KR100245829B1 - Optical device - Google Patents

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KR100245829B1
KR100245829B1 KR1019930005872A KR930005872A KR100245829B1 KR 100245829 B1 KR100245829 B1 KR 100245829B1 KR 1019930005872 A KR1019930005872 A KR 1019930005872A KR 930005872 A KR930005872 A KR 930005872A KR 100245829 B1 KR100245829 B1 KR 100245829B1
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마에다요시노부
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마츠다이라 히로오
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    • 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
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers

Abstract

광제어장치는, 특정한 광파장 λ1에서 저투과율을, 그 주의의 광파장 λ2에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 광파장 λ1 또는 λ2의 광을 발생하는 광발생소자를 보유하여서, 광발생소자로부터의 제어광의 변화에 따라 광투과매체를 투과하는 광강도를 제어한다.The optical control device has a light transmitting medium that exhibits a low transmittance at a specific light wavelength λ 1 and a high transmittance at a light wavelength λ 2 of its attention, and a light generating element that generates light having a light wavelength λ 1 or λ 2 , The light intensity transmitted through the light transmitting medium is controlled in accordance with the change of the control light.

또, 광기능장치는, 특정한 광파장 λ1에서는 저투과율을, 그 주의의 광파장 λ2, λ32< λ1<λ3)에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 전류주입량 또는 광조사량에 따라 히스테리시스를 일으키면서 파장변화하여 광파장 λ1, λ2, λ3의 광을 발생하는 광발생소자를 보유하여서, 광투과매체를 투과하는 광강도를 광발생소자의 파장변화에 따라 히스테리시스에 의해 저강도 또는 고강도상태로 보존유지시켜 메모리기능을 실현한다.In addition, the optical functional device has a hysteresis according to a light transmission medium having a low transmittance at a specific light wavelength λ 1 and a high transmittance at a light wavelength λ 2 , λ 32 <λ 1 <λ 3 ) of the attention, and a current injection amount or light irradiation amount. by the while changing the wavelength causing light wavelength λ1, λ 2, λ hayeoseo hold the light-generating element for generating a third of the light, the light transmitted by the light intensity to the medium passing through the hysteresis in accordance with the wavelength change of the light-generating device low intensity or high intensity The memory function is realized by maintaining the state.

Description

광장치(optical device)Optical device

제1도는 본 발명의 광제어장치와 그 기능측정용 장치의 한 가지 예를 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing an example of an optical control device of the present invention and an apparatus for measuring its function.

제2a, b, c도는 각각 반도체레이저소자로의 주입전류, 반도체레이저소자의 출력광의 강도, 및 광투과매체 투과후의 광강도를 나타낸 블록도.2a, b, and c are block diagrams showing the injection current into the semiconductor laser element, the intensity of the output light of the semiconductor laser element, and the light intensity after transmission of the light transmitting medium, respectively.

제3도는 반도체레이저소자로의 주입전류와 광투과율의 상관도.3 is a correlation diagram of injection current and light transmittance into a semiconductor laser device.

제4도는 반도체레이저소자로의 주입전류와 광강도의 상관도.4 is a correlation diagram of light intensity and injection current into a semiconductor laser device.

제5도는 반도체레이저소자의 발진파장과 투과율의 상관도.5 is a correlation diagram of oscillation wavelength and transmittance of a semiconductor laser device.

제6도는 본 발명의 광제어장치와 그 기능측정용장치의 다른 예를 나타낸 블록도.6 is a block diagram showing another example of the light control device of the present invention and its function measurement device.

제7도는 레이저강도와 투과율의 상관도.7 is a correlation between laser intensity and transmittance.

제8도는 본 발명의 광기능장치와 그 기능측정을 위한 장치를 예시한 블록도.8 is a block diagram illustrating an optical functional device of the present invention and an apparatus for measuring the function thereof.

제9a, b, c도는 각각 반도체레이저소자로의 주입전류, 출력광 및 광투과 매체 투과후의 광강도를 나타낸 상관도.9a, b, and c are correlation charts showing light intensity after injection current, output light, and light transmission medium into the semiconductor laser device, respectively.

제10a, b도는 각각 주입전류 증가시의 광파장과 강도의 상관도.10A and 10B show correlations between light wavelength and intensity when the injection current increases, respectively.

제11a, b도는 각각 주입전류 감소시의 광파장과 강도의 상관도.11A and 11B show correlations between light wavelength and intensity when the injection current decreases, respectively.

제2도는 광투과매체의 광흡수스펙트럼도.2 is a light absorption spectrum diagram of a light transmitting medium.

제13a, b, c도는 각각 반도체레이저소자로의 주입전류, 출력광, 및 광투과매체 통과후의 광강도의 상관도.13A, 13B and 13C show the correlation between the injection current into the semiconductor laser device, the output light, and the light intensity after passing through the light transmitting medium.

제14a, b도는 각각 주입전류 증가시의 광파장의 강도의 상관도.14A and 14B show correlations of the intensity of light wavelength with increasing injection current, respectively.

제15a, b도는 각각 주입전류 감소시의 광파장의 강도의 상관도.15A and 15B show correlations of intensities of light wavelengths when the injection current decreases, respectively.

제16도는 단형펄스의 출력파형도.16 is an output waveform diagram of a short pulse.

제17도는 단형펄스의 다른 출력파형도.17 is another output waveform diagram of the short pulse.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 광투과매체 11 : 반도체레이저소자10: light transmitting medium 11: semiconductor laser device

12 : 구동제어회로 13 : 온도조절기12: drive control circuit 13: temperature controller

14 : 비임분할기 15 : 집광렌즈14 beam splitter 15 condenser lens

16 : 광검출소자 17 : 디지털오실로스코우프16: photodetector 17: digital oscilloscope

18 : 광파워미터 19 : 분광기18 optical power meter 19 spectrometer

20 : 자동회전식 ND 필터 21 : 광학분광분석기20: automatic rotating ND filter 21: optical spectrometer

본 발명은 광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광전자분야에서 광논리연산과 광컴퓨팅(light computing)을 행하기 위해 필요불가결한 광인버터로서 유용한 광제어장치와, 광메모리로서 유용한 광기능장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device, and more particularly, to an optical control device useful as an optical inverter which is indispensable for performing optical logic operations and light computing in the optoelectronic field, and an optical functional device useful as an optical memory. It is about.

근년, 광전자기술의 진전은 현저하여서, 광통신, 광컴퓨터 등의 새로운 시대를 여는 기반적 기술로서 그 중요성은 점점 더 큰 것으로 되고 있다.In recent years, the progress of optoelectronic technology is remarkable, and its importance is becoming more and more important as a foundational technology that opens a new era of optical communication, optical computer and the like.

이와 같은 상황에 있어서, 광을 이용하기 위한 제어기술의 하나로서, 광신호에 의해 컴퓨터의 논리연산을 행하는 광제어방법이 검토되고 있다.In such a situation, as one of the control techniques for using light, an optical control method for performing a logical operation of a computer by an optical signal has been studied.

예를 들어서 광통신, 광정보처리 등의 광전자분야에 있어서는, 피제어광을 제어광에 의해 제어하는 연구가 행해지고 있다. 이 방법에 의하면, 전기적 스위칭회로보다도 고속스위칭조작이 가능하고, 또 광의 결상성(結像性)을 이용하여 다중병렬처리가 가능하여서, 광집적회로 등에서 그 유용성이 기대된다.For example, in the optoelectronic field such as optical communication and optical information processing, research has been conducted to control the controlled light by the control light. According to this method, the switching operation can be performed faster than the electrical switching circuit, and multiple parallel processing can be performed by using the imaging of light, and its usefulness is expected in an optical integrated circuit or the like.

이것에 대해서, 광제어를 위하여 비선형광학효과를 이용한 광장치가 활발하게 연구되고도 있다. 이 비선형광학효과는, 종래, 제2고조파발생등의 파장변환효과가 실용상 중요시되고 있었지만, 최근에는 특히 광의 강도에 의존하는 글절율변화나 흡수계수변화의 효과가 주목되어 연구되고 있는 것이다(응용물리59, 페이지155 내지163 : 1990년 2월 발행). 그러나, 이와 같은 광강도에 의해 굴절율이나 흡수계수가 변화하는 효과는 3차의 분극(分極)으로 발생하므로, 고차분극효과가 큰 비선형광학재료가 필요하게 된다["Degenerate fourwave Mixing in semiconductor- doped glasses" J. Opt. Soc. Am. , 73, pp. 647∼653 (May 1983)]. 또, 반도체광제어소자로서 가장 유망시되고 있는 흡수포화형 쌍안정 반도체레이저에서는, off 상태로부터 on상태로 절환하는 스위치에는 광입력이 사용되지만, 반대로 on 상태로부터 off상태로 절황(NOT 회로)하는 데에는 부(負)의 광펄스가 존재하지 않으므로, 실현되고 있지 않는 것이 실정이다(응용물리 58, 페이지 1574 내지 1583 : 1989년 11월 발행). 여기서 말하는 광쌍안정(optical bistability)이란, 하나의 광강도에 대하여 출력 강도가 2개의 안정상태를 취하는 현상을 의미하고 있다.On the other hand, optical devices using nonlinear optical effects have been actively studied for light control. In the nonlinear optical effect, the wavelength conversion effect such as the generation of second harmonic has been considered as practical in the past, but recently, the effects of the change of the writing rate and the absorption coefficient depending on the intensity of light have been focused and studied. Physics 59, pages 155-163, issued February 1990). However, the effect of changing the refractive index and the absorption coefficient due to the light intensity is caused by the third order polarization, so a nonlinear optical material having a high degree of polarization effect is required ["Degenerate fourwave mixing in semiconductor- doped glasses". "J. Opt. Soc. Am. , 73, pp. 647-653 (May 1983)]. In the absorption saturation type bistable semiconductor laser, which is most promising as a semiconductor light control element, an optical input is used for a switch that switches from an off state to an on state, but on the contrary, an optical state is switched from an on state to an off state (NOT circuit). Since there is no negative light pulse in the field, it is a fact that it is not realized (Application Physics 58, pages 1574 to 1583: issued in November 1989). Optical bistability as used herein means a phenomenon in which the output intensity takes two stable states with respect to one light intensity.

한편, 광신호정보를 기억하는 광메모리도 필요불가결한 것으로 되고 있다. 광메모리란, 정보의 기록, 독출의 쌍방에 광을 이용하는 메모리를 가리키지만, 넓은 의미로는 그중 어느 한쪽에 광을 이용하는 것도 포함된다. 이와같은 광메모리에 대해서는, 그 중요성은 인식되고 있지만, 유감스럽게 현재 실용화되고 있는 것은, 아날로그화상메모리 정도이고, 다른 많은 것은 연구단계인 것이 현실이다.On the other hand, an optical memory for storing optical signal information is also indispensable. The optical memory refers to a memory that uses light for both recording and reading of information, but broadly includes light which is used for either of them. For such an optical memory, its importance is recognized, but unfortunately, what is currently put into practical use is analog image memory, and many others are in the research stage.

그중 유망시 되고 있는 것 중에 홀로그래픽메모리(holographic memory), 광자기메모리(photomagnetic memory), 글라스반도체메모리(glass semiconductor me mory)가 있다. 홀로그래픽메모리는, 레이저광에 의해 얻어지는 광간섭의 사진이다. 그러나, 이 메모리는, 독출은 고속이지만 기록 및 현상처리가 필요하다고 하는 결점이 있다.Among the promising ones, there are holographic memory, photomagnetic memory, and glass semiconductor memory. The holographic memory is a photograph of optical interference obtained by laser light. However, this memory has a drawback that reading and developing are necessary at high speeds.

광자기메모리는, MnBi와 같은 강자성체에 레이저비임(laser beam)을 조사(照射)하여 정보를 기록하고, 자화상태에 따라 투과광에 편광을 일으키는 패러데이효과( Faraday effect)를 이용해서 정보를 독출하도록 한 메모리이지만, 광과 자기를 병용하는 것이 결점이다.The magneto-optical memory records information by irradiating a laser beam to a ferromagnetic material such as MnBi, and reads the information by using a Faraday effect that causes polarization of transmitted light according to the magnetization state. Memory, but the combination of light and magnetism is a drawback.

글라스반도체메모리는, 글라스반도체에 적당한 강도의 광을 조사하는 것에 의해서, 다결정과 비정질(非晶質) 사이를 가역적으로 상전이(相轉移)시켜, 투과율이 변화하는 형상을 이용해서, 정보의 기록 및 독출을 행하는 메모리이지만 상전이의 스위칭속도가 늦는 등의 결점이 있다. 한편, 쌍안전 반도체레이저를 사용하여 광메모리를 구성한다고 하는 연구가 행해지고도 있지만, 전기한 바와 동일한 문제가 있어 실현되고는 있지 않다.The glass semiconductor memory irradiates light of moderate intensity to the glass semiconductor, thereby reversibly phase shifting between the polycrystal and the amorphous and using a shape in which the transmittance changes. The memory which reads out has a drawback such as a slow switching speed of the phase transition. On the other hand, although studies have been made to configure an optical memory using a double-safe semiconductor laser, the same problems as described above have been realized and are not realized.

또, 일반적으로, 반도체레이저를 고속펄스 동작시키면 발진광강도에 완화진동이 생기는 것이 알려져 있다. 이 완화진동현상은, 반도체레이저 이외에도 대부분의 종류의 레이저에서 관측되고 있는데, 이 현상의 기본적인 물리적 기구는 공진기내 진동전자계(電磁界)와 원자의 반전분포의 상관작용이다. 장(場)의 강도의 증대는 유도방출율의 증대를 통해 반전분포밀도의 감소를 초래한다. 그것은 또 이득(gain)의 감소를 야기하며, 계속해서 장의 강도의 감소를 초래한다.In general, it is known that a gentle vibration occurs in the oscillation light intensity when a high-speed pulse operation of a semiconductor laser is performed. This relaxation vibration phenomenon is observed in most kinds of lasers in addition to semiconductor lasers. The basic physical mechanism of this phenomenon is a correlation between the vibration electromagnetic field and the inversion distribution of atoms in the resonator. Increasing the strength of the intestine leads to a decrease in the inversion distribution density through an increase in the induced emission rate. It also leads to a decrease in gain, which in turn leads to a decrease in field strength.

따라서, 반도체레이저는 상승이 빠른 구동전류를 받아서 순간적으로 상승하지만, 그 후 완화진동에 의해 광강도가 통상 1nsec정도 변동하여 일정값에 달한다. 이 때문에, 펄스응답속도가 최고 1nsec정도로 억제되고 있어서, 그 완화진동을 제어하는 방법이 검토되고 있다.Therefore, the semiconductor laser rises instantaneously due to the rapid rise of the driving current, but after that, the light intensity fluctuates by about 1 nsec. For this reason, the pulse response speed is suppressed at the maximum of about 1 nsec, and the method of controlling the damping vibration is examined.

예를 들어서 외부광주입법(光注入法)은, 직접변조를 행하는 반도체레이저에, 연동하여 동작하는 다른 레이저의 발진광을 주입하는 방법으로, 완화진동을 억제할 수가 있다(R. Lang K. Kobayashi : Suppression of the relaxation oscillation in the modulated output of semiconductor lasers, IEEE J. Quantum Electron. , QE- 12, 3, PP194∼199(1976)). 그러나, 이 경우에는, 2대의 레이저를 필요로 하며, 또 그 발진축 모우드를 일치시키지 않으면 안된다고 하는 결점이 있다.For example, the external light injection method is a method of injecting the oscillation light of another laser that operates in conjunction with a semiconductor laser which directly modulates, and can suppress the relaxation vibration (R. Lang K. Kobayashi). : Suppression of the relaxation oscillation in the modulated output of semiconductor lasers, IEEE J. Quantum Electron., QE-12, 3, PP194-199 (1976). However, in this case, there is a drawback that two lasers are required and the oscillation shaft modes must be matched.

본 발명은, 광전자분야(photoelectronic field)에서 광논리연산과 광컴퓨팅을 행하기 위해 필요불가결한 광장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.It is an object of the present invention to provide an indispensable square value for performing photological operation and optical computing in the photoelectronic field.

보다 상세하게는, 본 발명은 광신호를 on상태로부터 off상태로 절환하는 것, 즉 광학적으로 NOT회로를 실현해서, 전광형(全光型)논리연산을 가능하게 하는 광제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.More specifically, the present invention provides an optical control apparatus for switching an optical signal from an on state to an off state, that is, to realize an optical NOT circuit and to enable an all-optical logic operation. It is aimed.

또 본 발명은, 전기입력 또는 광입력에 의해 광신호의 정보를 기억하는 광기능 장치를 제공하는 것을 목적으로하 고도 있다.Another object of the present invention is to provide an optical functional device that stores information of an optical signal by electric input or optical input.

본 발명은, 특정한 광파장λ1에서 저투과율을, 그 주위의 광파장λ2에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 광파장λ1 또는 λ2의 광을 발생하는 광발생소자로 이루어지며, 광발생소자로부터 광파장λ1 또는 λ2의 제어광을 전기한 광투과매체에 조사해서, 이 제어광의 변화에 따라 광투과매체를 투과하는 광강도를 제어하는 광제어장치를 제공한다.The present invention comprises a light transmitting medium that exhibits a low transmittance at a specific light wavelength λ 1 and a high transmittance at a light wavelength λ 2 around it, and a light generating element that generates light having a light wavelength λ 1 or λ 2 , and has a light wavelength from the light generating element. λ1 is irradiated on the light-transmitting medium or the electrical control of the light λ 2, there is provided a light control device for controlling the light intensity passing through the light transmission medium in accordance with the control pulse changes.

이 광제어장치에 있어서 광발생소자는 외부로부터 전기적 혹은 광학적으로 제어 입력이 인가되는 것에 의해 광파장λ1 또는 λ2의 어느 한쪽의 광을 발생한다. 이 제어된 광에 의해 광투과매체의 투과율을 제어한다. 그것을 위한 수단으로서, 본 발명에서는, 광투과매체의 광특성을 제어하는 것으로서, 예를 들어 투명성세라믹, 글라스, 반도체, 절연물 등의 적당한 것에, 특유의 원소, 예를 들어 희토류원소를 함유시킨다. 희토류원소의 광학천이는 내각천이(inner shell transition)로서, 모재의 영향을 받기 어렵다는 특징이 있다. 이 희토류원소를 도우핑(doping)원소로서 광투과매체에 함유시키는 것에 의해서, λ1의 광에 대한 기저준위 E1으로부터 여기준위 E3로의 기저흡수(ground absorption)와, 준안정준위 E2로부터 여기준위 E4로의 여기흡수(excited absorption)를 발생시킬 수가 있다(E4>E2>E3>E1).이 때문에, 광파장 λ1에서의 투과율이 현저하게 저하한다.In this light control device, the light generating element generates light of either one of the light wavelength lambda 1 or lambda 2 by a control input applied electrically or optically from the outside. This controlled light controls the transmittance of the light transmitting medium. As a means for this, in the present invention, the optical properties of the light transmitting medium are controlled, and for example, a specific element such as a rare earth element is contained in a suitable material such as a transparent ceramic, glass, semiconductor, insulator or the like. The optical transition of rare earth elements is an inner shell transition, which is difficult to be affected by the base metal. By incorporating the rare earth element into the optical transmission medium as a doping element, the ground absorption from the base level E1 to the excitation level E 3 for the light of λ1 and the excitation level from the metastable level E 2 to to E 4 can be generated here for absorption (excited absorption) (E 4> E 2> E 3> E1). for this reason, the transmittance at the light wavelength λ1 significantly reduced.

한편, 광발생소자는, 전기한 바와같이, 외부로부터 전기적 혹은 광학적으로 제어입력되면, 발생파장이 λ1에서 λ2로, 또는 λ2에서 λ1으로 변화한다. 예를 들어, 광발생소자로서 반도체레이저를 사용한 경우, 전류주입량이 증가함에 따라 발진파장이 장파장 쪽으로 불연속적으로 변화하는 것이 일반적으로 알려져 있다(M. Nakamura, "Single mode operation of semiconductor injection lasers" IEEE Trons, Circuits and systems, Cas-26, 1055(1979)). 이 반도체레이저로의 주입전류를 증가시켰을 때에, 발진파장이 λ2에서 λ1으로 변화하였다고 가정하면, λ1의 광강도 쪽이 고주입량이므로, λ2의 광강도보다 크게 된다. 그러나, 반도체레이저의 출력을 상기한 광투과매체에 입사시키면, 광파장 λ1의 쪽이 λ2보다 저투과율이므로, 광출력이 λ2보다 λ1쪽이 작게 되어서, 광NOT회로가 실현된다.On the other hand, the light-generating element, as electric, electronic, or when the optically controlled from the outside, generate a wavelength is changed from λ1 to λ 2, or from 2 to λ λ1. For example, when a semiconductor laser is used as a light generating device, it is generally known that the oscillation wavelength discontinuously changes toward the longer wavelength as the current injection amount increases (M. Nakamura, "Single mode operation of semiconductor injection lasers" IEEE). Trons, Circuits and systems, Cas-26, 1055 (1979). Assuming that the oscillation wavelength has changed from λ 2 to λ 1 when the injection current into the semiconductor laser is increased, the light intensity of λ 1 is higher than the light intensity of λ 2 . However, when the output of the semiconductor laser is incident on the above light transmitting medium, the light wavelength? 1 is lower than? 2 , so the light output is smaller than? 2 , so that the optical NOT circuit is realized.

이와 같이, 본 발명에 있어서는, 광투과매체는, 광파장 λ1 및 λ2에 대해 각각 저투과율, 고투과율을 나타내므로, 광투과매체에 광파장 λ1인 광이 입력되면 이 공은 흡수되어 off상태로 되고, 광파장 λ2의 광이 입력되면 이것을 투과해서 on상태로 된다. 또, 전기한 바와 같이, 광파장 λ2인 광에 대해 여기흡수가 발생하는 원소를 도우핑할 수가 있으므로, 기저흡수보다도 흡수의 정도가 큰 여기 흡수가 발생하며, 이 여기흡수에 관련하여 광투과매체를 투과하는 λ1의 투과율이 현저하게 감소한다. 광투과매체를 투과하는 λ1과 λ2의 광투과율의 차가 현저하게 되어서, on. off비가 큰 광인버터(NOT 회로)가 가능하게 된다. 광학적인 인버터(NOT 회로)가 가능하게 되어서, 이 인버터를 조합시키는 것에 의해 모든 논리회로(예를 들어 NOR, XOR 등)를 구성할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 광제어장치를 주요장치로 해서 광논리연산이나 광컴퓨터가 실현가능하게 된다.As described above, in the present invention, the light transmitting medium exhibits low transmittance and high transmittance with respect to the light wavelengths λ 1 and λ 2 , respectively. Therefore, when light having a light wavelength λ 1 is input to the light transmitting medium, the hole is absorbed and turned off. When light having a light wavelength of λ 2 is input, it is transmitted and turned on. In addition, as described above, the element generating excitation absorption can be doped with respect to light having a wavelength of λ 2 , so that an excitation absorption having a greater absorption degree than the base absorption occurs, and the light transmitting medium is associated with this excitation absorption. The transmittance of [lambda] 1 penetrating is significantly reduced. The difference between the light transmittances of [lambda] 1 and [lambda] 2 penetrating the light transmitting medium becomes significant, so that on. The optical inverter (NOT circuit) with a large off ratio is enabled. An optical inverter (NOT circuit) is enabled, and all the logic circuits (for example, NOR, XOR, etc.) can be configured by combining the inverters. Therefore, optical logic operation and an optical computer can be realized using the optical control device of the present invention as a main device.

또, 본 발명은, 특정한 광파장 λ1에서 저투과율을, 그 주위의 광파장 λ2, λ3213)에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 전류주입량 또는 광조사량에 따라 히스테리시스를 일으키면서 파장변화하여 광파장 λ1, λ2, λ3의 광을 발생하는 광발생소자로 구성되어서, 광발생소자로부터 광파장 λ1, λ2, λ3의 광을 전기한 광투과매체에 조사하고, 광투과매체를 투과하는 광강도를 파장변화의 히스테리시스에 의해 저강도 또는 고강도상태로 보존유지시켜서, 이것에 의해 메모리기능을 발현하는 광기능장치를 제공하는 것이기도 하다.In addition, the present invention relates to a light transmission medium exhibiting a low transmittance at a specific light wavelength λ 1 , and a high transmittance at a light wavelength λ 2 and λ 3213 ) around it, and a current injection amount or light irradiation amount. Therefore, it is composed of a light generating element that generates light of wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 by changing the wavelength while causing hysteresis, and transmits light of light wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 from the light generating element It is also possible to provide an optical functional device that emits light, and maintains the light intensity transmitted through the light transmitting medium in a low intensity or high intensity state by hysteresis of wavelength change, thereby expressing a memory function.

이 광기능장치에서 광발생소자는, 외부로부터 전기적 혹은 광학적으로 제어입력이 인가되는 것에 의해 광파장 λ1, λ2또는 λ3중의 어느하나를 발생한다. 이 제어된 광에 의해서 광투과매체의 투과율을 제어하고, 또 파장변화가 제어입력에 대해 히스테리시스를 보유하므로, 광투과매체를 투과하는 광강도가 저강도 또는 고강도 상태로 보존유지되어서, 메모리기능이 실현된다.In this optical functional device, the photo-generator generates one of the light wavelengths [lambda] 1 , [lambda] 2 or [lambda] 3 by applying a control input electrically or optically from the outside. By this controlled light, the transmittance of the light transmitting medium is controlled, and since the wavelength change retains hysteresis with respect to the control input, the light intensity transmitted through the light transmitting medium is kept in a low intensity or high intensity state, so that the memory function is maintained. Is realized.

그것을 위한 수단으로서, 본 발명에서는, 전기한 광제어장치의 경우와 마찬가지로, 광투과매체의 광특성을 제어하는 것으로서, 예를 들어 투명성세라믹, 글라스, 반도체, 절연물 등의 적당한 것에, 특유의 원소, 예를 들어 희토류 원소를 함유시킨다. 이것에 의해서, 광투과매체는, 광파장 λ1에 대해서는 저투과율을 나타내고, 광파장 λ2및 λ3에 대해서는 고투과율을 나타낸다. 이 광투과매체에 광파장 λ1인 광이 입력되면 이 광은 흡수되어 off상태로 되고, 광파장 λ2및 λ3인 광이 입력되면 이것을 투과하여 on상태로 된다. 또, λ2에서 λ1, λ1에서 λ3의 파장변화는 제어입력에 대해 히스테리시스를 보유하므로, off상태 및 on상태가 보존유지된다.As a means for this purpose, in the present invention, as in the case of the light control apparatus described above, the optical properties of the light transmitting medium are controlled, for example, suitable for transparency ceramics, glass, semiconductors, insulators, etc. For example, rare earth elements are contained. As a result, the light transmission medium exhibits a low transmittance for the light wavelength λ 1 and a high transmittance for the light wavelengths λ 2 and λ 3 . When light having a light wavelength λ 1 is input to the light transmitting medium, the light is absorbed and turned off. When light having light wavelengths λ 2 and λ 3 is input, it is transmitted and turned on. In addition, since the wavelength change from λ 2 to λ 1 and λ 1 to λ 3 retains hysteresis with respect to the control input, the off state and the on state are preserved.

한편, 광발생소자는 외부로부터 전기적 혹은 광학적으로 제어입력되면, 광발생파장이 λ2에서 λλ으로, 또는 λλ에서 λ3로 변화한다. 예를 들어 광발생소자로서 반도체레이저를 사용한 경우, 고전류 주입시부터 주입량을 감소시키면 히스테리시스를 수반하여 발진파장이 단파장쪽으로 불연속적으로 변화하는 것이 일반적으로 알려져 있기도 하다(M. Nakamura, "Single mode operation of semiconductor injection lasers" IEEE Trons. Circuits and systems, CAS-26, 1055(1979)). 이 반도체레이저에 전류를 저주입상태로부터 고주입상태로 증가시키고, 발진파장을 λ2에서 λ1으로 변화시켜서, 다시 저주입상태로 복귀시키면, 발진파장이 주입전류에 대해 히스테리시스를 보유하므로, 저주입상태로 복귀시켜도 λ1의 발진파장을 보존유지하여 저투과율상태(즉, off상태)를 유지한다. 또, 저주입상태 및 고주입 상태에 각각 발진파장 λ1, λ3를 발생시키는 경우도 동일한 원리에 의해서, 다시 저주입상태로 복귀시켜도 λ3의 발진파장을 보존유지하여 고투과율상태(즉, on상태)를 유지한다. 이것에 의해서 메모리기능이 실현된다.On the other hand, when the photo-generating element is electrically or optically controlled input from the outside, the photo-generating wavelength changes from λ 2 to λ λ or from λ λ to λ 3 . For example, in the case of using a semiconductor laser as a light generating device, it is generally known that when the injection amount is decreased from high current injection, the oscillation wavelength is discontinuously changed toward the short wavelength with hysteresis (M. Nakamura, "Single mode operation). of semiconductor injection lasers "IEEE Trons. Circuits and systems, CAS-26, 1055 (1979)). When the current is increased in the semiconductor laser from the low injection state to the high injection state, the oscillation wavelength is changed from λ 2 to λ 1 , and returned to the low injection state, the oscillation wavelength retains hysteresis with respect to the injection current. Even when returning to the injection state, the oscillation wavelength of λ 1 is preserved to maintain a low transmittance state (that is, off state). In addition, when the low injection state and the high occurrence of each of the oscillation wavelength λ 1, λ 3 to the injection state also by the same principle, and the transmittance state by re-holding preserving oscillation wavelength of λ 3 even when return to a low injection state (i.e., on). This realizes the memory function.

이 메모리기능을 이용하면, 반도체레이저의 펄스구동스위칭속도의 열화(劣化)의 원인으로 되어 있는 완화진동의 영향을 제거할 수 있어서, 고속스위칭동작이 가능하게 된다. 예를 들어 반도체레이저의 전류를 0 또는 저주입상태로부터 고주입상태로 하여 발진파장을 λ1으로 변화시키면, 그후 다소 전류주입량이 변화(완화진동)하여도, 히스테리시스효과에 의해 λ1의 발진파장을 유지한다. 이 때문에, 광강도적으로 완화진동을 발생하고 있어도, 상기한 공투과매체를 투과시키면 그 완화진동에 의한 강도변화를 제거할 수 있다. 광기능장치의 스위칭시간은 반도체레이저의 상승시간 만에 의해 제한되므로, 고속스위칭동작이 실현된다.By using this memory function, the effect of the relaxation vibration which causes the deterioration of the pulse drive switching speed of the semiconductor laser can be eliminated, and the high speed switching operation is made possible. For example, when the current of the semiconductor laser at a high injection state from 0 or a low injection state changes the oscillation wavelength to λ 1, then some current injection amount change (relaxation oscillations) in Fig., The oscillation wavelength of λ 1 by the hysteresis effect Keep it. For this reason, even when lightening vibrations are generated intensely, when the above-mentioned permeation medium is transmitted, the change in intensity due to the lightening vibrations can be eliminated. Since the switching time of the optical functional device is limited only by the rise time of the semiconductor laser, the high speed switching operation is realized.

본 발명의 광기능장치는, 광투과매체를 예를 들어 반도체레이저광 발생소자의 공진기내에 설치할 수 있다. 이 경우, 레이저광이 공진기내에서 반복적으로 반사되며, 그 때마다 광투과매체에서 흡수되므로, 광투과매체의 유효일이를 길게 할 수 가 있고, 광투과매체의 박막화가 가능하게 되어서, 광기능장치의 소형화가 도모될 수 있다. 또, 광기능장치는 다단(多段)접속하는 것도 가능하며, 그 방법의 하나로서, 포토트랜지스터등의 수광소자를 광기능소자에 병설하는 것이 열거될 수 있다. 이와 같이 하면, 앞단으로 부터의 광신호를 수광소자로 받아서, 그 출력전류를 광발생소자의 주입전류로 할 수가 있어서, 다단접속이 가능하게 된다.In the optical functional device of the present invention, a light transmitting medium can be provided, for example, in a resonator of a semiconductor laser light generating element. In this case, since the laser light is repeatedly reflected in the resonator and absorbed by the light transmitting medium each time, the effective date of the light transmitting medium can be lengthened, and the light transmitting medium can be thinned, so that the optical functional device can be thinned. Miniaturization can be achieved. In addition, the optical functional device can be connected in multiple stages, and as one of the methods, it is possible to enumerate a light receiving element such as a phototransistor in parallel with the optical functional element. In this way, the optical signal from the front end can be received by the light receiving element, and its output current can be used as the injection current of the light generating element, thereby enabling multi-stage connection.

이와 같이, 광기능장치에 의해 광메모리가 가능하게 된다. 이 광메모리는 광파장의 선정방식에 따라서, 제어입력에 대해 스위치off형(저광강도상태) 및 스위치 on형(고광강도상태)중 어느 형의 메모리도 구성할 수 있다. 또, 이 광기능장치의 스위칭시에는 완화진동의 영향이 없는 고속동작이 가능하다.In this way, the optical memory is enabled by the optical functional device. This optical memory can be configured with any type of memory of the switch off type (low light intensity state) and the switch on type (high light intensity state) with respect to the control input in accordance with the optical wavelength selection method. Moreover, at the time of switching of this optical function device, high speed operation | movement without the influence of a damping vibration is possible.

본 발명의 광인쇄장치와 광기능장치는, 광비선형흡수를 이용한 인버터와 반도체레이저의 장파장화(red-shift) 에 의한 광논리소나(optical logic devices by red-shift of diode laser and inverter of optical nonlinear absorption : ORION)라고 할 수 있는 것이다.The optical printing device and the optical functional device of the present invention are optical logic devices by red-shift of diode laser and inverter of optical nonlinear absorption by red-shift of inverter and semiconductor laser using optical nonlinear absorption. : ORION).

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 광제어장치와 광기능장치에 대해 보다 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the light control apparatus and optical function apparatus of this invention are demonstrated in detail based on drawing.

[실시예 1]Example 1

제1도에 있어서, 광투과매체(10)로서, 에르븀(Er3+)을 함유시킨 이트륨-알루미늄-가아닛(YAG)으로 이루어지는 φ3mm×3mm의 로드를 사용한다. Er의 농도는 50at. %로 하였다.In FIG. 1, as the light transmitting medium 10, a rod having a diameter of 3 mm x 3 mm made of yttrium-aluminum garnet (YAG) containing erbium (Er 3+ ) is used. Er concentration is 50at. It was set as%.

광발생소자로서 기능하는 반도체레이저소자(11)를 구동제어회로(12) 및 온도조절기(13)에 의해 구동시켜서, 일정한 파장의 레이저광을 출력하고, 비임분할기( beam spliter)(14) 및 집광렌즈(15)를 통해 Er : YAG 로 이루어지는 광투과매체( 10)로 입사하였다.The semiconductor laser element 11 functioning as a light generating element is driven by the drive control circuit 12 and the temperature controller 13 to output a laser beam of a constant wavelength, and a beam splitter 14 and a light condenser are collected. The lens 15 was incident on the light transmitting medium 10 made of Er: YAG.

광투과매체(10)를 투과한 광출력을 광검출소자(16)로 수광(受光)해서, 디지털 오실로스코우프(17) 및 광파워미터(light power meter)(18)로 관측하였다. 그 결과를 나타낸 것이 제2도 및 제3도이다.The light output transmitted through the light transmitting medium 10 was received by the light detecting element 16 and observed with a digital oscilloscope 17 and a light power meter 18. The results are shown in FIGS. 2 and 3.

제2b도와 제2c도를 비교하면 제2b도에 나타낸 반도체레이저소자(1λ)의 출력의 광강도 B 및 C가, 제2C도에 나타낸 바와 같이, 광투과매체(10)의 투과후에 반전하고 있는 것을 알 수 있다. 이 현상은, 제3도에 의해서도 확인된다. 제3도의 D점에서 투과율이 약 1/3로 격감하고 있음을 알 수 있다.Comparing FIG. 2B and FIG. 2C, the light intensities B and C of the output of the semiconductor laser element 1λ shown in FIG. 2B are inverted after transmission of the light transmitting medium 10 as shown in FIG. 2C. It can be seen that. This phenomenon is also confirmed by FIG. It can be seen that the transmittance is reduced by about one third at point D in FIG.

또, 제1도에 나타낸 분광기(19)를 사용하여 반도체레이저소자(11)의 주입전류에 대한 레이저출력의 파장변화를 측정하였다. 그 결과를 제4도에 나타내었다.In addition, the wavelength change of the laser output with respect to the injection current of the semiconductor laser element 11 was measured using the spectroscope 19 shown in FIG. The results are shown in FIG.

이 제4도중의 흑환은 787nm에 분광(19)의 파장을 세트한 경우의 광검출강도를 나타내고, 백환은 784. 5nm에 세트한 경우의 광검출강도를 나타내고 있다. 제4도의 E점(73mA)에서 784. 5nm의 광강도는 격감하고, 역으로 787nm의 광강도가 급증하고 있는 것이 관측되었다. 이것을 반도체레이저소자(11)에 주입전류를 증가하고 있었던 결과, 중심발진파장이 E점에서 불연속적으로 784. 5nm로부터 787nm로 변화한 것을 나타내고 있다. 이 불연속 E에서 주입전류값은, 제3도의 D점의 주입전류값과 일치하고 있었다. 또, 제5도로부터 알 수 있듯이, 광투과매체(λ0)에서 787nm가 흡수피이크이며, 이것은 Er : YAG에서 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)에 상당하고 있었다.The black ring in FIG. 4 shows the light detection intensity when the wavelength of the spectrum 19 is set to 787 nm, and the white ring shows the light detection intensity when the wavelength is set to 784.5 nm. At the point E of 73 (73 mA), the light intensity of 784. 5 nm decreased, and conversely, the light intensity of 787 nm was observed to increase rapidly. As a result of increasing the injection current into the semiconductor laser element 11, it shows that the central oscillation wavelength was discontinuously changed from 784.5 nm to 787 nm at point E. In this discontinuous E, the injection current value coincided with the injection current value at point D in FIG. In addition, as can be seen from the 5 degrees, and the light transmitting medium (λ0) peak at 787nm is absorbed, this Er: corresponding to the Er 3+ in YAG excitation absorption (2 H 11 / 2- 4 I 13/2) , and there was.

이상의 결과에 의해 명백하듯이, 광출력이 Er : YAG 광투과매체(10)를 투과시키는 것에 의해 반전하는 제2도에 나타낸 현상이 용이하게 이해된다.As apparent from the above results, the phenomenon shown in FIG. 2 in which the light output is inverted by transmitting the Er: YAG light transmitting medium 10 is easily understood.

[실시예 2]Example 2

제6도에서, 광투과매체(10)로서 Er : YAG는 φ3mm×25mm의 로드를 사용했다. Er의 농도는 16at. %로 하였다.In FIG. 6, Er: YAG used a rod of φ3 mm × 25 mm as the light transmitting medium 10. In FIG. Er concentration is 16at. It was set as%.

광발생소자로서 기능하는 반도체레이저소자(11)를 구동제어회로(12)에 의해 구동시켜서, 787nm의 중심파장의 레이저광을 출력하고, 비임분할기(14) 및 집광렌즈 (15)를 통해 Er : YAG 광투과매체(10)로 입사하였다. 이 레이저광을 광검출소자 (16)로 수광해서, 광파워미터(18)로 광강도를 측정하여 투과율을 산출하였다. 그 결과를 나타낸 것이 제7도이다.The semiconductor laser element 11 functioning as a light generating element is driven by the drive control circuit 12 to output laser light having a center wavelength of 787 nm, and through the beam splitter 14 and the condenser lens 15, Er: It entered into the YAG light transmitting medium 10. This laser light was received by the photodetector element 16, and the light intensity was measured by the optical power meter 18 to calculate the transmittance. The result is shown in FIG.

또, 반도체레이저소자(11)로의 주입전류는, 99mA로 일정하게 하고, 레이저광강도는, 자동회전식 ND(neutral density)필터(20)를 사용하여 변화시켰다.In addition, the injection current into the semiconductor laser element 11 was made constant at 99 mA, and the laser light intensity was changed using the automatic rotation ND (neutral density) filter 20.

제7도로부터 B점의 투과율은 A 및 C 점의 투과율의 약 2배인 것이 판명되었다.From Fig. 7, it was found that the transmittance at point B is about twice the transmittance at points A and C.

따라서, A점의 레이저광강도로부터 B점의 강도로 하는 것에 의해 고투과율상태 (광스위치 on)로 되고, B점의 레이저광강도로부터 C점의 강도로 하는 것에 의해서 저투과율상태(광스위치 off)로 되는 것이 확인된다.Therefore, the high transmittance state (optical switch on) is obtained by setting the intensity of the B point from the laser light intensity of the A point, and the low transmittance state (optical switch is off) by setting the intensity of the C point from the laser light intensity of the B point. ) Is confirmed.

또, 이 광강도의 증가에 대해 투과율이 감소(B점으로부터 C점)하는 효과가, 실시예1에서 나타낸 인버터의 on/off비를 향상시키는 것이 확인된다.In addition, it is confirmed that the effect of decreasing the transmittance (point B to point C) with respect to the increase in the light intensity improves the on / off ratio of the inverter shown in the first embodiment.

[실시예 3]Example 3

제8도에서, 광투과매체(10)로서, 에드븀(Er3+)을 함유하는 이트륨-알루미늄 -가아닛(YAG)으로 이루어지는 φ3mm×3mm인 로드를 사용하였다. Er의 농도는 50at. %. 즉 조성으로서 (Er0.5Y0.5)3A15O12로 하였다.In FIG. 8, as the light transmitting medium 10, a rod having a diameter of 3 mm x 3 mm made of yttrium-aluminum-ganet (YAG) containing edbium (Er 3+ ) was used. Er concentration is 50at. %. That is, it was set as (Er 0.5 Y 0.5 ) 3 A1 5 O 12 as a composition.

광발생소자로서 기능하는 반도체레이저소자(11)를 구동제어회로(12) 및 온도조절기(13)에 의해 구동시켜서, 일정한 파장의 레이저광을 출력하고, 비임분할기(14)를 통해 Er : YAG 로 이루어지는 광투과매체(10)에 입사하였다.The semiconductor laser element 11 functioning as a light generating element is driven by the drive control circuit 12 and the temperature controller 13 to output laser light of a constant wavelength, and to Er: YAG through the beam splitter 14. It entered the light transmission medium 10 which consists of.

광투과매체(10)를 투과한 광출력을 광검출소자(16)로 수광해서, 디지털 오실로스코우트(17) 및 광학분광분석기(optical spectroanalyzer)(21)로 관측하였다.The light output transmitted through the light transmitting medium 10 was received by the photodetecting device 16 and observed with a digital oscilloscope 17 and an optical spectroanalyzer 21.

그 결과를 나타낸 것이 제9도이다. 또, 온도조절기(13)를 조절해서 레이저헤드의 온도를 33℃로 일정하게 하였다. 제9b도와 제9c도를 비교하면, 제9b도에 나타낸 반도체레이저소자(11)의 출력의 광강도변화가, 광투과매체(10)의 투과후에 반전(저광강도상태)해서, 그 저광강도상태를 유지하는 메모리기능을 완수하고 있는 것을 제9c도로부터 알 수 있다.9 shows the result. In addition, the temperature controller 13 was adjusted to keep the laser head temperature at 33 deg. Comparing FIG. 9B and FIG. 9C, the light intensity change of the output of the semiconductor laser element 11 shown in FIG. 9B is inverted (low light intensity state) after transmission of the light transmitting medium 10, and the low light intensity state. It can be seen from FIG. 9C that the memory function for maintaining is completed.

이 현상은 제10도 및 제11도에 의해서도 확인된다. 제10a도는, 반도체레이저소자(11)에 주입하는 전류를 54mA로부터 5mA씩 99mA까지 증가시킨 경우의 광학분광분석기(21)로 검출한 광파장과 강도의 관계를 나타낸 것이다. 제10b도는, 광투과매체(10)의 투과후의 광학분광분석기(21)의 검출결과이다. 또, 제11a도는, 반도체레이저소자(11)에 주입하는 전류를 99mA로부터 3mA씩 54mA까지 감소시킨 경우의 광학분광분석기(21)로 검출한 광파장과 강도의 관계를 나타낸 것이다. 제11b도는, 광투과매체(10)를 투과한 후의 검출결과이다.This phenomenon is also confirmed by FIG. 10 and FIG. FIG. 10A shows the relationship between the light wavelength and intensity detected by the optical spectrometer 21 when the current injected into the semiconductor laser element 11 is increased from 54 mA to 5 mA by 99 mA. 10B is a detection result of the optical spectrometer 21 after transmission of the light transmitting medium 10. 11A shows the relationship between the light wavelength detected by the optical spectrometer 21 and the intensity when the current injected into the semiconductor laser element 11 is reduced from 99 mA to 54 mA by 3 mA. 11B is a detection result after having passed through the light transmitting medium 10.

제10a도로부터, 주입전류를 증가해가면 78mA인 곳에서 광파장이 786. 1nm로부터 787. 5nm로 불연속적으로 변화하고 있는 것이 판명된다. 또, 제11a도로부터, 주입전류를 감소하여 가면 60mA인 곳에서 광파장이 787. 5nm로부터 786. 1nm로 불연속적으로 변화하고 있음을 알 수 있다. 이들 제10a도와 제11a도로부터 광파장 변화에는 주입전류에 대해 히스테리시스가 있는 것이 확인된다.It is found from FIG. 10A that the light wavelength is discontinuously changed from 786. 1 nm to 787. 5 nm at 78 mA as the injection current is increased. 11A, it can be seen that the optical wavelength is discontinuously changed from 787. 5 nm to 786. 1 nm when the injection current is reduced to 60 mA. It is confirmed from these 10a and 11a that there is hysteresis with respect to the injection current in the optical wavelength change.

또, 제10b도와 제11b도로부터 광투과매체(10)를 투과한후 787. 5nm의광은 광투과매체(10)에 의해 흡수되는 것이 판명된다.It is also found that after passing through the light transmitting medium 10 from FIGS. 10B and 11B, light of 77.5 nm is absorbed by the light transmitting medium 10.

또한, 제10b도 및 제11b도에서, 주입전류 75mA인 경우를 각각 비교하면, 제10도(b)에서는 강한 광강도가 관측되지만, 제11b도에서는 광강도는 거의 0에 가까운 값으로 되어 있다.In FIGS. 10b and 11b, when the injection current of 75 mA is compared, respectively, the strong light intensity is observed in FIG. 10 (b), but the light intensity is almost zero in FIG. 11b. .

따라서, 제9a도에 나타낸 바와 같이, 주입전류(저캐리어(low-carrier)주입시)와 99mA(고캐리어 주입시)를 반도체레이저소자(11)에 제어입력하고, 그 광출력(제9b도)을 광투과매체(10)에 조사해서, 그 투과광을 관측하면 제9c도와 같은 메모리기능을 보유하는 광강도출력이 얻어지는 것이 확인된다.Therefore, as shown in FIG. 9A, the injection current (at low carrier injection) and 99 mA (at high carrier injection) are controlled and input to the semiconductor laser element 11, and the light output (Fig. 9b). ) Is irradiated to the light transmitting medium 10 and the transmitted light is observed to confirm that the light intensity output having the memory function as shown in FIG. 9C is obtained.

이와 같이, 주입전류에 대해서 광파장변화에 히스테리시스가 존재하므로, 저캐리어 주입항태로부터 고케리어 주입해서 광파장을 변화시키면 다시 저캐리어 주입상태로 복귀시켜도 광파장은 고캐리어 주입상태를 보존유지하며, 이 레이저광을 광투과매체를 통과시키면, 저강도상태를 보존유지하는 메모리기능이 실현된다.As described above, since hysteresis exists in the change of the optical wavelength with respect to the injection current, when the high carrier injection is changed from the low carrier injection condition and the optical wavelength is changed, the optical wavelength maintains the high carrier injection state even when the light carrier is returned to the low carrier injection state. By passing through the light transmitting medium, a memory function of preserving and maintaining a low intensity state is realized.

또, 제12도는 상기한 Er : YAG의 광흡수스펙트럼이다. 이 제12도에서 787. 3nm가 흡수피이크이고, 이것은 Er : YAG의 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)에 상당하고 있다.12 is the light absorption spectrum of Er: YAG described above. And a first 12 degrees 787. 3nm the absorption peaks in, this Er: and corresponding to the Er 3+ in YAG excitation absorption (2 H 11 / 2- 4 I 13/2).

[실시예 4]Example 4

실시예 3과 동일한 반도체레이저소자를 사용해서, 레이저헤드의 온도를 43℃로 일정하게 한 바, 주입전류 75mA와 99mA에서, 각각 787. 5nm와 789. 6nm의 발진파장이 관측되었다.Using the same semiconductor laser device as Example 3, the temperature of the laser head was kept constant at 43 占 폚, and oscillation wavelengths of 787. 5 nm and 789. 6 nm were observed at the injection currents of 75 mA and 99 mA, respectively.

또 제13b도와 제13c도의 대비로부터도 명백한 바와 같이, 광강도가 고광강도상태를 유지하는 메모리로서 기능하고 있는 것을 알 수 있다.As is also apparent from the contrast between FIG. 13B and FIG. 13C, it can be seen that the light intensity functions as a memory for maintaining a high light intensity state.

제14도 및 제15도는, 각각 제8도에 나타낸 광학분광분석기(21)에 의한 측정결과이다.14 and 15 show measurement results by the optical spectrometer 21 shown in FIG. 8, respectively.

제14a도는 주입전류를 54mA로부터 3mA씩 99mA까지 증가시킨 결과이고, 제14b도는 광투과매체(10)를 투과한 후의 결과이다. 한편, 제15a도는 주입전류를 역으로 99mA로부터 3mA씩 54mA까지 감소시킨 결과이고, 제15b도는 광투과매체 (10)를 투과한 후의 결과이다.FIG. 14A is a result of increasing the injection current from 54mA to 99mA by 3mA, and FIG. 14B is a result after passing through the light transmitting medium 10. FIG. On the other hand, Figure 15a is a result of reducing the injection current from 99mA to 54mA by 3mA, Figure 15b is the result after passing through the light transmission medium (10).

제14a도로부터, 주입전류를 증가하여 가면 81mA인 곳에서 광파장이 787. 5nm부터 789.6nm로 불연속적으로 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 제15a도로부터, 역으로 주입전류를 감소시켜 가면 69mA인 곳에서 광파장이 불연속적으로 변화하고 있는 것이 판명된다. 이들 제14a도와 제15a도로부터 광파장 변화에는 주입전류에 대해 히스테리시스가 있는 것이 판명된다.It can be seen from FIG. 14A that the light wavelength is discontinuously changed from 787. 5 nm to 789.6 nm at an injection current of 81 mA. In addition, from Fig. 15A, when the injection current is decreased, it is found that the optical wavelength is discontinuously changed at 69 mA. From these 14a and 15a, it is found that there is hysteresis with respect to the injection current in the optical wavelength change.

또, 제14b도와 제15b도로부터 광투과매체(10)를 통과한 후의 레이저광은, 787. 5nm의 광파장인 광은 광투과매체에서 흡수되고, 789. 6nm인 광은 투과하는 것을 알 수 있다.The laser light after passing through the light transmitting medium 10 from FIGS. 14B and 15B shows that light having an optical wavelength of 77.5 nm is absorbed by the light transmitting medium, and light of 789. 6 nm is transmitted. .

따라서, 제13a도에 나타낸 바와 같이, 주입전류 75mA(저캐리어 주입시)와 99mA(고캐리어 주입시)의 제어입력을 반도체레이저소자(11)에 입력하고, 그 광출력 (제13b도)을 광투과매체(10)에 조사해서, 그 투과광을 관측하면 제13c도와 같은 고강도상태를 보존유지하는 메모리기능이 얻어지는 것이 확인된다.Therefore, as shown in Fig. 13A, a control input of an injection current of 75 mA (when low carrier injection) and 99 mA (when high carrier injection) is input to the semiconductor laser element 11, and the light output (Fig. 13b) is inputted. When the light transmitting medium 10 is irradiated and the transmitted light is observed, it is confirmed that a memory function of preserving and maintaining a high intensity state as shown in Fig. 13C is obtained.

이상의 결과로부터 명백하듯이, 광출력이 Er : YAG 광투과매체를 투과시키는 것에 의해서, 저광강도 및 고광강도상태 각각을 유지하는 메모리기능이 용이하게 실현된다.As apparent from the above results, the memory function of maintaining low light intensity and high light intensity states is easily realized by allowing the light output to transmit the Er: YAG light transmitting medium.

[실시예 5]Example 5

제16도의 A는 주입전류 99mA에 대해 발진파장이 약 787. 5nm로 되도록 설정해서, 99mA의 단형펄스를 형성한 경우의 입력파형이다. 레이저 특유의 완화진동이 관측되고 있다. 제16도의 B는, Er : YAG 광투과매체 투과후의 광파장이다. 여기서 주목해야 할 점은, 제16도에서 완화진동의 2번째 이후의 피이크가 억제되고 있는 것이다.A in FIG. 16 is an input waveform when the oscillation wavelength is set to about 787. 5 nm for an injection current of 99 mA and a short pulse of 99 mA is formed. Laser-specific relaxation vibrations have been observed. B in FIG. 16 is an optical wavelength after transmission of the Er: YAG light transmitting medium. It should be noted here that the second and subsequent peaks of the relaxation vibration are suppressed in FIG.

이것은, 최초의 상승에서 발진파장이 일정 광파장, 예를 들어 λ1(787. 5nm)에 달하면, 완화진동에 의해서 강도변화하여도 히스테리시스효과에 의하여 λ1의 광파장이 보존유지되고, 광투과매체를 투과하면 흡수되는 것을 의미하고 있다. 완화진동이 억제되어서, 대략 상승시간만의 스위칭시간으로 고속동작이 가능하게 된다. 또, 이 예서는, 스위칭시간은 약 100ps이었다.This is, at the first rising oscillation wavelength is maintained to preserve the light wavelength of λ 1 by the hysteresis effect in intensity changed by, relaxation oscillation reaches a predetermined light wavelength, e.g., λ 1 (787. 5nm), an optical transmission medium When transmitted, it means absorbed. The damping vibration is suppressed, and high-speed operation is possible with a switching time of approximately rise time only. In this example, the switching time was about 100 ps.

참조로서, 레이저헤드의 온도를 조절해서 786nm(λ1이 아님)의 광파장으로 설정한 경우의 99mA의 단형펄스 입력파형과, 광투과매체를 투과한 후의 출력파형을 제λ7도 및 A, B에 각각 나타내었다. 이 제17도의 B로부터, A의 입력광은 대부분 그대로 투과해서, 완화진동의 영향이 나타나고 있는 것이 확인된다.For reference, the short pulse input waveform of 99 mA when the temperature of the laser head is adjusted to an optical wavelength of 786 nm (not λ 1 ) and the output waveform after passing through the optical transmission medium are shown in FIG. Respectively. From B of FIG. 17, it is confirmed that most of the input light of A is transmitted as it is, and the influence of the relaxation vibration is exhibited.

이상의 예에서는 광투과매체에 함유되는 희토류원소로서는 Er3+를 사용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 광의 파장, 광투과매체의 종류 등에 따라 적당히 선택할 수가 있다. 또, 광발생소자의 종류도 적당한 것을 사용할 수 있다.In the above examples, Er 3+ is used as the rare earth element contained in the light transmitting medium, but the present invention is not limited thereto. It can select suitably according to the wavelength of light, the kind of light transmission medium, etc. Moreover, a suitable kind of light generating element can also be used.

Claims (23)

특정한 광파장 λ1에서 저투과율을, 그 주위의 광파장 λ2에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 광파장 λ1또는 λ2의 광을 발생하는 광발생소자로 구성되어서, 광발생소자로부터 광파장 λ1또는 λ2의 제어광을 전기한 광투과매체에 조사하고, 이 제어광의 변화에 따라 광투과매체를 투과하는 광강도를 제어하는 광제어장치.Be up a low transmittance at a specific light wavelength λ 1, a light-transmitting medium and a light-generating element that generates light at a light wavelength λ 1 or λ 2 showing a high transmittance in the optical wavelength λ 2 therearound, the light wavelength from the light generating element λ 1 Or a light transmitting medium irradiating the control light of λ 2 to the electric light transmitting medium, and controlling the light intensity passing through the light transmitting medium according to the change of the control light. 제λ항에 있어서, 광투과매체가 투명성세라믹, 글라스, 반도체 및 절연물로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 물질 중에, 적어도 1종의 희토류원소를 함유시킨것인 광제어장치.The light control device according to claim λ, wherein the light transmitting medium contains at least one rare earth element in one material selected from the group consisting of transparent ceramics, glass, semiconductors, and insulators. 제2항에 있어서, 적어도 1종의 희토류원소가 에르븀 Er3+인 광제어장치.The light control device according to claim 2, wherein at least one rare earth element is erbium Er 3+ . 제3항에 있어서, 광투과매체가, 투명성세라믹 YAG(이트륨-알루미늄-가아닛)중에 희토류원소인 에르븀 Er3+을 함유시킨 것인 광제어장치.4. The light control device according to claim 3, wherein the light transmitting medium contains erbium Er 3+ , which is a rare earth element, in transparent ceramic YAG (yttrium-aluminum-garnet). 제3항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장 λ1을 에르븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4Iλ3/2)의 흠수피이크 부근으로 하여 이루어진 광제어장치.The method of claim 3, wherein the light control device made in the low-transmittance optical wavelength λ 1 of the light transmission medium in the vicinity of the erbium heumsu peak excitation absorption of Er 3+ (2 H 11 / 2- 4 I λ3 / 2). 제4항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장λ1을 에드븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)의 흡수피이크 부근으로 하여 이루어지는 광제어장치.Light control device formed by a vicinity of the absorption peak of claim 4, wherein in, the low-transmittance optical wavelength λ 1 of the light-transmitting medium byum Ed Er 3+ of excitation (2 H 11 / 2- 4 I 13/2) to. 제1항에 있어서, 광발생소자가 반도체레이저(11)이고, 이 반도체레이저는, 저 전류주입시 및 고전류주입시에 각각 광파장 λ2, λ1의 광을 발생하거나 또는 전류주입시 및 고전류주입시에 각각 광파장 λ12의 광을 발생하는 광제어장치.The light generating element according to claim 1, wherein the light generating element is a semiconductor laser (11), which generates light having a wavelength of λ 2 and λ 1 at low current injection and high current injection, or at the time of current injection and high current injection, respectively. Optical control devices for generating light having a wavelength of λ 1 and λ 2 , respectively. 제7항에 있어서, 광발생소자가 흡수포화형 반도체레이저인 광제어장치.8. The light control device according to claim 7, wherein the light generating element is an absorption saturation semiconductor laser. 특정한 광강도에 대하여 저투과율과 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 광파장λλ만의 광을 발생하는 광발생소자로 구성되어서, 광발생소자로부터 광파장 λ1인 광을 전기한 광투과매체에 조사하고, 그 광강도를 증감시키는 것에 의해 광투과매체를 투과하는 광강도를 제어하는 광제어장치.It consists of a light transmitting medium that shows low and high transmittance for a specific light intensity, and a light generating device that generates light of only the light wavelength λ λ , and irradiates the light transmitting medium with the light having a wavelength of λ 1 from the light generating device. And a light control device for controlling the light intensity passing through the light transmitting medium by increasing or decreasing the light intensity. 특정한 광파장 λλ에서 저투과율을, 그 주위의 광파장 λ2, λ3213)에서는 고투과율을 나타내는 광투과매체와, 전류주입량 또는 광조사량에 따라 히스테리시스를 발생하면서 파장변화하여서, 광파장 λ1, λ2, λ3인 광을 발생하는 광발생소자로 구성되며, 광발생소자로부터 광파장 λ1, λ2, λ3인 광을 조사하고, 광투과매체를 투과하는 광강도를 파장변화의 히스테리시스에 따라 저강도 또는 고강도상태로 보존시켜서, 이것에 의해 메모리기능을 발현하는 광기능장치.At a specific light wavelength λ λ , the light transmittance exhibits low transmittance, and at the surrounding light wavelengths λ 2 and λ 3213 ), a light transmitting medium exhibiting high transmittance and hysteresis are generated according to the amount of current injection or light irradiation. hayeoseo change, light wavelength λ 1, λ 2, λ 3 which consists of a light generating device for generating light, a light irradiating the optical wavelength of light λ 1, λ 2, λ 3 from the light generating element and transmitted through the light transmission medium An optical functional device that preserves the intensity in a low intensity or high intensity state in accordance with the hysteresis of the wavelength change, thereby expressing a memory function. 제10항에 있어서, 광발생소자가 반도체레이저이고, 이 반도체레이저는 전류 또는 광조사에 의해 캐리어를 활성영역으로 주입할 수 있으며, 저캐리어 주입시로부터 고캐리어 주입시로 하면 광파장인 λ2에서 λ1으로 변화하고, 다시 캐리어의 주입시를 되돌리면 히스테리시스에 의해 λ1의 광파장을 보존유지하여 광투과매체를 투과하는 광강도를 저강도상태로 보존유지하며, 또 저캐리어 주입시로부터 고캐리어 주입시로 하면 광파장이 λ1에서 λ3로 변화하고, 다시 저캐리어 주입시로 되돌리면 히스테리시스에 의해 λ3의 광파장을 보존유지하여 공투과매체를 투과하는 광강도를 고강도상태로 보존유지하는 광기능장치.11. The light emitting device according to claim 10, wherein the light generating element is a semiconductor laser, and the semiconductor laser can inject carriers into the active region by current or light irradiation, and at λ 2 , which is an optical wavelength from low carrier injection to high carrier injection. When λ 1 is changed and the carrier is injected again, hysteresis preserves the light wavelength of λ 1 and maintains the light intensity transmitted through the light transmission medium in a low intensity state, and from high carrier injection to high carrier. When injected, the optical wavelength changes from λ 1 to λ 3 , and when it returns to low carrier injection, the optical function preserves the λ 3 wavelength by hysteresis and maintains the light intensity transmitted through the air-transmitting medium at high intensity. Device. 제10항에 있어서, 광투과매체가, 투명성세라믹, 글라스, 반도체 및 절연물로 이루어지는 근에서 선택된 하나의 물질 중에, 적어도 1종의 희토류원소를 함유시킨것인 광기능장치.The optical functional device according to claim 10, wherein the light transmitting medium contains at least one rare earth element in one material selected from the group consisting of transparent ceramics, glass, semiconductors, and insulators. 제11항에 있어서, 광투과매체가, 투명성세라믹, 글라스, 반도체 및 절연물로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 물질 중에, 적어도 1종의 희토류원소를 함유시킨것인 광기능장치.The optical functional device according to claim 11, wherein the light transmitting medium contains at least one rare earth element in one material selected from the group consisting of transparent ceramics, glass, semiconductors, and insulators. 제12항에 있어서, 적어도 1종의 희토류원소가 에르븀 Er3+인 광기능장치.13. The optical functional device of claim 12, wherein the at least one rare earth element is erbium Er 3+ . 제13항에 있어서, 적어도 1종의 희토류원소가 에르븀 Er3+인 광기능장치.The optical functional device according to claim 13, wherein at least one rare earth element is erbium Er 3+ . 제14항에 있어서, 광투과매체가, 투명성세라믹인 YAG(이트륨-알루미늄-가아닛)중에 희토류원소인 에르븀 Er3+을 함유시킨 것이 광기능장치.15. The optical functional device according to claim 14, wherein the light transmitting medium contains erbium Er 3+ , which is a rare earth element, in YAG (yttrium-aluminum garnet), which is a transparent ceramic. 제15항에 있어서, 광투과매체가 투명성세라믹 YAG(이트륨-알루미늄-가아닛)중에 희토류원소인 에르븀 Er3+을 함유시킨 것인 광기능장치.16. The optical functional device according to claim 15, wherein the light transmitting medium contains erbium Er 3+ , which is a rare earth element, in transparent ceramic YAG (yttrium-aluminum-garnet). 제14항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장 λ1을 에르븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)의 흡수피이크 부근으로 하여 이루어지는 광기능장치.The method of claim 14, wherein the light function unit formed by the absorption peaks in the vicinity of the low-transmittance optical wavelength λ 1 of the light-transmitting medium erbium Er 3+ of excitation (2 H 11 / 2- 4 I 13/2). 제15항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장 λ1을 에르븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)의 흡수피이크 부근으로 하여 이루어지는 광기능장치.Light function unit formed by the absorption peaks in the vicinity of claim 15 wherein the low transmittance of light wavelength λ 1 erbium Er 3+ of excitation (2 H 11 / 2- 4 I 13/2) of the light transmitting medium. 제16항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장 λ1을 에르븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)의 흡수피이크 부근으로 하여 이루어지는 광기능장치.The method of claim 16, wherein the light function unit formed by the absorption peaks in the vicinity of the low-transmittance optical wavelength λ 1 of the light-transmitting medium erbium Er 3+ of excitation (2 H 11 / 2- 4 I 13/2). 제17항에 있어서, 광투과매체의 저투과율 광파장 λ1을 에르븀 Er3+의 여기흡수(2H11/2- 4I13/2)의 흡수피이크 부근으로 하여 이루어지는 광기능장치.The method of claim 17, wherein the light function unit formed by the absorption peaks in the vicinity of the low-transmittance optical wavelength λ 1 of the light-transmitting medium erbium Er 3+ of excitation (2 H 11 / 2- 4 I 13/2). 제10항에 있어서, 레이저발진시에 발생하는 완화진동에 의한 광강도의 변동을 억제해서, 고속동작하는 광기능장치.The optical function device according to claim 10, wherein the optical intensity device operates at a high speed by suppressing fluctuations in light intensity due to relaxation vibrations generated during laser oscillation. 제10항에 있어서, 광투과매체를 반도체레이저 광발생소자의 공진기 내에 설치함과 아울러 수광소자를 병설해서, 소형화 및 다단접속한 광기능장치.The optical function device according to claim 10, wherein the light transmitting medium is provided in a resonator of the semiconductor laser light generating element, and the light receiving element is provided in parallel to reduce the size and multistage connection.
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