及び文献に述−１ぐ
ちれている。
ては、以下に示すような多（の特許及び文献に述−１ぐ
ちれている。
１、 ピー、ダヴリュ、スミス、アイ、ピー。
カミノワ、ピー、ジュイ、へロニイ及びエル。
ダウリュ、ストルツによる“集積化された光双安定デバ
イス″アプライド、２イシツクス。
イス″アプライド、２イシツクス。
レターズ、第３５巻、第１号、１９７８年７月、２４−
２７頁； ２．７−ル、シー、アルフエルニネによる“重みづけ結
合を用いた偏光依存性のない光双方向性カプラスイッチ
ング′１オプティカル。
２７頁； ２．７−ル、シー、アルフエルニネによる“重みづけ結
合を用いた偏光依存性のない光双方向性カプラスイッチ
ング′１オプティカル。
文集）アムステルダム、１９７９年９月１７−１９日、
１１．４−２−１１．４−４頁；６、 エイチ、エ
ム、ギブス、ティ、エヌ。
１１．４−２−１１．４−４頁；６、 エイチ、エ
ム、ギブス、ティ、エヌ。
シー、ヴエンカテサン、ニス、エル、マツコール、エイ
、パスナー、エイ、シー、ゴザード及びダヴリュ、ビー
グマンによる“空胴の光同調による光変調″アプライド
、フィジックス、レターズ、第３４巻、第８号、１９７
９年４月、５１１−５１４頁： ４、 エイチ、エム、ギブス、ニス、エル。
、パスナー、エイ、シー、ゴザード及びダヴリュ、ビー
グマンによる“空胴の光同調による光変調″アプライド
、フィジックス、レターズ、第３４巻、第８号、１９７
９年４月、５１１−５１４頁： ４、 エイチ、エム、ギブス、ニス、エル。
マツコール、ティ、エヌ、シー、ヴエンカテサン、エイ
、パスナー、ニー、シー、ゴザード及びダヴリュ、ビー
グマンによる“半導体エタロン中の光双安定性及び変調
″インテグニカル、ダイジェスト、１９８０年６月２８
−′５０日、ＭＢ５−１−ＭＢ５−４頁；５、 ピー、
ダウリュ、スミス及びイー、エイチ、ターナ−による“
双安定ファブリーペタース、第３０巻、第６号、１９７
７年３月。
、パスナー、ニー、シー、ゴザード及びダヴリュ、ビー
グマンによる“半導体エタロン中の光双安定性及び変調
″インテグニカル、ダイジェスト、１９８０年６月２８
−′５０日、ＭＢ５−１−ＭＢ５−４頁；５、 ピー、
ダウリュ、スミス及びイー、エイチ、ターナ−による“
双安定ファブリーペタース、第３０巻、第６号、１９７
７年３月。
２８０−２８１頁；
６、エイチ、エム、ギブス、ニス、エル。
マツコール及びティ、エヌ、シー、ヴエンカテサンに１
９７７年６月１５日に承認された米国特許第４．０１２
．６９９Ｊｉ４Ｆ；Ｚ エイチ、エム、ギブス、ニス、
エル。
９７７年６月１５日に承認された米国特許第４．０１２
．６９９Ｊｉ４Ｆ；Ｚ エイチ、エム、ギブス、ニス、
エル。
マツコール及びティ、エヌ、シー。ヴエンカテサンに１
９７８年１０月１７日に承認された米国特許第４．１２
１．１６房； 負帰還機構がある限り１位相変調を用い。
９７８年１０月１７日に承認された米国特許第４．１２
１．１６房； 負帰還機構がある限り１位相変調を用い。
ファプリー、ペロー空胴な用いない双安定デバイスを作
ることは知られている。そのような方法については、た
とえば上の文献５に述べられている。
ることは知られている。そのような方法については、た
とえば上の文献５に述べられている。
上に述べた光双安定デバイスを実現する方法に付随した
問題の一つは、吸収材の非線形性がスイッチング光によ
り吸収材の伝導帯に発生する比較的高密度の電子に依存
することである。低温において、この光生成は適度の強
度の光０％に半導体の禁制帯に近いエネルギーの励起子
を用いることにより実現できる。
問題の一つは、吸収材の非線形性がスイッチング光によ
り吸収材の伝導帯に発生する比較的高密度の電子に依存
することである。低温において、この光生成は適度の強
度の光０％に半導体の禁制帯に近いエネルギーの励起子
を用いることにより実現できる。
しかし、室温においては伝導帯電子の寿命は非常に短く
、そのため双安定に必要な伝導帯電子密度を発生させる
には、非常に強いスイッチング光が必要であり、従って
、許容し得ないほど感度の低いデバイスが生じる。低温
又は高強度スイッチング光の必要性は両方とも、双安定
デバイスの比較的複雑な構造と比較的高いパワーを要求
する。従って、光伝送システム用の集積光学デバイスの
場合には。
、そのため双安定に必要な伝導帯電子密度を発生させる
には、非常に強いスイッチング光が必要であり、従って
、許容し得ないほど感度の低いデバイスが生じる。低温
又は高強度スイッチング光の必要性は両方とも、双安定
デバイスの比較的複雑な構造と比較的高いパワーを要求
する。従って、光伝送システム用の集積光学デバイスの
場合には。
それらは避けるのが望ましい。
発明の概要
本発明のテ゛バイスはフランツ−ケルディツシュ効果に
よる非線形吸収を得るためのファプリーペロー干渉空胴
中の逆バイアス半導体吸収体内に、電界をかけ１強い電
界が印加された時、半導体の吸収スペクトルを、長波長
側にシフトさせる。吸収体中の光により発生した光電流
は、電界を減す負帰還をもつ帰還抵抗に結合される。こ
の構造においては、抵抗値を調整することにより、感度
及びデバイスの速度を変化させることができる。室温に
おいて蓄しい利得と非常に速いスイッチング応答を得る
ことが可能である。寄生の高速入力を阻止するため、吸
収体構造の一部分と接地の間に、容量を接続してもよい
。
よる非線形吸収を得るためのファプリーペロー干渉空胴
中の逆バイアス半導体吸収体内に、電界をかけ１強い電
界が印加された時、半導体の吸収スペクトルを、長波長
側にシフトさせる。吸収体中の光により発生した光電流
は、電界を減す負帰還をもつ帰還抵抗に結合される。こ
の構造においては、抵抗値を調整することにより、感度
及びデバイスの速度を変化させることができる。室温に
おいて蓄しい利得と非常に速いスイッチング応答を得る
ことが可能である。寄生の高速入力を阻止するため、吸
収体構造の一部分と接地の間に、容量を接続してもよい
。
実施例の説明
第１図のテ”バイス（１０）は長さ約１００μｍ（ミク
ロン）１幅約１０μｍの電子吸収導波路構造で、半導体
製造技術の熟練者には良く知られた方法で１分子ビーム
エピタキシー。
ロン）１幅約１０μｍの電子吸収導波路構造で、半導体
製造技術の熟練者には良く知られた方法で１分子ビーム
エピタキシー。
液相エピタキシー又は有機金属化学気相堆積により製作
できる。デバイス（１ｏ）の土台は約２５０μｍ（ミク
ロン）の厚さと約ｉｏ’Ω副（オームセンチメートル）
の抵抗率を有するｐ十伝導形ＧａＡｓ （ガリウムひ素
）基板である。約１μｍの厚さをもつスズ−ニッケル合
金オーム性接触材料の導電性電極層（１１）で、基板（
１２）の底面が櫟われ、接地に接続されている。基板層
（１２）十全体に約０．５μｍの厚さのけ伝導形Ｑ ａ
Ａ ｓバッファ層（１４）がある。バッファ層（１４
）上に０、５ ｔｔｍ 厚のＰ形伝導形ＧａＡ ＩＡｓ
（−）ｆ ｒ）ラムアルミニウムひ素）の層（１６）
がある。
できる。デバイス（１ｏ）の土台は約２５０μｍ（ミク
ロン）の厚さと約ｉｏ’Ω副（オームセンチメートル）
の抵抗率を有するｐ十伝導形ＧａＡｓ （ガリウムひ素
）基板である。約１μｍの厚さをもつスズ−ニッケル合
金オーム性接触材料の導電性電極層（１１）で、基板（
１２）の底面が櫟われ、接地に接続されている。基板層
（１２）十全体に約０．５μｍの厚さのけ伝導形Ｑ ａ
Ａ ｓバッファ層（１４）がある。バッファ層（１４
）上に０、５ ｔｔｍ 厚のＰ形伝導形ＧａＡ ＩＡｓ
（−）ｆ ｒ）ラムアルミニウムひ素）の層（１６）
がある。
Ｑ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層（１６）の上にやはり０．５
ｆｉｍ厚の真性（Ｉ）伝導形の光学的に活性なＧａＡ
ｓ層（１８）がある。活“性層（１８）の上には。
ｆｉｍ厚の真性（Ｉ）伝導形の光学的に活性なＧａＡ
ｓ層（１８）がある。活“性層（１８）の上には。
へ＋伝導形ＧａＡｌＡｓの第２の０．５μｍ 厚層（２
０）がある。この最上部ＧａＡｌＡｓ層（２０）は電気
力線を垂直方向に限定するために、最上部付近で面をと
ったエッチされたメサ構造である。ＧａＡｌＡｓ層（２
０）上にし家主表面間で約１０５Ωの抵抗を示す単位面
、積当り８オームの第１のタンタル抵抗層（２２）があ
る。最後に、抵抗層（２２）上に１μｍ厚の第２のスズ
−ニッケル合金の導電性電極層（２４）がある。構造全
体カー両端でへき関され、ファプリーペロー空胴構造を
構成し。
０）がある。この最上部ＧａＡｌＡｓ層（２０）は電気
力線を垂直方向に限定するために、最上部付近で面をと
ったエッチされたメサ構造である。ＧａＡｌＡｓ層（２
０）上にし家主表面間で約１０５Ωの抵抗を示す単位面
、積当り８オームの第１のタンタル抵抗層（２２）があ
る。最後に、抵抗層（２２）上に１μｍ厚の第２のスズ
−ニッケル合金の導電性電極層（２４）がある。構造全
体カー両端でへき関され、ファプリーペロー空胴構造を
構成し。
その入力面（２６）及び出力面（２Ｂ）＆ｉ相互に平行
である。入力面（２６）及び出力面（２Ｂ）は、活性層
（１Ｂ）の緻密さを増すために０反射被膜（２９）で被
覆されて〜・る。
である。入力面（２６）及び出力面（２Ｂ）は、活性層
（１Ｂ）の緻密さを増すために０反射被膜（２９）で被
覆されて〜・る。
２０−２００ボルト直流電流を供給できる駆動電圧源（
３０）が、電極（１１，２４）間、に接続され、活性層
（１Ｂ）内部にお〜・て。
３０）が、電極（１１，２４）間、に接続され、活性層
（１Ｂ）内部にお〜・て。
異なる伝導形の隣接した層（１６，２０）間に、逆バイ
アスの方向で電界を発生する。構造は導波路デバイスで
ある。なぜなら（イ。
アスの方向で電界を発生する。構造は導波路デバイスで
ある。なぜなら（イ。
ＧａＡｌＡｓ層（１６，２０） ＆末ＧａＡｓ活性層（
１８）より大きな屈折率を有し、従って。
１８）より大きな屈折率を有し、従って。
光ファイバの場合と同様、光を活性層（１８）中に反射
により戻すからである。寄生の高速信号を阻止し、接地
させるために、電極層（１１）と接地基準電位間に、容
量（３４）が接続される。
により戻すからである。寄生の高速信号を阻止し、接地
させるために、電極層（１１）と接地基準電位間に、容
量（３４）が接続される。
デバイス（１０）の動作中、約０．９μｍの波長の入力
基準ビームを、典型的な場合光ファイバにより、入力面
（２６）に結合させてもよい。出力ファイバを出力面（
２８）に結合させてもよい。挿入損を最小にするために
。
基準ビームを、典型的な場合光ファイバにより、入力面
（２６）に結合させてもよい。出力ファイバを出力面（
２８）に結合させてもよい。挿入損を最小にするために
。
これらは周知の方法で、光学用接合剤で表面に接着して
もよ〜・。
もよ〜・。
最初に高出力伝達状態、すなわち空胴が共振状態にあり
、デバイス（１０）が基準ビームをほとんど伝達する状
態を考えるのが有用である。この状態において、活性層
（１８）内の光強度は高い。ＧａＡｓ活性層（１８）の
非線形特性は、吸収係数が光強度の増加とともに減少す
るようなものであるから、共振を維持するために、基準
ビームの与えられた最小強度に対し、これを安定状態に
する。ＧａＡｓ活性層（１８）及び隣接するＱａＡＩＡ
ｓ層（１６，２０）中の光生成キャリヤは、抵抗（２２
）を貫く電流を生じ、デバイス（１０）内の電界を下る
。なぜならば、電圧源（６０）からの電圧は選択された
一定値に保たれる。
、デバイス（１０）が基準ビームをほとんど伝達する状
態を考えるのが有用である。この状態において、活性層
（１８）内の光強度は高い。ＧａＡｓ活性層（１８）の
非線形特性は、吸収係数が光強度の増加とともに減少す
るようなものであるから、共振を維持するために、基準
ビームの与えられた最小強度に対し、これを安定状態に
する。ＧａＡｓ活性層（１８）及び隣接するＱａＡＩＡ
ｓ層（１６，２０）中の光生成キャリヤは、抵抗（２２
）を貫く電流を生じ、デバイス（１０）内の電界を下る
。なぜならば、電圧源（６０）からの電圧は選択された
一定値に保たれる。
電界が減少することにより１周知のフランツ−ケルディ
ツシュ効果により、 ＱａＡｓ材料の吸収端を移動さ
せ、その吸収係数を減少させる。これは負帰還を加える
ことにより、伝達状態の安定性を更に増す。
ツシュ効果により、 ＱａＡｓ材料の吸収端を移動さ
せ、その吸収係数を減少させる。これは負帰還を加える
ことにより、伝達状態の安定性を更に増す。
第２図のグラフはデバイス（１０）の光学的ヒステリシ
スを、誇張して示す。縦軸（ＩＯＵ’ｒ） は出力面
（２８）における出力光強度を表す。横軸（■、Ｎ）は
基準及びトリガ光の両方から、空胴中に入る光強度を表
す。
スを、誇張して示す。縦軸（ＩＯＵ’ｒ） は出力面
（２８）における出力光強度を表す。横軸（■、Ｎ）は
基準及びトリガ光の両方から、空胴中に入る光強度を表
す。
第６図は入射光強度と空胴吸収αＬの関係の概略を示す
。空胴吸収は光電流による帰還回路抵抗（２２）中の電
圧降下を伴い、あるいは伴わず外部電圧により誘導され
る。点線（５６）は帰還がない時の定数αＬを表す。
。空胴吸収は光電流による帰還回路抵抗（２２）中の電
圧降下を伴い、あるいは伴わず外部電圧により誘導され
る。点線（５６）は帰還がない時の定数αＬを表す。
曲線（３８）は抵抗（２２）中の光電流電圧降下により
、フランツ−ケルディツシュ効果が減少するとともに１
強さが減少する空胴電界に伴うαＬの減少を表す。説明
のために。
、フランツ−ケルディツシュ効果が減少するとともに１
強さが減少する空胴電界に伴うαＬの減少を表す。説明
のために。
基準光の与えられた波長に対する双安定に必要な条件を
満すために、αＬは値２をもつように選んだ。
満すために、αＬは値２をもつように選んだ。
デバイス（１０）を低出力阻止状態にスイッチングさせ
るのは、たとえば瞬間的に基準光入射ビームをしゃ断す
ることにより、空胴内の光強度を減すことにより実現さ
れる。それによって光電流が減少すると、空胴中の電界
が増加し、活性層（１８）の吸収端を吸収係数の高い方
へ移動させる。その結果、空胴中の光強度はその共振の
ための閾値以下に下がる。さらに、光強度が減少するこ
とにより。
るのは、たとえば瞬間的に基準光入射ビームをしゃ断す
ることにより、空胴内の光強度を減すことにより実現さ
れる。それによって光電流が減少すると、空胴中の電界
が増加し、活性層（１８）の吸収端を吸収係数の高い方
へ移動させる。その結果、空胴中の光強度はその共振の
ための閾値以下に下がる。さらに、光強度が減少するこ
とにより。
ＧａＡ ｓ層（１８）の屈折率が増すという光−屈折効
果がつけ加わる。これにより、又入射光の波長に対する
空胴の同調がずれる傾向になる。一度空胴の共振がはず
れると、基準光のみの強度では、共振状態に戻す忙は不
十分である。
果がつけ加わる。これにより、又入射光の波長に対する
空胴の同調がずれる傾向になる。一度空胴の共振がはず
れると、基準光のみの強度では、共振状態に戻す忙は不
十分である。
デバイス（１０）を高出力伝達状態に戻すために、活性
層（１８）にトリガ用光パルスを照射するが、それは基
準入射光に重畳させてもよ（、あるいはデバイス（１０
）の横のような他の方向から入射させてもよい。トリガ
光が加わることにより、光強度が増すと。
層（１８）にトリガ用光パルスを照射するが、それは基
準入射光に重畳させてもよ（、あるいはデバイス（１０
）の横のような他の方向から入射させてもよい。トリガ
光が加わることにより、光強度が増すと。
活性層（１８）及び抵抗（２２）を流れる光電流が発生
し、空胴内の電界が減少し、それに伴い光吸収も減少す
る。光吸収が減少すると、トリガパルスによる強度の増
加と結合して、空胴な共振状態に戻す。この遷移におい
て、 ＧａＡｓ活性層（１８）中に光−屈折効果が加
わり、同調された空胴の寸法と両立する値まで、屈折率
が減少する。
し、空胴内の電界が減少し、それに伴い光吸収も減少す
る。光吸収が減少すると、トリガパルスによる強度の増
加と結合して、空胴な共振状態に戻す。この遷移におい
て、 ＧａＡｓ活性層（１８）中に光−屈折効果が加
わり、同調された空胴の寸法と両立する値まで、屈折率
が減少する。
デバイス（１０）の重要な点は、室温においてさえ、抵
抗（２２）の値に依存して、わずか約０．２ ｍｗ（ミ
リワット）のパワーをもつトリガ光源が二つの強度レベ
ル間のスイッチングを行わせ、それにより基準ビームを
変調するのに適しているということである。これは抵抗
（２２）の値に依存して、 １ｏＭｂ／Ｓ（１秒当り
１００万ビツト）オーダー又はそれ以上の速さで、非常
に高速に行うことができる。抵抗（２２）が約ｓｏ、ｏ
ｏｏΩの値を持つように選択することにより、約１００
のオーダーの出力での利得を得ることが可能である。
抗（２２）の値に依存して、わずか約０．２ ｍｗ（ミ
リワット）のパワーをもつトリガ光源が二つの強度レベ
ル間のスイッチングを行わせ、それにより基準ビームを
変調するのに適しているということである。これは抵抗
（２２）の値に依存して、 １ｏＭｂ／Ｓ（１秒当り
１００万ビツト）オーダー又はそれ以上の速さで、非常
に高速に行うことができる。抵抗（２２）が約ｓｏ、ｏ
ｏｏΩの値を持つように選択することにより、約１００
のオーダーの出力での利得を得ることが可能である。
総論
あるデバイスにおいて、その動作に適した基準光の波長
は、以下のように選択される。
は、以下のように選択される。
αＬ（Ｔ＋α、Ｌ） ）８ （１）ここ
で。
で。
αＬは吸収係数
Ｔは反射端面（２６，２ａ）の伝達係数及び
αＢＬは背景となる吸収係数である。
従って、波長は活性層に使用される半導体材料のエネル
ギーバンド端に依存する。ＱａＡｓの場合、室温におい
て適した波長は０．９μｍである。
ギーバンド端に依存する。ＱａＡｓの場合、室温におい
て適した波長は０．９μｍである。
容量（′５４）の典型的な値は１ピコフアラツドである
。これにより、デバイス（１０）の応答時間は約１０−
７秒となり、光パワーは約２００μＷ（マイクロワット
）で、それは単一モードＧａＡｓレーザーで容易に供給
される。
。これにより、デバイス（１０）の応答時間は約１０−
７秒となり、光パワーは約２００μＷ（マイクロワット
）で、それは単一モードＧａＡｓレーザーで容易に供給
される。
そのような値にすると、デバイス（１０）のスイッチン
グパ９−は約１０ ｍｂ／ｓ （１秒当り１００万ピツ
ト）である。光パワーは抵抗（２２）の値を大きくする
と減すことができる。
グパ９−は約１０ ｍｂ／ｓ （１秒当り１００万ピツ
ト）である。光パワーは抵抗（２２）の値を大きくする
と減すことができる。
デバイス（１０）の利得は光パワーに依存する。電界が
ＧａＡｓ活性層（１８）のなだれ条件に近い時、それは
最大になる。デバイ・ス（１０）の双安定動作の下限、
すなわち双安定状態を維持するための下限を与える容量
（３４）及び抵抗（２２）の典型的な値は。
ＧａＡｓ活性層（１８）のなだれ条件に近い時、それは
最大になる。デバイ・ス（１０）の双安定動作の下限、
すなわち双安定状態を維持するための下限を与える容量
（３４）及び抵抗（２２）の典型的な値は。
容量（３４）については約１ピコフアラツドで、もし速
いスイッチングが所望ならば、抵抗（２２）は１００Ω
である。これによって０．１ｎｓ（ナノ秒）の速さにな
る。双安定のための最小光パワーは、電子吸収を減す電
圧降下を起すために、抵抗（２２）中に適当な電流を発
生させるのに必要なフォトン数によって決る。実在する
光ファイバの寸法と両立させるため、活性層（１Ｂ）は
０，５乃至１μｍの厚さの可能性が大きい。このことは
、フランツ−ケルディツシュ効果による吸収端移動が、
約１０ボルトとなるようにするには、約１０６ボルト／
傭の電界が必要であることを意味する。デバイスの状態
を維持するのに必要な最小光パワーＰは、光パワーＰが
抵抗（２２）中の電圧効果がデバイス中のフランツ−ケ
ルディツシュ効果を妨げるのに十分であるような時、吸
収をはぼゼロにするのに必要なパワーである。このこと
は、抵抗（２２）中の電圧降下ｉＲが、デバイス（１ｏ
）にかかる電圧降下Ｖと同程度になることを意味する。
いスイッチングが所望ならば、抵抗（２２）は１００Ω
である。これによって０．１ｎｓ（ナノ秒）の速さにな
る。双安定のための最小光パワーは、電子吸収を減す電
圧降下を起すために、抵抗（２２）中に適当な電流を発
生させるのに必要なフォトン数によって決る。実在する
光ファイバの寸法と両立させるため、活性層（１Ｂ）は
０，５乃至１μｍの厚さの可能性が大きい。このことは
、フランツ−ケルディツシュ効果による吸収端移動が、
約１０ボルトとなるようにするには、約１０６ボルト／
傭の電界が必要であることを意味する。デバイスの状態
を維持するのに必要な最小光パワーＰは、光パワーＰが
抵抗（２２）中の電圧効果がデバイス中のフランツ−ケ
ルディツシュ効果を妨げるのに十分であるような時、吸
収をはぼゼロにするのに必要なパワーである。このこと
は、抵抗（２２）中の電圧降下ｉＲが、デバイス（１ｏ
）にかかる電圧降下Ｖと同程度になることを意味する。
ここで“ｉ“は利得後の光生成電流である。
もし、この電圧■を１０■ととると、抵抗（２２）の抵
抗値Ｒは１０５Ωで、変換効率は光入射パワーの１ワッ
ト当り０．５アンペアとなる。すると、保持パワーＰは
周知の関係で与えられる。ここで、Ｇはデバイスの利得
である。もし、Ｇが１ならば、Ｐは２．０μＷでデバイ
スは１０−７秒オーダーの応答時間をもつ。もし利得が
たとえば１００に増加したとすると、１０−９秒のより
速い応答時間とともに２μＷの保持パワーに必要なＲは
、対応して１０３Ωに減すことができる。速度と感度の
条件は交換できる。
抗値Ｒは１０５Ωで、変換効率は光入射パワーの１ワッ
ト当り０．５アンペアとなる。すると、保持パワーＰは
周知の関係で与えられる。ここで、Ｇはデバイスの利得
である。もし、Ｇが１ならば、Ｐは２．０μＷでデバイ
スは１０−７秒オーダーの応答時間をもつ。もし利得が
たとえば１００に増加したとすると、１０−９秒のより
速い応答時間とともに２μＷの保持パワーに必要なＲは
、対応して１０３Ωに減すことができる。速度と感度の
条件は交換できる。
活性層（１６）内の電界の方向は、光の方向には依存し
ない。従って、吸収材中の半導体接合を逆バイアスする
ための適当な方向の電界を発生させる任意の構造が、デ
バイスの動作のために使用できる。
ない。従って、吸収材中の半導体接合を逆バイアスする
ための適当な方向の電界を発生させる任意の構造が、デ
バイスの動作のために使用できる。
デバイス（１０）は多層構造であるが９円筒のような空
胴の他の形状も適している。有用なデバイスは、導波路
構成をとらなくても作製できる。抵抗（２２）は他の構
造に、外部から接続してもよい。
胴の他の形状も適している。有用なデバイスは、導波路
構成をとらなくても作製できる。抵抗（２２）は他の構
造に、外部から接続してもよい。
デバイス（１０）は非線形吸収材としてＧａＡｓを用い
たが、基準ビームの光波長に対し、室温でフランツ−ケ
ルディツシュ効果により、光吸収を起す範囲の直接型禁
制帯をもつ他の半導体も適している。そのような他の材
料の例は、 ＧａＡｌＡｓ （ガリウム、アルミニウム
ひ素）、 ＩｎＧａＡｓＰ （インジウム、ガリウム
ひ素りん）、 ＩｎＳｂ （インジウム、アンチモン
） ＊ ＩｎＧａ５ｂ （インジウム、ガリウムアン
チモン）、 ＩｎＰ（インジウム、りん）。
たが、基準ビームの光波長に対し、室温でフランツ−ケ
ルディツシュ効果により、光吸収を起す範囲の直接型禁
制帯をもつ他の半導体も適している。そのような他の材
料の例は、 ＧａＡｌＡｓ （ガリウム、アルミニウム
ひ素）、 ＩｎＧａＡｓＰ （インジウム、ガリウム
ひ素りん）、 ＩｎＳｂ （インジウム、アンチモン
） ＊ ＩｎＧａ５ｂ （インジウム、ガリウムアン
チモン）、 ＩｎＰ（インジウム、りん）。
ＩｎＡｓ（インジウム、ひ素）及びＱａ８ｂ （ガリウ
ム、アンチモン）である。
ム、アンチモン）である。
第１図は本発明の一例に従う双安定デバイスの高視点か
らの透視図であり、集積化された多層半導体ファプリー
ペロー干渉計構造を示す図。 第２図は第１図のデバイスの概略の光学的ヒステリシス
特性をグラフで示す図。 第３図は第１図のデバイスの空胴内における半導体材料
の非線形吸収特性をグラフで示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２２・・・、・・・・・・・・・・・・・・・・・抵抗
手段１１．２４・・・・・・・・・・・・電極３０・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動電圧源１
６．２０・・・・・・・・・・・・隣接した領域３４・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・容量２６・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・入射面２８
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・出力面Ｆ
ｌに、 ／ Ｒσ、２ Ｒ６，３ 光強度−
らの透視図であり、集積化された多層半導体ファプリー
ペロー干渉計構造を示す図。 第２図は第１図のデバイスの概略の光学的ヒステリシス
特性をグラフで示す図。 第３図は第１図のデバイスの空胴内における半導体材料
の非線形吸収特性をグラフで示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２２・・・、・・・・・・・・・・・・・・・・・抵抗
手段１１．２４・・・・・・・・・・・・電極３０・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動電圧源１
６．２０・・・・・・・・・・・・隣接した領域３４・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・容量２６・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・入射面２８
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・出力面Ｆ
ｌに、 ／ Ｒσ、２ Ｒ６，３ 光強度−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 出力面と平行で分離された入射面を有するファプ
リーペロー干渉計を規定する手段と。 空胴内の光吸収媒体及び 該媒体内に電界を発生させるための一対の電極を含む手
段とから成る型の光双安定デノ（イスにおいて。 電極の一つと直列に接続された抵抗手段及び電極間に光
生成電流に応答して、逆方向電圧を発生させるための駆
動電圧源及び駆動電圧源により゛電極に駆動電圧が印加
された時、逆バイアス電界が生じるような方向を電極間
にもつ媒体中の異なる伝導形の少くとも二つの隣接した
領域を含み、それにより電極間に生じた光生成電流が、
媒体内の電界を減し、媒体に入射する光に負帰還応答を
伝えることを特徴とする光双安て。 寄生の高速信号に対するデバイスの応答を減すため、電
極の一つ及び基準電位間に接続された容量を特徴とする
光双安定デバイスにおいて。 媒体は直接型禁制帯を有する半導体材料スにおいて。 ファプリーペロー空胴の緻密さを増すため、入射面及び
出力面上の反射被膜を特徴スにおいて。 媒体はＧａＡｓ、 ＧａＡｌＡｓ、 １ｎＧａＡｓＰ、
ＩｎＳｂ。 ＩｎＱａＳｂ、 ＩｎＰ、 ＩｎＡｓ及びＱａＳｂ か
ら成るグループから選択されることを特徴とする光双安
定デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/348,869 US4518934A (en) | 1982-02-16 | 1982-02-16 | Optical bistable device |
| US348869 | 1989-05-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58156921A true JPS58156921A (ja) | 1983-09-19 |
| JPH0422254B2 JPH0422254B2 (ja) | 1992-04-16 |
Family
ID=23369906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58022997A Granted JPS58156921A (ja) | 1982-02-16 | 1983-02-16 | 光双安定デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4518934A (ja) |
| JP (1) | JPS58156921A (ja) |
| FR (1) | FR2521737B1 (ja) |
| GB (1) | GB2114768B (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0136840B1 (en) * | 1983-09-06 | 1992-03-25 | Nec Corporation | Opto-electric logic element |
| US4546244A (en) * | 1984-03-14 | 1985-10-08 | At&T Bell Laboratories | Nonlinear and bistable optical device |
| US4689793A (en) * | 1984-12-19 | 1987-08-25 | Gte Laboratories Incorporated | Optical logic and memory apparatus |
| JPS61201222A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-05 | Hitachi Ltd | 光パルス増幅整形装置 |
| JPS62502218A (ja) * | 1985-03-18 | 1987-08-27 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 非線形・双安定光学装置 |
| JPS61256319A (ja) * | 1985-05-10 | 1986-11-13 | Hitachi Ltd | 光変調器 |
| US4685108A (en) * | 1985-07-03 | 1987-08-04 | Gte Laboratories Incorporated | Optical multivibrator |
| GB8610129D0 (en) * | 1986-04-25 | 1986-05-29 | Secr Defence | Electro-optical device |
| US4789843A (en) * | 1987-07-28 | 1988-12-06 | Hicks John W | Laser diode optical modulating devices |
| US4880297A (en) * | 1987-10-15 | 1989-11-14 | Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr. University | Quantum well optical electric field biased nonlinear method and apparatus |
| US4848880A (en) * | 1987-11-13 | 1989-07-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Spatial light modulator |
| US5002369A (en) * | 1988-01-11 | 1991-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Nonlinear optical element having electrodes on two side surfaces of nonlinear medium through insulating layers |
| GB8809603D0 (en) * | 1988-04-22 | 1988-05-25 | British Telecomm | Non-linear optical amplification |
| GB8814365D0 (en) * | 1988-06-16 | 1988-07-20 | Marconi Gec Ltd | Optical devices |
| US4929064A (en) * | 1988-07-21 | 1990-05-29 | American Telephone And Telegraph Company | Optical communications modulator device |
| US5122894A (en) * | 1989-11-03 | 1992-06-16 | United Technologies Corporation | Electro-optic beam deflection |
| FR2692374B1 (fr) * | 1992-06-15 | 1994-07-29 | France Telecom | Procede et dispositif de modulation et d'amplification de faisceaux lumineux. |
| RU2099762C1 (ru) * | 1992-07-06 | 1997-12-20 | Фирма "Самсунг Электроникс Ко., Лтд." | Оптический регенератор |
| US6271954B1 (en) * | 1994-03-17 | 2001-08-07 | Molex Fiber Optics, Inc. | Waveguide absorption modulator with integral optical isolator |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3617932A (en) * | 1969-06-16 | 1971-11-02 | Bell Telephone Labor Inc | Method for pulse-width-modulating semiconductor lasers |
| US3829791A (en) * | 1969-07-23 | 1974-08-13 | Sanders Associates Inc | Variable pulse laser |
| JPS4854951A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
| US4012699A (en) * | 1975-03-28 | 1977-03-15 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Amplifying characteristics of a cavity-enclosed nonlinear medium |
| US4196396A (en) * | 1976-10-15 | 1980-04-01 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Interferometer apparatus using electro-optic material with feedback |
| US4121167A (en) * | 1976-10-27 | 1978-10-17 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Amplifying characteristics of a cavity-enclosed nonlinear medium |
| US4364014A (en) * | 1978-03-30 | 1982-12-14 | Gray Richard W | Optical modulator |
| US4221472A (en) * | 1978-08-28 | 1980-09-09 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Nonlinear optical apparatus using fabry-perot resonators |
| DE3138212A1 (de) * | 1981-09-25 | 1983-04-28 | Kurt Dipl.-Phys. 4650 Gelsenkirchen Nattermann | Elektro-optische zelle |
-
1982
- 1982-02-16 US US06/348,869 patent/US4518934A/en not_active Expired - Lifetime
-
1983
- 1983-02-11 FR FR8302221A patent/FR2521737B1/fr not_active Expired
- 1983-02-14 GB GB08304042A patent/GB2114768B/en not_active Expired
- 1983-02-16 JP JP58022997A patent/JPS58156921A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4518934A (en) | 1985-05-21 |
| GB2114768A (en) | 1983-08-24 |
| FR2521737A1 (fr) | 1983-08-19 |
| JPH0422254B2 (ja) | 1992-04-16 |
| GB8304042D0 (en) | 1983-03-16 |
| GB2114768B (en) | 1985-09-04 |
| FR2521737B1 (fr) | 1985-11-22 |
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