JPS5912421A - 非線形光双安定素子 - Google Patents

非線形光双安定素子

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JPS5912421A
JPS5912421A JP12161282A JP12161282A JPS5912421A JP S5912421 A JPS5912421 A JP S5912421A JP 12161282 A JP12161282 A JP 12161282A JP 12161282 A JP12161282 A JP 12161282A JP S5912421 A JPS5912421 A JP S5912421A
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optical
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Yuichi Odagiri
小田切 雄一
Isao Kobayashi
功郎 小林
Hitoshi Kawaguchi
仁司 河口
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NEC Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02Optical bistable devices
    • G02F3/026Optical bistable devices based on laser effects

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体レーザに注入する光入力と半導体レー
ザの光出力の非線形な光双安定性を用いた光機能素子に
関する。
半導体レーザを光源とし、光ファイバを伝送路とする光
通信方式は、通信容量、経済性等で既存の通信方式より
優れたものとなる可能性があり、新しい通信方式として
各方面から注目されている。
この光通信方式においては、必要に応じて、込る情報を
電気信号から光信号に、あるいは光信号から電気信号に
変換しているが、光信号が増幅、記憶、論理演算等の信
号処理にそのまま使われる場合は比較的少ない。もし光
を直接、記憶や論理演算等の信号処理に用いることがで
きれば、光通信システムの機能の多様化にとって極めて
有効と思われる。
光を用いた記憶や論理演算を行なう光機能素子のひとつ
に、オプティカル エンジニアリンク(OPTICAL
 ENGINEERING )誌198o年第19巻、
4号、第456〜462頁所載のスミス(P 、W、8
m1th )氏による論文に記載された光双安定素子が
ある。この光双安定素子はファブリ・ペロ共振器内に媒
質としてリチウム・ナイオベイト(LiNb03)結晶
で構成された電気光学位相変制器が挿入されており、フ
ァブリ・ペロ共振器からの光出力の一部を受光器で受光
し、その光強度に比例した電圧を電気光学位相変調器に
帰還する構成であり、媒質の屈折率が帰還電圧によって
強制的に変えられることを利用したものである。
この素子の特性はファブリ・ベロ共振器からの出力光強
度が入力光強度に対してヒステリシスを示し、ある入力
光強度の範囲で二つの安定な出力光強度を定常状態とし
て取ることができるものとなっている。この特性を生か
すことにより光による記憶や光による論理演算等の光機
能素子に応用できる。しかしながら、この素子では使用
可能な帰還電圧で光双安定性に必要な位相差を生じる必
要があるので′睡気光学効果を受ける媒質の長さを1 
cm以上にしなけれはならず、また各構成部品の材料が
異なるため部品の集積化により価格を低下させ信頼性を
向上させるには不向きである。
本発明の目的は半導体レーザ、受光素子の集積化が可能
でしかも外部環境の変化に対して安定に動作する非線形
光双安定素子を提供することをこある。
この発明は共振器軸方向に分割された二つ以上の電極に
より活性層が光増幅領域と過飽和吸収領域とに分けられ
た半導体レーザと、その光増幅領域内の活性層領域に外
部から光を注入する手段と、その半導体レーザからの出
力光の少なくとも−i16を受光する受光素子と、この
受光素子の出力を増幅して二つ以上に分割された電極の
少なくとも一つに帰還するための増幅帰還路を含む非線
形光双安定素子が得られる。
この発明においては、共振器軸方向に分割された二つ以
上の電極を持つ半導体レーザの電極により利得が損失を
1廻るように電流注入される光増幅領域と利得が損失を
下廻るように電流注入される過飽和吸収領域とに活性層
がわかれている。ここで活性層のエネルギーギャップに
相当する波長よりも短波長の光を光増幅領域に注入して
その入力光強度を増加させていくと、光励起により活性
層内での光子密度はさらに増加し過飽η・1吸収領域で
の吸収係数は殆んどゼロとなり、半導体レーザは発振す
るようになる。次に発振した光出力の一部を光強度に対
応する1M号電び1f、に変換し゛C過飽和吸収領域に
負帰還させると、過飽和吸収領域で(ま利得の増加を抑
制する方向に作用する。このため光増幅領域への入力光
強度を増大さ、ぜても過飽和吸収領域では逆に利イケを
減少させる方向に作用するので光出力はけは一定の値を
保つことかできる。
逆に入力光強度を減少させると、信号電流の絶対値は減
少する。このため過飽4口吸収領域では利得が増加して
発振閾値付適才での光出力はほぼ一定の値を保つことが
できる。即ち、この発明においては外部環境の温度が変
わって発振閾値が変化したり入力光強度が多少変化し−
でも、光出力はほぼ一定であるので、光機能素子として
のイN頼性を高くすることができる。才だこの場合入力
光強度の増加により過飽;II吸収領域での損失がゼロ
になる過程で、光子密度は減少することがある。この時
の入力光強度の値は入力光強度増加のときと減少のとき
とで異なるため光双安定勇往が発振閾値付近で生じる。
これにより光入力と半導体レーザの光出力の関係がヒス
テリシスを示すので前述の光双安定素子の持つ光機能素
子としての特徴を持つことができる。また半導体レーザ
、受光素子を同種類の材料で構成できるため、集積化が
用゛能で信頼性の高い非線形光双安定素子を実現できる
次に実施例を用いてこの発明の詳細な説明する。
第1図はこの発明の実施例の基本構成を21くず図であ
り、第2図はこの発明の実施例の基本構成に基づいて動
作させた場合の基本特性の光出力と光入力の関係を示す
特性図である。
半導体レーザレーザ1には発振閾値より若干高い正の電
流を注入する第1の電極2と発振閾値より低い正の電流
を注入する第2の電極3があり、両者に共通のアース側
の第3の電極4がある。また第1の電極2と第2の電極
3の境界には化学エツチングされてできた溝5がある。
第1の電極2直下の活性層6へは半導体レーザ1の第1
の壁開面7を通して外部から入力光8が注入される、こ
のため入力光8の強度が弱い段階において、半導体レー
ザ1の活性)冒6は、利得が損失をもともと1廻ってい
る光増幅領域9と、十分に電流が注入されないために利
得にくらべて損失が優勢の過飽第11吸収領域10とに
部分される。半導体レーザ1からの出力光11の一部光
12を取出すために、ビームスプリッタ13が半導体レ
ーナ1の第2の壁四面14の前面に禮かれている。出力
光11の一部光12は受光索子15で光電流に変換され
さらに増幅器16で増幅されて第2の電極3に信号電流
Isとして負帰還される。信号電流Isが無い場合には
レーザ発振後光入力Plの増大に伴って光出力Poは急
峻なカーブを描いて増加する。
そのため外部環境の温度が変わって発振閾値が変化した
りあるいは光入力ptが多少変動したりして光出力J)
 oが大きく変動するので光機能素子としての信頼性に
問題が生ずる。他方本発明の信号電流Isが有る場合に
は、増幅器16で光電流の値を適切に調整することによ
り光入力Piの広い範囲にわたって光出力Poをほぼ一
定の値に保つことができた。また光入力Piの強度を増
大させる場合と減少さぜる場合とではレーザ発振を始め
る入力光強度の値が各々異なり、光出力POと元入力P
1の関係にヒステリシスのあることもわかった。この実
施例では共伽器軸方向の第1の′電極2の長さが200
μm、第2の電極3の長さが50μm1溝5の幅が10
μm、ストライブ幅が6μIllのプレーナストライプ
構造でインジウム・ガリウム・ヒソ・リン/インジウム
・リン(InGaAsP / I n P )系の半導
体レーザ1.光出力の透過率が10%のビームスプリッ
タ13.インジウム・ガリウム・ヒソ/インジウム・リ
ン(InGaAs/InP)系のフォトタイオードの受
光素子を用いた。また半導体レー→ノ°1のh’r l
 、第2の電極2,3への注入電流I、、I2の値は各
々41mAと20mA、  発振閾値35mAで、発掘
波長は1.30μmであった。また光増幅狽域9に注入
する元の波長は半導体レーザ1の発振波長よりも短くす
る必要があり1.25μn1を使用した。この実施例で
は半導体レーザ、受光素子を同1m >Aの材料で構成
できるため集積化が可能で信頼性を高くできる。才だ光
出力が立ち上るある光入力の強U[以上での光出力をほ
ぼ一定の値に保つことができるので、外部環境の変化に
対して入射光強度や注入′dL流がある程度変化しても
光出力は殆んど変わらず安定に働くことがわかった。
第3図はこの発明の第2の実施例の斜視図であり、第4
図はこの発明の実h1a例の構成に基づいて動作させた
場合の基本特性の光出力と光出力の関係を示す特性図で
ある。
第2の実施例では、第1の実施例における外部から半導
体レーザ1に入力光8を注入する方法が異なる。他の構
成は第1の実施例と同じである。
即ち、外部から入力光8を光励起領域9の活性層6領域
に?E人する方法は、第1の電極面一ヒで活性j曽6饋
域の冥土の部分に幅1oμ口1長さ10μmの正方形で
等間隔に並んた′上極用金属の蒸着されていない非蒸着
部分の窓176ケ所を通して光注入を行なおうきいうも
のである。I n Pのエネルギーギャップに相当する
波長は0.981tm前後であるから、非蒸着部分の窓
176ケ所から注入された波長125μmの入力光8は
InGaAsP系の4元の活性層で十分吸収される。こ
の光入力の強度があるレベルに達すると、過飽和吸収領
域10内でも損失を1廻るようになり半導体レーザ1と
して波長1.30μn1のレーIJ’発振をすることに
なる。以下の内容は第1の実施例と同様である。第2の
実施例においても第1の実施例と同体に半導体シー4ノ
ー、受光素子を同梗類の月別で構成できるため、集積化
が可能で信頼性を旨くできる。
才た、外部環境の変化に対して入力光の強度がある程度
変動したり注入電流がある程度変化しても光出力は殆ん
ど変わらず安定に拗くことがわかった。
この発明は以上の代表的な実施例の他に幾つかの変形が
考えられる。前述の実施例では半導体レーザ1内部に光
増幅領域9と過飽和吸収領域10を部分して構成したが
、光増幅領域9と過飽和吸収領域10の領域の数を三つ
以上に分割しても光機能素子の特性には違いはなく有効
に動作させることができる。また、前述の実施例では光
増幅領域9と過飽)f++吸収領域10への注入電流の
値を各各発振閾値以上と殉振閾値以下にわけたが、各領
域とも発振閾値以下の注入電流を流した状態で入力光強
度を強くして光入力と光出力との間で光双安定性を示せ
るようにしてもよい。また過飽和吸収領域10に注入電
流しない場合にも、光双゛安定性を示すことができる。
また以上の実施例では半導体レーザ1にInGaAsP
/InP系の半導体レーザを使用したが、ガリウム・ア
ルミニウム・ヒソ/ガリウム・ヒソ(GaAIAs/G
aAs)系等他の材料の半導体レーザを使用してもよい
また受光素子15としてInAsP/InP  系のフ
ォトダイオードを使用したが他の材料のものでもまたア
バランシェ・フォトダイオードを使用してもよい。また
陶5は化学エツチングにより製作したが、その代りにイ
オンミーリングや逆スパツタリングを用いて製作しても
よい。また#45の代りにプロトン照射等をして絶縁層
を形成させてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例の基本構成を示す図、
第2図は第1の実施例の基本特性である光出力と光入力
の関係を示す特性図、第3図はこの発明の第2の実施例
の構成を示す図、第4図は第2の実施例の基本特性であ
る光出力と光入力の関係を示す特性図である。 なお図において、 1・・・・・・半導体レーザ、2・・・・・・第1の′
L極、3・・・・・・第2の電極、4・・・・・・アー
ス側の第3の電極、5・・・・・・屑、6・・・・・・
活性層、7・・・・・・第1の壁開面、8・・・・・・
入力光、9・・・・・・光増幅領域、10・・・・・・
過飽和吸収領域、11・・・・・・出力光、12・・・
・・・出力光の一部光、13・・・・・・ビームスプリ
ッタ、14・・・・・・第2の壁開面、15・・・・・
・受光素子、16・・・・・・増幅器。 17・・・・・・非常着部分の窓% B* I2・・・
・・・注入電流、Is・・・・・・信号′電流、PO・
・・・・・光出力、Pi・・・・・・光入力、をそれぞ
れあられす。 躬Z 区 れ 入射を情度 躬4区 光入力

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 共振器軸方向に分割された二つ以上の電極により活性層
    が光増幅領域と過飽和吸収領域とに分けられた半導体レ
    ーザと、前記光増幅領域内の活性層領域に外部から光を
    注入する手段と、前記半導体レーザからの出力光の少な
    くとも一部を受光する受光素子と、前記受光素子の出力
    を増幅して前記′1極の少なくとも一つに帰還するため
    の増幅帰還路を含む非線形光双安定素子。
JP12161282A 1982-07-13 1982-07-13 Hisenkeihikarisoanteisoshi Expired - Lifetime JPH0245171B2 (ja)

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