JPS643351B2 - - Google Patents
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- JPS643351B2 JPS643351B2 JP17230880A JP17230880A JPS643351B2 JP S643351 B2 JPS643351 B2 JP S643351B2 JP 17230880 A JP17230880 A JP 17230880A JP 17230880 A JP17230880 A JP 17230880A JP S643351 B2 JPS643351 B2 JP S643351B2
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- Japan
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- optical waveguide
- superlattice
- optical
- light
- input
- Prior art date
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/024—Optical bistable devices based on non-linear elements, e.g. non-linear Fabry-Perot cavity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3556—Semiconductor materials, e.g. quantum wells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Led Devices (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、光双安定素子の集積化と、動作可
能温度を引き上げるようにした集積型光双安定素
子に関する。
能温度を引き上げるようにした集積型光双安定素
子に関する。
第１図は従来の光双安定素子の構造を示す図で
ある。この第１図において、１はGaAs層であ
り、このGaAs層１は４〜5μｍ程度であり、これ
を本体にして、その内面から0.2μｍの厚さの
Al0.42Ga0.58As２，３をサンドイツチとした構造
を分子ビームエピタキシセルで光双安定素子を作
り、さらに、その外側に反射率Ｒ＝0.9の誘導体
反射膜４，５を被覆して構成されている。
ある。この第１図において、１はGaAs層であ
り、このGaAs層１は４〜5μｍ程度であり、これ
を本体にして、その内面から0.2μｍの厚さの
Al0.42Ga0.58As２，３をサンドイツチとした構造
を分子ビームエピタキシセルで光双安定素子を作
り、さらに、その外側に反射率Ｒ＝0.9の誘導体
反射膜４，５を被覆して構成されている。
光双安定素子の名は、光強度とともに、吸収あ
るいは分散が非線形的に変化する媒質をフアブ
リ・ペロー共振器内に挿入した構成において、入
射光のある状態に対して、出力光が二つの安定状
態のいずれかを取り得ることに由来している。
るいは分散が非線形的に変化する媒質をフアブ
リ・ペロー共振器内に挿入した構成において、入
射光のある状態に対して、出力光が二つの安定状
態のいずれかを取り得ることに由来している。
このような光双安定素子の特徴は、光の入出力
強度特性における非直線性と履歴効果があり、光
メモリ、スイツチ、論理動作、３極管動作、画像
のコントラスト制御などにこの光双安定素子を用
いることができる。
強度特性における非直線性と履歴効果があり、光
メモリ、スイツチ、論理動作、３極管動作、画像
のコントラスト制御などにこの光双安定素子を用
いることができる。
また、その過渡特性を利用すると、再生発振、
パルス例の発生、単安定および双安定マルチバイ
ブレータ動作などが可能である。
パルス例の発生、単安定および双安定マルチバイ
ブレータ動作などが可能である。
次に、動作について説明する。第１図に示す
GaAs光双安定素子は媒質としてGaAsのエキシ
トン状態を用い、その両側のAl0.42Ga0.58As２，
３の層は電子のとじ込めをよくするためのヘテロ
接合を形成している。また、誘導体反射膜４，５
は光共振器を形成している。
GaAs光双安定素子は媒質としてGaAsのエキシ
トン状態を用い、その両側のAl0.42Ga0.58As２，
３の層は電子のとじ込めをよくするためのヘテロ
接合を形成している。また、誘導体反射膜４，５
は光共振器を形成している。
この光双安定素子にGaAsのエキシトン状態の
エネルギギヤツプよりわずかに短い波長の光を照
射し、その照射光（以下、入射光Iiと云う）強度
を次第に増加して行くと、ある入力光Iiの光量の
値に対して、急激に透過光（以下、出力光Itと云
う）強度が増加する。
エネルギギヤツプよりわずかに短い波長の光を照
射し、その照射光（以下、入射光Iiと云う）強度
を次第に増加して行くと、ある入力光Iiの光量の
値に対して、急激に透過光（以下、出力光Itと云
う）強度が増加する。
一方、入力光Iiの光量を漸減させて行くときに
は、それ（入力光量増加時の光力光の立上りに対
応する光量）より低い入力光量まで出力光Itの強
度が強いままである。すなわち、ある入力光量に
対して、二つの安定な出力光状態があり、入力光
の増減に対して、出力光に履歴効果が現われる。
は、それ（入力光量増加時の光力光の立上りに対
応する光量）より低い入力光量まで出力光Itの強
度が強いままである。すなわち、ある入力光量に
対して、二つの安定な出力光状態があり、入力光
の増減に対して、出力光に履歴効果が現われる。
第２図はこの状態を示したものであり、横軸に
入力光量、縦軸に出力光量をとつて示すものであ
り、この第２図における特性ａは媒質なしの場合
を示し、特性ｂは媒質有りの場合を示している。
この特性ｂより明らかなように、上述のごとく履
歴効果が現われていることがわかる。
入力光量、縦軸に出力光量をとつて示すものであ
り、この第２図における特性ａは媒質なしの場合
を示し、特性ｂは媒質有りの場合を示している。
この特性ｂより明らかなように、上述のごとく履
歴効果が現われていることがわかる。
また、第１図から、入出力光量に対して、非線
形性があることもわかる。
形性があることもわかる。
従来の光双安定素子は以上のように、プレート
で構成されているので、空間画像処理用の２次元
アレイ化には適しているが、光論理演算素子とし
て使用する場合には、素子の集積化が必要であ
る。また、従来の素子では低温（〜120〓まで）
でしか動作せず、常温（〜300〓）動作可能な素
子の実現が望まれている。
で構成されているので、空間画像処理用の２次元
アレイ化には適しているが、光論理演算素子とし
て使用する場合には、素子の集積化が必要であ
る。また、従来の素子では低温（〜120〓まで）
でしか動作せず、常温（〜300〓）動作可能な素
子の実現が望まれている。
この発明は、上記諸点にかんがみなされたもの
で、集積化および常温動作を可能にできる集積型
光双安定素子を提供することを目的とする。
で、集積化および常温動作を可能にできる集積型
光双安定素子を提供することを目的とする。
以下、この発明の集積型光双安定素子の実施例
について図面に基づき説明する。第３図はその一
実施例の構成を示す断面図である。第３図におい
て、基板１９上には超格子光導波路１４が形成さ
れている。また、超格子光導波路１４上には入力
光１２を導く入力光導波路１１および出力光１８
を導く出力光導波路１７が所望間隔離して形成さ
れ、そして入力光導波路１１および出力光導波路
１７の相対向する線部にはテーパカツプラー１３
ａ，１３ｂがそれぞれ形成されている。
について図面に基づき説明する。第３図はその一
実施例の構成を示す断面図である。第３図におい
て、基板１９上には超格子光導波路１４が形成さ
れている。また、超格子光導波路１４上には入力
光１２を導く入力光導波路１１および出力光１８
を導く出力光導波路１７が所望間隔離して形成さ
れ、そして入力光導波路１１および出力光導波路
１７の相対向する線部にはテーパカツプラー１３
ａ，１３ｂがそれぞれ形成されている。
上記テーパカツプラー１３ａは入力光導波路１
１と超格子光導波路１４間での光の結合を実現す
るためのものであり、またテーパカツプラー１３
ｂは出力光導波路１７と超格子光導波路間での光
の結合を実現するためのものである。
１と超格子光導波路１４間での光の結合を実現す
るためのものであり、またテーパカツプラー１３
ｂは出力光導波路１７と超格子光導波路間での光
の結合を実現するためのものである。
また、上記入力光導波路１１および出力光導波
路１７の上面には、ブラツグ反射用回折格子１５
ａ，１５ｂが、それぞれ形成され、この両ブラツ
グ反射用回折格子１５ａ，１５ｂおよびテーパカ
ツプラー１３ａ，１３ｂによつて、ブラツグ反射
用回折格子１５ａ，１５ｂ間に位置する超格子光
導波路１４の部分に光１６が多重反射するように
し、これによつて超格子光導波路１４の中に光を
閉じ込めるようになつている。
路１７の上面には、ブラツグ反射用回折格子１５
ａ，１５ｂが、それぞれ形成され、この両ブラツ
グ反射用回折格子１５ａ，１５ｂおよびテーパカ
ツプラー１３ａ，１３ｂによつて、ブラツグ反射
用回折格子１５ａ，１５ｂ間に位置する超格子光
導波路１４の部分に光１６が多重反射するように
し、これによつて超格子光導波路１４の中に光を
閉じ込めるようになつている。
次に、以上のように構成されたこの発明の集積
型光双安定素子の動作について説明する。
型光双安定素子の動作について説明する。
入力光導波路１１から入射した入力光１２はブ
ラツグ反射用回折格子１５ａで一部反射される
が、残りの光はテーパカツプラー１３ａに導かれ
超格子光導波路１４へ結合される。超格子光導波
路１４へ入射した光１６は光導波路１４内を多重
反射し進行し、もう一方の側に設けられたテーパ
カツプラー１３ｂから出力光導波路１７に導かれ
る。ここでまた、ブラツグ反射用回折格子１５ｂ
により光の一部が反射され、もときた光路を逆に
辿り、上記の入射用回折格子１５ａとの間で多重
反射を行う。つまり、回折格子１５ａと１５ｂは
従来の光双安定素子の反射膜４，５と同様な機能
をもつ。回折格子１５ａと１５ｂの間で多重反射
する光の一部は出力側回折格子１５ｂを透過して
出力光１８となる。入出力光導波路１１と１７は
例えばAlxGa1-xAs層とし、超格子光導波路の光
吸収端よりエネルギーの大きい吸収端をもつよう
にｘを選択する。ブラツグ反射用回折格子１５ａ
と１５ｂはこのAlxGa1-xAs層の一部にレーザ光
のホログラフイー干渉とフオトリングラフイ法に
よりフオトレジストのパターニングを行い、これ
をマスクとしてAlxGa1-xAs層をエツチングして
形成する。またテーパカツプラー１３ａ，１３ｂ
の形成は、収束イオンビームエツチングを用いて
微小断差を多数回繰り返して行われる。
ラツグ反射用回折格子１５ａで一部反射される
が、残りの光はテーパカツプラー１３ａに導かれ
超格子光導波路１４へ結合される。超格子光導波
路１４へ入射した光１６は光導波路１４内を多重
反射し進行し、もう一方の側に設けられたテーパ
カツプラー１３ｂから出力光導波路１７に導かれ
る。ここでまた、ブラツグ反射用回折格子１５ｂ
により光の一部が反射され、もときた光路を逆に
辿り、上記の入射用回折格子１５ａとの間で多重
反射を行う。つまり、回折格子１５ａと１５ｂは
従来の光双安定素子の反射膜４，５と同様な機能
をもつ。回折格子１５ａと１５ｂの間で多重反射
する光の一部は出力側回折格子１５ｂを透過して
出力光１８となる。入出力光導波路１１と１７は
例えばAlxGa1-xAs層とし、超格子光導波路の光
吸収端よりエネルギーの大きい吸収端をもつよう
にｘを選択する。ブラツグ反射用回折格子１５ａ
と１５ｂはこのAlxGa1-xAs層の一部にレーザ光
のホログラフイー干渉とフオトリングラフイ法に
よりフオトレジストのパターニングを行い、これ
をマスクとしてAlxGa1-xAs層をエツチングして
形成する。またテーパカツプラー１３ａ，１３ｂ
の形成は、収束イオンビームエツチングを用いて
微小断差を多数回繰り返して行われる。
超格子光導波路１４は例えば、GaAsとAly
Ga1-yAsの層（それぞれ50〜500Å）を分子線エ
ピタキシー（MBE）法で交互に積重ねた多層超
格子層と、それをサンドイツチするAlzGa1-zAs
層から形成するものが考えられる。多層超格子層
のGaAs層はキヤリア（エキシトン）を閉じ込め
る作用を、両側のAlzGa1-zAs層は光子を閉じ込
める作用を果す。
Ga1-yAsの層（それぞれ50〜500Å）を分子線エ
ピタキシー（MBE）法で交互に積重ねた多層超
格子層と、それをサンドイツチするAlzGa1-zAs
層から形成するものが考えられる。多層超格子層
のGaAs層はキヤリア（エキシトン）を閉じ込め
る作用を、両側のAlzGa1-zAs層は光子を閉じ込
める作用を果す。
また、超格子光導波路４では、エキシトンの結
合エネルギが理論的に普通のバルク光導波路の４
倍まで増加することが知られている。このことか
ら、大きな熱エネルギ状態（すなわち、より高い
温度）においても、エキシトン状態が保存される
ので、これまでの低温（〜120〓）動作から常温
動作への可能性を有する。
合エネルギが理論的に普通のバルク光導波路の４
倍まで増加することが知られている。このことか
ら、大きな熱エネルギ状態（すなわち、より高い
温度）においても、エキシトン状態が保存される
ので、これまでの低温（〜120〓）動作から常温
動作への可能性を有する。
このようなこの発明の集積型光双安定素子にお
いて、入力光１２の強度を増減するとき、第２図
の特性ｂと同様の入出力光特性が得られる。
いて、入力光１２の強度を増減するとき、第２図
の特性ｂと同様の入出力光特性が得られる。
なお、上記実施例では、純光学的に動作する光
双安定素子について説明したが、第４図に示すよ
うに、超格子光導波路１４と基板１９の裏面にそ
れぞれ電極２０ａ，２０ｂを具備した素子は光だ
けでなく、電気信号によつても、動作できるよう
に、多機能素子となり得る。すなわち、電極２０
ａ，２０ｂへの注入電流が零の場合は、当然なが
ら、第３図の集積型光双安定素子と同様の機能を
有し、注入電流がある値以上では、レーザ発振器
として動作する。
双安定素子について説明したが、第４図に示すよ
うに、超格子光導波路１４と基板１９の裏面にそ
れぞれ電極２０ａ，２０ｂを具備した素子は光だ
けでなく、電気信号によつても、動作できるよう
に、多機能素子となり得る。すなわち、電極２０
ａ，２０ｂへの注入電流が零の場合は、当然なが
ら、第３図の集積型光双安定素子と同様の機能を
有し、注入電流がある値以上では、レーザ発振器
として動作する。
また、中間の注入電流に対して、入力光２が存
在する場合には、この素子は光結合型レーザ双安
定素子として動作する。
在する場合には、この素子は光結合型レーザ双安
定素子として動作する。
次に超格子光導波路上に形成されたブラツグ反
射回折格子を有する集積型光双安定素子について
述べる。
射回折格子を有する集積型光双安定素子について
述べる。
第５図はその一実施例の構成図である。この第
５図において、１５は超格子光導波路上に形成さ
れたブラツグ反射回折格子である。回折格子１５
は、例えばホログラフイツク法またはイオンビー
ムエツチングによつて形成される。入射光１２は
テーパカツプラー１３ａから超格子光導波路に導
かれる。この光の一部はテーパカツプラー１３ｂ
の方向に進行する間に回折格子１５で回折され、
入射方向に逆進する光波を発生する。この回折波
は再び回折格子１５で回折され元の入射光に加わ
る。つまり回折格子１５は第３図、第４図の回折
格子１５ａ，１５ｂと同様に入射光をこの領域に
閉じ込める、いわゆる光共振器の作用をもつ。従
つて第３図と同様に、入射光１２の強度を増減す
るとき第２図の特性ｂに示す様な光双安定特性が
得られる。
５図において、１５は超格子光導波路上に形成さ
れたブラツグ反射回折格子である。回折格子１５
は、例えばホログラフイツク法またはイオンビー
ムエツチングによつて形成される。入射光１２は
テーパカツプラー１３ａから超格子光導波路に導
かれる。この光の一部はテーパカツプラー１３ｂ
の方向に進行する間に回折格子１５で回折され、
入射方向に逆進する光波を発生する。この回折波
は再び回折格子１５で回折され元の入射光に加わ
る。つまり回折格子１５は第３図、第４図の回折
格子１５ａ，１５ｂと同様に入射光をこの領域に
閉じ込める、いわゆる光共振器の作用をもつ。従
つて第３図と同様に、入射光１２の強度を増減す
るとき第２図の特性ｂに示す様な光双安定特性が
得られる。
また、第４図と同様な電極を設け、この電極に
逆バイアスを引加することにより励起子状態を変
化させ、これにより光双安定特性を制御できる。
逆バイアスを引加することにより励起子状態を変
化させ、これにより光双安定特性を制御できる。
以上のように、この発明の集積型光双安定素子
によれば、基板上に入力光強度に対して吸収また
は分散あるいはその両方が非線形性を示す超格子
光導波路の上部に入力光導波路と出力光導波路を
形成するとともに、この入力光導波路と出力光導
波路が超格子光導波路との結合に、テーパカツプ
ラーを設け、入力光導波路からの入力光はテーパ
カツプラーを通して超格子光導波路に導いてそこ
で閉じ込めた後、テーパカツプラーを通して出力
光導波路に導くようにしたので、集積化と常温動
作が可能となる。
によれば、基板上に入力光強度に対して吸収また
は分散あるいはその両方が非線形性を示す超格子
光導波路の上部に入力光導波路と出力光導波路を
形成するとともに、この入力光導波路と出力光導
波路が超格子光導波路との結合に、テーパカツプ
ラーを設け、入力光導波路からの入力光はテーパ
カツプラーを通して超格子光導波路に導いてそこ
で閉じ込めた後、テーパカツプラーを通して出力
光導波路に導くようにしたので、集積化と常温動
作が可能となる。
また、光双安定素子本来の光メモリ、光スイツ
チ、光演算などの多機能性により、各種光情報処
理装置の基本部品として、幅広い応用が期待でき
るなどの効果を奏するものである。
チ、光演算などの多機能性により、各種光情報処
理装置の基本部品として、幅広い応用が期待でき
るなどの効果を奏するものである。
第１図は従来の光双安定素子の構造を示す図、
第２図は第１図の光双安定素子の入出力特性を示
す図、第３図はこの発明の集積型光双安定素子の
一実施例の構成を示す図、第４図の集積型光双安
定素子の他の実施例の構成を示す図、第５図はこ
の発明の集積型光双安定素子のさらに他の実施例
の構成を示す図である。 １１……入力光導波路、１３ａ，１３ｂ……テ
ーパカツプラー、１４……超格子光導波路、１５
ａ，１５ｂ……ブラツク反射用回折格子、１７…
…出力光導波路、１９……基板、２０ａ，２０ｂ
……電極。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。
第２図は第１図の光双安定素子の入出力特性を示
す図、第３図はこの発明の集積型光双安定素子の
一実施例の構成を示す図、第４図の集積型光双安
定素子の他の実施例の構成を示す図、第５図はこ
の発明の集積型光双安定素子のさらに他の実施例
の構成を示す図である。 １１……入力光導波路、１３ａ，１３ｂ……テ
ーパカツプラー、１４……超格子光導波路、１５
ａ，１５ｂ……ブラツク反射用回折格子、１７…
…出力光導波路、１９……基板、２０ａ，２０ｂ
……電極。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に形成され入力光強度に対して吸収ま
たは分散あるいはその両方が非線形性を示す超格
子光導波路、この超格子光導波路上に形成された
入力光導波路と出力光導波路、上記超格子光導波
路上において上記入力光導波路と出力光導波路を
入力光に対して上記超格子光導波路と結合するテ
ーパカツプラー、上記入力光導波路および出力光
導波路または超格子光導波路上に形成されたブラ
ツグ反射用回折格子を備えてなる集積型光双安定
素子。 ２ 超格子光導波路へのキヤリア注入用の電極を
基板の裏面側と上記超格子光導波路に設けてレー
ザ発振器としての機能も呈し得ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の集積型光双安定素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17230880A JPS5795690A (en) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | Integrated type photo bistable element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17230880A JPS5795690A (en) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | Integrated type photo bistable element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5795690A JPS5795690A (en) | 1982-06-14 |
| JPS643351B2 true JPS643351B2 (ja) | 1989-01-20 |
Family
ID=15939506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17230880A Granted JPS5795690A (en) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | Integrated type photo bistable element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5795690A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1248381A (en) * | 1982-10-01 | 1989-01-10 | Anis Husain | Selection and application of highly nonlinear optical media |
-
1980
- 1980-12-05 JP JP17230880A patent/JPS5795690A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5795690A (en) | 1982-06-14 |
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