JPS6165224A - 光インバ−タ - Google Patents
光インバ−タInfo
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- JPS6165224A JPS6165224A JP18682184A JP18682184A JPS6165224A JP S6165224 A JPS6165224 A JP S6165224A JP 18682184 A JP18682184 A JP 18682184A JP 18682184 A JP18682184 A JP 18682184A JP S6165224 A JPS6165224 A JP S6165224A
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- optical
- laser
- semiconductor laser
- electric circuit
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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】
（産業上の利用分野）
この発明は、光情報処理の光論理回路における基本ｍｇ
素子である光インバータに関する。
素子である光インバータに関する。
（従来技術とその問題点）
近年膨大な情報を高速度で処理するコンピュータの開発
が強く期待されて贋るが、コンピュータの処理速度を速
くするには、フンピユータｔ−ｍ戎する個々の論理回路
の応答速度を速くする以外に碌い。しかし々から電子素
子によるスイッチは浮遊容量、電子の走行時間の之めに
限界があり、コンピュータの演算速度に限界が見え始め
ている。
が強く期待されて贋るが、コンピュータの処理速度を速
くするには、フンピユータｔ−ｍ戎する個々の論理回路
の応答速度を速くする以外に碌い。しかし々から電子素
子によるスイッチは浮遊容量、電子の走行時間の之めに
限界があり、コンピュータの演算速度に限界が見え始め
ている。
このため、より高速演算が可能でエリ大容量化が期待さ
れる光コンピュータの実現を目指して各所で研究開発が
進められている。光コンピュータの概念は従来からのコ
ンピュータの論理回路をスイッチング時間のより速い光
論理回路に、また配線も光ファイバや光導波路に置き換
える方式に代表される。このうち光論理回路は主として
アンド回路、オア回路、ノット回路の組合せからなるが
、光のノット回路となる光インバータには多くの問題が
ありその実現性に乏しい。従来から知られている光’３
７パータとしては、パｙ ｗ ７ （Ｊ、 １． ＰＡ
ＮＫＯＶＦ、 ）氏の、プレンティス ホール（ｐｏｐ
、ＮＴＩｃＥＨＡＬＬ。
れる光コンピュータの実現を目指して各所で研究開発が
進められている。光コンピュータの概念は従来からのコ
ンピュータの論理回路をスイッチング時間のより速い光
論理回路に、また配線も光ファイバや光導波路に置き換
える方式に代表される。このうち光論理回路は主として
アンド回路、オア回路、ノット回路の組合せからなるが
、光のノット回路となる光インバータには多くの問題が
ありその実現性に乏しい。従来から知られている光’３
７パータとしては、パｙ ｗ ７ （Ｊ、 １． ＰＡ
ＮＫＯＶＦ、 ）氏の、プレンティス ホール（ｐｏｐ
、ＮＴＩｃＥＨＡＬＬ。
ｔｎｃ、）社から出版されている書籍オプティカルプロ
セス イン セミコンダクターズ（ＯＰＴＩＣＡＬＰＲ
ＯＣＥ８８１Ｎ ！９ＢＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ８）所
載１９７１年第２５８頁から第２６１頁に記載されてい
るレーザクラエンチングがある。この構造は共振器の一
部を共有し、共振器が互いに直交するような２つのレー
ザからなる。共振器長の短いレーザ■が発振した状態で
共振器長の長い他方のレーザ（Ｂ）を外部信号によって
発振させると、レーザ■のレーザ発振に必要なキャリア
がレーザ■の方に食われて（７まう。
セス イン セミコンダクターズ（ＯＰＴＩＣＡＬＰＲ
ＯＣＥ８８１Ｎ ！９ＢＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ８）所
載１９７１年第２５８頁から第２６１頁に記載されてい
るレーザクラエンチングがある。この構造は共振器の一
部を共有し、共振器が互いに直交するような２つのレー
ザからなる。共振器長の短いレーザ■が発振した状態で
共振器長の長い他方のレーザ（Ｂ）を外部信号によって
発振させると、レーザ■のレーザ発振に必要なキャリア
がレーザ■の方に食われて（７まう。
このためキャリアはレーザ■の発振を増長させる一方で
、レーザ■の発振を抑制するように働く。
、レーザ■の発振を抑制するように働く。
このようにして外部信号が入力されると、レーザ０から
の出力信号がオン状態からオフ状態となり光インバータ
全構成できる。しかしながらこのレーザクラエンチング
の問題点は共振器の共有部分を大きくとらないとその効
果が小さくなるという点である。し友がってこのレーザ
クラエンチングを低消費電力と高効率彦最近の埋め込み
構造や電流狭すク構造の半導体レーザを実現しようとし
ても、実効的に共振器の幅が狭いので困難である。
の出力信号がオン状態からオフ状態となり光インバータ
全構成できる。しかしながらこのレーザクラエンチング
の問題点は共振器の共有部分を大きくとらないとその効
果が小さくなるという点である。し友がってこのレーザ
クラエンチングを低消費電力と高効率彦最近の埋め込み
構造や電流狭すク構造の半導体レーザを実現しようとし
ても、実効的に共振器の幅が狭いので困難である。
このため光の機能だけでは光インバータを構成すること
が難しいので、その対策として光素子と電子素子の組合
せで光インバータを構成する方法が考えられている。こ
れについてけバゾフ（Ｎ、Ｇ。
が難しいので、その対策として光素子と電子素子の組合
せで光インバータを構成する方法が考えられている。こ
れについてけバゾフ（Ｎ、Ｇ。
ＢＡＳＯＶ）氏等によりラジオ・エンジニアリング−ア
ンド・エレクトロニック・フィツクス（ＲＡＤＩＯＢＮ
ＱＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＦｊＩＪＣＴＲＯＮＩＣ
ＰＨＹ８ＩＣ８）誌の１９６９年、第１４巻、第１４０
９〜１４１７頁に記載された論文がある。こｎけ信号光
を光検出素子で掻出し光電変換したあとで、半導体レー
ザへの逆方向光電流として注入する方法をとっている。
ンド・エレクトロニック・フィツクス（ＲＡＤＩＯＢＮ
ＱＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＦｊＩＪＣＴＲＯＮＩＣ
ＰＨＹ８ＩＣ８）誌の１９６９年、第１４巻、第１４０
９〜１４１７頁に記載された論文がある。こｎけ信号光
を光検出素子で掻出し光電変換したあとで、半導体レー
ザへの逆方向光電流として注入する方法をとっている。
この場合、信号光がない状態では、半導体レーザがレー
ザ発振状態にあり、光出力を犬きくして消光比を大きく
とるためにレーザ発振電流閾値よりも数十ｍＡバイアス
している。したがって信号光によってレーザ発振状態を
停止させるには、逆に数十ｍＡ以上の逆方向光電流を半
導体レーザに注入しなければならない。このため光検出
素子からの光電流が通常数十μＡのオーダであるので、
光検出素子と半導体レーザの開には１０００倍以上の電
流増幅率を有する電気回路を設ける必要があった。しか
しながら、このよう表性能の電気回路では回路内の時定
数が大きくなり、数百Ｍｂ／ｓ以上の高速応答に対して
は光インバータとして動作でき々〈々るという問題があ
る。
ザ発振状態にあり、光出力を犬きくして消光比を大きく
とるためにレーザ発振電流閾値よりも数十ｍＡバイアス
している。したがって信号光によってレーザ発振状態を
停止させるには、逆に数十ｍＡ以上の逆方向光電流を半
導体レーザに注入しなければならない。このため光検出
素子からの光電流が通常数十μＡのオーダであるので、
光検出素子と半導体レーザの開には１０００倍以上の電
流増幅率を有する電気回路を設ける必要があった。しか
しながら、このよう表性能の電気回路では回路内の時定
数が大きくなり、数百Ｍｂ／ｓ以上の高速応答に対して
は光インバータとして動作でき々〈々るという問題があ
る。
（発明の目的）
この発明の目的は、光素子と電子素子を組合わせて高速
応答が可能な光インバータを提供することＫある。
応答が可能な光インバータを提供することＫある。
（発明の構成）
この発明によれば、レーザ発振電流閾値で光出力が急峻
に変化する微分利得特性を有する半導体レーザと、この
半導体レーザにレーザ発振電流閾値以上の直流電流値を
印加する定めの第１の電気回路と、光入力信号パルスを
受光する光検出素子と、この光検出素子からの充電流全
直流電流値とレーザ発振電流閾値の差より大きい逆方向
電流パルスとして半導体レーザに注入するための第２の
電気回路とを少々くとも含む光インバータが得られる。
に変化する微分利得特性を有する半導体レーザと、この
半導体レーザにレーザ発振電流閾値以上の直流電流値を
印加する定めの第１の電気回路と、光入力信号パルスを
受光する光検出素子と、この光検出素子からの充電流全
直流電流値とレーザ発振電流閾値の差より大きい逆方向
電流パルスとして半導体レーザに注入するための第２の
電気回路とを少々くとも含む光インバータが得られる。
（発明の概要）
この発明においてば、レーザ発振電流閾値で光出力が急
峻に変化するような微分利得特性を有する半導体レーザ
と光検出素子を組合せて光インバータを構成する。微分
利得特性を有する半導体レーザの特性をわかりやすく説
明するために、第３図に微分利得特性を有する半導体レ
ーザの構造を゛ 示す側面図を、第４図に微分利得特性
を有する半導体レーザへ注入する直流電流と光出力の関
係を示す。第３図に示した微分利得特性を有する半導体
レーザは本発明者の特願昭５８−１４２９２２ 「光双
安定半導体レーザ」の中に詳細に説明されている。
峻に変化するような微分利得特性を有する半導体レーザ
と光検出素子を組合せて光インバータを構成する。微分
利得特性を有する半導体レーザの特性をわかりやすく説
明するために、第３図に微分利得特性を有する半導体レ
ーザの構造を゛ 示す側面図を、第４図に微分利得特性
を有する半導体レーザへ注入する直流電流と光出力の関
係を示す。第３図に示した微分利得特性を有する半導体
レーザは本発明者の特願昭５８−１４２９２２ 「光双
安定半導体レーザ」の中に詳細に説明されている。
この半導体レーザは共振器軸方向に沿って電極が溝１０
１によって２分割されており、溝１０１直下の活性層１
０２上が、′を流注入を抑制する゛−流ツブ１フ２ １０３の存在によって７４１０１の領域が可飽和吸収体
として機能する。このため半導体レーザの２つの電極１
０４から注入される直流電流を■い，よりとしｒＢを順
方向電流の一定値に固定した場合に、第４図に示すよう
に■えと光出力との間で急峻々光出力の立上りを示す微
分利得特性が得られ、レーザ発振閾値■１よりも極〈僅
かの電流増加（例えば０．５ ｍＡ増加）で数ｍＷの光
出力が得られる。このような特性の半導体レーザと光検
出素子の組合わせによる光インバータの動作方法を説明
する。まずＩＡ１＆：、Ｉ、＞Ｉ、を満たす工、の値に
固定する。次に外部より信号光を光検出素子に注入した
場合に大きさｌＩ＋−Ｉａ１以上の逆方向電流が工□に
加算されるようにする。光入力信号がある場合には光出
力がオン状態からオフ状態番て変換され、光入力信号が
ない場合にはオフ状態を維持することができる。このよ
うにして極〈僅かの光電流のやりとりでオン・オフ状態
が実現できるため光電流の増幅用の′電気回路の電流増
幅′４Ｆｉ従来例の１００分の１以下でよくしたがって
時定数を小さくできる。これにより数百Ｍｂ／ｓ相当の
高速応答に対して動作できる光インバータを構成できる
。
１によって２分割されており、溝１０１直下の活性層１
０２上が、′を流注入を抑制する゛−流ツブ１フ２ １０３の存在によって７４１０１の領域が可飽和吸収体
として機能する。このため半導体レーザの２つの電極１
０４から注入される直流電流を■い，よりとしｒＢを順
方向電流の一定値に固定した場合に、第４図に示すよう
に■えと光出力との間で急峻々光出力の立上りを示す微
分利得特性が得られ、レーザ発振閾値■１よりも極〈僅
かの電流増加（例えば０．５ ｍＡ増加）で数ｍＷの光
出力が得られる。このような特性の半導体レーザと光検
出素子の組合わせによる光インバータの動作方法を説明
する。まずＩＡ１＆：、Ｉ、＞Ｉ、を満たす工、の値に
固定する。次に外部より信号光を光検出素子に注入した
場合に大きさｌＩ＋−Ｉａ１以上の逆方向電流が工□に
加算されるようにする。光入力信号がある場合には光出
力がオン状態からオフ状態番て変換され、光入力信号が
ない場合にはオフ状態を維持することができる。このよ
うにして極〈僅かの光電流のやりとりでオン・オフ状態
が実現できるため光電流の増幅用の′電気回路の電流増
幅′４Ｆｉ従来例の１００分の１以下でよくしたがって
時定数を小さくできる。これにより数百Ｍｂ／ｓ相当の
高速応答に対して動作できる光インバータを構成できる
。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の実施例を示すブロック図であり
、第２図ｆａｌｆｂｌｔｊ本発明の実施例に基づいて動
作させたときの光入力Ｐｉｎと光出力Ｐ０の応答波形で
ある。
する。第１図は本発明の実施例を示すブロック図であり
、第２図ｆａｌｆｂｌｔｊ本発明の実施例に基づいて動
作させたときの光入力Ｐｉｎと光出力Ｐ０の応答波形で
ある。
微分利得特性を有する半導体レーザ２０＋としては第３
図に示した特願昭５８−１４２９２２ ｒ光双安定半導
体レーザ」を用いることとし、２つの電極１０４への注
入電流を、それぞれＩ＾＋■Ｂとする。半導体レーザ２
０１への注入電流ＩＡ、ＩＢｔｆそれぞれ独立に第１．
第２の電気回路２０２，２０３より供給される。
図に示した特願昭５８−１４２９２２ ｒ光双安定半導
体レーザ」を用いることとし、２つの電極１０４への注
入電流を、それぞれＩ＾＋■Ｂとする。半導体レーザ２
０１への注入電流ＩＡ、ＩＢｔｆそれぞれ独立に第１．
第２の電気回路２０２，２０３より供給される。
外部からの光入力信号パルスＰｉｏＦｉ光検出素子であ
るＰ−Ｉ−Ｎフォトダイオード２０４により受光されて
光電流に変換される。この光電流は第３の電気回路２０
５によりその１００倍程度に電流増幅されｒＡや１Ｂと
は逆方向の電流パルスＩｐとしてＩＡに印加される。こ
の場合にＩｓｔ順方向の直流電流として固定し、１人を
レーザ発振電流閾値Ｉａを極く僅か上廻る値１１に固定
する。光入力信号パルスＰｉｎによる逆方向電流パルス
ＩＰの絶対値を■、とレーザ発振電流閾値■８の差の絶
対値以上になるよう調整すれば、半導体レーザ２０１か
らの光出力Ｐ。ｈ先入カイ８号パルスＰｉｎがＰ−Ｉ−
Ｎフォトダイオード２０４で検出される几びにオン状態
からオフ状態に切り換えられ光インバータとして機能で
きる。以上により本実施例ではＷ、３の電気回路の時定
数を小さく抑えられるので、数百ｍ４用当の高速応答で
動作できることがわかった。この実施例では半導体レー
ザ２０１の工ｉ１＋ Ｉ ＋ 、ＩＢ 、 Ｉｐの各電
流値を３５ｍＡ。
るＰ−Ｉ−Ｎフォトダイオード２０４により受光されて
光電流に変換される。この光電流は第３の電気回路２０
５によりその１００倍程度に電流増幅されｒＡや１Ｂと
は逆方向の電流パルスＩｐとしてＩＡに印加される。こ
の場合にＩｓｔ順方向の直流電流として固定し、１人を
レーザ発振電流閾値Ｉａを極く僅か上廻る値１１に固定
する。光入力信号パルスＰｉｎによる逆方向電流パルス
ＩＰの絶対値を■、とレーザ発振電流閾値■８の差の絶
対値以上になるよう調整すれば、半導体レーザ２０１か
らの光出力Ｐ。ｈ先入カイ８号パルスＰｉｎがＰ−Ｉ−
Ｎフォトダイオード２０４で検出される几びにオン状態
からオフ状態に切り換えられ光インバータとして機能で
きる。以上により本実施例ではＷ、３の電気回路の時定
数を小さく抑えられるので、数百ｍ４用当の高速応答で
動作できることがわかった。この実施例では半導体レー
ザ２０１の工ｉ１＋ Ｉ ＋ 、ＩＢ 、 Ｉｐの各電
流値を３５ｍＡ。
３５．５ｍＡ 、 ２０ｍＡ、−１ｍＡとしたａｔたこ
の光入力信号パルス及び半導体レーザ２０１の光出力の
波長はともに１．３０μ風である。第１．第２の電気回
路２０２、２０３としては通常のトランジスタ直流電源
を用い第３の電気回路としてはトランジスタ電流増幅回
路を用いた。
の光入力信号パルス及び半導体レーザ２０１の光出力の
波長はともに１．３０μ風である。第１．第２の電気回
路２０２、２０３としては通常のトランジスタ直流電源
を用い第３の電気回路としてはトランジスタ電流増幅回
路を用いた。
なお上記実施例においては、半導体レーザ２０１として
特願昭５８−１４２９２２ 「光双安定半導体レーザ」
で提案し之構造のものを用いたが、特に限定されるもの
ではない。共振器中に何らかの方法で可飽和吸収体を形
成できれば、電極を２分割するような構造の半導体レー
ザである必要はないうまた以上の実施例では光検出素子
としてＰ−Ｉ−Ｎ フォトダイオード２０４を用いた
が、電流増幅が可能な光トランジスタやアバランシェフ
ォトダイオードにおきかえることもできる。特に光検出
素子が光トランジスタの場合には、第３の電気回路２０
５が不要となり、半導体レーザ２０１上に光トランジス
タを積層する構成も可能で□ある。また以上の実施例で
用いた電流値や波長等の数値はわかりやすく説明するた
めのものであし、特に限定されるべきことで々いことは
言うまでもない。
特願昭５８−１４２９２２ 「光双安定半導体レーザ」
で提案し之構造のものを用いたが、特に限定されるもの
ではない。共振器中に何らかの方法で可飽和吸収体を形
成できれば、電極を２分割するような構造の半導体レー
ザである必要はないうまた以上の実施例では光検出素子
としてＰ−Ｉ−Ｎ フォトダイオード２０４を用いた
が、電流増幅が可能な光トランジスタやアバランシェフ
ォトダイオードにおきかえることもできる。特に光検出
素子が光トランジスタの場合には、第３の電気回路２０
５が不要となり、半導体レーザ２０１上に光トランジス
タを積層する構成も可能で□ある。また以上の実施例で
用いた電流値や波長等の数値はわかりやすく説明するた
めのものであし、特に限定されるべきことで々いことは
言うまでもない。
第３図は本発明を説明するために用いた微分利得特性を
有する半導体レーザの側面図、第４図は微分利得特性を
有する半導体レーザの直流電流と光出力の関係を示す特
性、第１図は本発明の実施例であるブロック図、第２図
ｆａｌ（ｂｌは本発明の実施例に基づいて動作させたと
きの光入力と光出力の応答波形を示す図である。 図において１０１・・・溝、 ＋０２・・・活性層、
１０３・・・電流ブロック層、１０４・・・電極、２０
１・・・半導体レーザ、２０２・・・第１の電気回路、
２０３・・・第２の電気回路、２０４・・・Ｐ−Ｉ−Ｎ
フォトダイオード、２０５・・・第３の電気回路をそれ
ぞれあられす。 ０ −Ｏ オ ３図 ２１′４ 図
有する半導体レーザの側面図、第４図は微分利得特性を
有する半導体レーザの直流電流と光出力の関係を示す特
性、第１図は本発明の実施例であるブロック図、第２図
ｆａｌ（ｂｌは本発明の実施例に基づいて動作させたと
きの光入力と光出力の応答波形を示す図である。 図において１０１・・・溝、 ＋０２・・・活性層、
１０３・・・電流ブロック層、１０４・・・電極、２０
１・・・半導体レーザ、２０２・・・第１の電気回路、
２０３・・・第２の電気回路、２０４・・・Ｐ−Ｉ−Ｎ
フォトダイオード、２０５・・・第３の電気回路をそれ
ぞれあられす。 ０ −Ｏ オ ３図 ２１′４ 図
Claims (1)
- レーザ発振電流閾値で光出力が急峻に変化する微分利得
特性を有する半導体レーザと、前記半導体レーザに前記
レーザ発振電流閾値以上の直流電流値を印加するための
第１の電気回路と、光入力信号パルスを受光する光検出
素子と、前記光検出素子からの光電流を前記直流電流値
と前記レーザ発振電流閾値の差より大きい逆方向電流パ
ルスとして前記半導体レーザに注入するための第２の電
気回路を少なくとも含む光インバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18682184A JPS6165224A (ja) | 1984-09-06 | 1984-09-06 | 光インバ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18682184A JPS6165224A (ja) | 1984-09-06 | 1984-09-06 | 光インバ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6165224A true JPS6165224A (ja) | 1986-04-03 |
Family
ID=16195191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18682184A Pending JPS6165224A (ja) | 1984-09-06 | 1984-09-06 | 光インバ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6165224A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5007061A (en) * | 1988-07-28 | 1991-04-09 | Fujitsu Limited | Bistable semiconductor laser diode device |
| JPH03100532A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-25 | Fujitsu Ltd | 光インバータ装置 |
| JP2007150170A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法、半導体レーザ装置、光伝送モジュールおよび光ディスク装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58138127A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-08-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ論理装置 |
-
1984
- 1984-09-06 JP JP18682184A patent/JPS6165224A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58138127A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-08-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ論理装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5007061A (en) * | 1988-07-28 | 1991-04-09 | Fujitsu Limited | Bistable semiconductor laser diode device |
| JPH03100532A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-25 | Fujitsu Ltd | 光インバータ装置 |
| JP2007150170A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法、半導体レーザ装置、光伝送モジュールおよび光ディスク装置 |
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