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JPH0578808B2 - - Google Patents
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JPH0578808B2 - - Google Patents

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JPH0578808B2
JPH0578808B2 JP21072384A JP21072384A JPH0578808B2 JP H0578808 B2 JPH0578808 B2 JP H0578808B2 JP 21072384 A JP21072384 A JP 21072384A JP 21072384 A JP21072384 A JP 21072384A JP H0578808 B2 JPH0578808 B2 JP H0578808B2
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JP
Japan
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optical
semiconductor laser
active region
bistable
region
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JP21072384A
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Japanese (ja)
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JPS6188231A (en
Inventor
Isao Kobayashi
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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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

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は光論理回路や光記憶回路用の光双安
定回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical bistable circuit for optical logic circuits and optical storage circuits.

(従来技術と問題点) 光による信号処理を目差した各種の光回路の研
究開発が進められている。これらの光回路、特に
光論理回路や光記憶回路を構成する基本的な光回
路に、光双安定回路がある。これは、ある光入力
に対して安定な2つの光出力レベルをとれる光回
路である。従来、このような光双安定回路として
半導体レーザの共振器軸方向に、利得領域と可飽
和吸収領域を直列に配置した双安定半導体レーザ
がある。この双安定半導体レーザは、その光出力
レベルが数mWと比較的大きいこと、1ナノ秒以
下の応答速度を持つこと等いくつかの望ましい特
長を持つている。しかしながら、この双安定半導
体レーザには、それをオン状態にトリガーするた
めにやや大きい光トリガ入力を要するという問題
点があつた。特に、高速の信号処理に用いようと
して光トリガ入力のパルス幅を小さくしていくと
その入力トリガレベルが急激に増大するという問
題点がさけがたかつた。
(Prior Art and Problems) Research and development is progressing on various optical circuits aimed at signal processing using light. An optical bistable circuit is a basic optical circuit constituting these optical circuits, especially optical logic circuits and optical storage circuits. This is an optical circuit that can provide two stable optical output levels for a given optical input. Conventionally, as such an optical bistable circuit, there is a bistable semiconductor laser in which a gain region and a saturable absorption region are arranged in series in the cavity axis direction of the semiconductor laser. This bistable semiconductor laser has several desirable features, such as a relatively large optical output level of several milliwatts and a response speed of less than 1 nanosecond. However, this bistable semiconductor laser had a problem in that it required a rather large optical trigger input to trigger it into the on state. In particular, when the pulse width of the optical trigger input is made smaller in order to use it for high-speed signal processing, the problem that the input trigger level increases rapidly is unavoidable.

(発明の目的) 本発明の目的は、低光トリガ入力で動作可能な
光双安定回路を提供することにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide an optical bistable circuit that can operate with a low optical trigger input.

(発明の構成) 本発明によれば、増幅領域と可飽和吸収領域を
有する双安定半導体レーザと、それに光学的に結
合した平行に設置された光導波路と、その光導波
路に結合された光増幅器とを含む低トリガレベル
複合光双安定回路が得られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, there is provided a bistable semiconductor laser having an amplification region and a saturable absorption region, an optical waveguide optically coupled thereto and installed in parallel, and an optical amplifier coupled to the optical waveguide. A low trigger level composite optical bistable circuit is obtained.

(発明の作用、効果) 本発明では、双安定半導体レーザにおける光ト
リガレベルを低減するために、外部からの入力ト
リガ光を光増幅器で増幅した後に双安定半導体レ
ーザへ印加するという方法を採用している。しか
もその印加方法として、双安定半導体レーザのス
トライプ状の活性領域に平行に沿わせ光学的に結
合させた光導波路を介しているので、安定な動作
が期待できる。
(Operations and Effects of the Invention) In order to reduce the optical trigger level in a bistable semiconductor laser, the present invention employs a method in which an externally input trigger light is amplified by an optical amplifier and then applied to the bistable semiconductor laser. ing. Furthermore, since the application method is through an optical waveguide parallel to the striped active region of the bistable semiconductor laser and optically coupled, stable operation can be expected.

以下図面を参照して本発明を詳しく説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(実施例) 第1図は本発明の実施例の双安定半導体レーザ
と光増幅器の相対的な位置関係を示すための構成
図、第2図はその斜視図、第3図a,b,cは断
面図をそれぞれあらわす。双安定半導体レーザ1
は、第1及び第2の増幅部20及び30と、吸収
領域10とからなるストライプ状活性領域を有す
る。光増幅器2は、双安定半導体レーザ1の活性
領域に平行で近接した光導波路110と、それに
接続された光増幅器活性領域100とを有する。
この構成で、双安定半導体レーザ1は、電流−光
出力特性及び光入力−光出力特性にヒステリシス
を示す。適当なバイアス電流をかけた状態で光増
幅器2の入射端120から入力トリガ光200を
入射させると、それは光増幅器活性領域100で
増幅され光導波路110に入射する。光導波路1
10は、双安定半導体レーザ1のストライプ状活
性領域と光学的に結合されているので、増幅され
た入力トリガ光200は双安定半導体レーザ1へ
結合され、双安定半導体レーザ1を「オン」状態
にトリガする。このトリガ光200の必要なレベ
ルは光増幅器2で増幅されるのできわめて小さく
て良い。
(Embodiment) Fig. 1 is a configuration diagram showing the relative positional relationship between a bistable semiconductor laser and an optical amplifier according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view thereof, and Fig. 3 a, b, c. represent cross-sectional views, respectively. Bistable semiconductor laser 1
has a striped active region consisting of first and second amplification sections 20 and 30 and an absorption region 10. The optical amplifier 2 includes an optical waveguide 110 parallel to and close to the active region of the bistable semiconductor laser 1, and an optical amplifier active region 100 connected thereto.
With this configuration, the bistable semiconductor laser 1 exhibits hysteresis in the current-optical output characteristics and the optical input-optical output characteristics. When input trigger light 200 is made incident from the input end 120 of the optical amplifier 2 with an appropriate bias current applied, it is amplified by the optical amplifier active region 100 and enters the optical waveguide 110. Optical waveguide 1
10 is optically coupled to the striped active region of the bistable semiconductor laser 1, so that the amplified input trigger light 200 is coupled to the bistable semiconductor laser 1 and turns the bistable semiconductor laser 1 into the "on" state. trigger on. The required level of this trigger light 200 can be extremely small since it is amplified by the optical amplifier 2.

この複合光安定回路は、以下のようにして製作
される。まずn型のInPの基板40の上に、n−
InPのバツフア層41、ノンドープのInGaAsP活
性層42、P−InPのクラツド層43を連続的に
結晶成長して二重ヘテロ結晶を作製する。次に、
通常のフオトリソグラフイと化学エツチングとに
より、第1のチヤンネル対50及び第2のチヤン
ネル対51を形成する。第1のチヤンネル対50
は双安定半導体レーザ1のストライプ状活性領域
をまわりの領域から区別し、第2のチヤンネル対
51は光増幅器2の光増幅器活性領域100及び
光導波路110をまわりの領域から区別する。
This composite optical stabilizer circuit is manufactured as follows. First, on an n-type InP substrate 40, an n-
A double heterocrystal is fabricated by successively growing an InP buffer layer 41, a non-doped InGaAsP active layer 42, and a P-InP cladding layer 43. next,
A first pair of channels 50 and a second pair of channels 51 are formed by conventional photolithography and chemical etching. 1st channel vs. 50
distinguishes the striped active region of the bistable semiconductor laser 1 from the surrounding region, and the second channel pair 51 distinguishes the optical amplifier active region 100 and the optical waveguide 110 of the optical amplifier 2 from the surrounding region.

各チヤンネル対のチヤンネルの幅はいずれも約
7μm、これらではさまれるメサの幅は1〜1.5μm
とした。この状態のウエハーを液相成長炉に入れ
P−InPの第1の電流ブロツク層44、n−InP
の第2の電流ブロツク層45、P−InPの埋め込
み層46、P−InGaAsPのキヤツプ層47を連
続して成長する。このとき、成長メルトの過飽和
度及び成長時間等を適切に設定することにより、
第3図aおよびbで示した領域、すなわち双安定
半導体レーザ1の活性領域の第1及び第2の増幅
部20及び30の部分、それに光増幅器2の光増
幅器活性領域100の部分では、第1及び第2の
電流ブロツク層44及び45が、第1及び第2の
チヤンネル対50及び51で形成されたメサの上
部には全く成長しないようにできる。また、第3
図cで示した領域、すなわち双安定半導体レーザ
1のストライプ状活性領域の吸収領域10と光増
幅器2の光導波路110が近接した部分では、両
者が近接した結果、両者のメサが形成する全体の
メサ幅が大きくなるため、第2の電流ブロツク層
45がその両者のメサの上をおおうように成長さ
せることができる。
The channel width of each channel pair is approximately
7μm, and the width of the mesa between them is 1 to 1.5μm.
And so. The wafer in this state is placed in a liquid phase growth furnace, and a first current blocking layer 44 of P-InP and a first current blocking layer 44 of n-InP are formed.
A second current blocking layer 45, a P-InP buried layer 46, and a P-InGaAsP cap layer 47 are successively grown. At this time, by appropriately setting the supersaturation degree and growth time of the growing melt,
In the regions shown in FIGS. 3a and 3b, that is, in the first and second amplification sections 20 and 30 of the active region of the bistable semiconductor laser 1, and in the region of the optical amplifier active region 100 of the optical amplifier 2, The first and second current blocking layers 44 and 45 may not grow at all on top of the mesas formed by the first and second channel pairs 50 and 51. Also, the third
In the region shown in FIG. Since the mesa width is increased, the second current blocking layer 45 can be grown over both mesas.

このようにして形成したウエハーに、n側電極
60として全面にAn−Ge−Niを、第1、第2、
第3のP側電極61,62,63としてCr−An
をそれぞれ蒸着、熱処理により形成する。ここ
で、第1及び第2のP側電極61及び62は双安
定半導体レーザ1の共振器軸方向に分割されてお
り、それぞれ第1及び第2の光増幅部20及び3
0の上部に対応する位置に形成されている。一
方、第3のP側電極63は、光増幅器2の活性領
域100の上部に対応する位置に形成されてい
る。
An-Ge-Ni was applied to the entire surface of the wafer thus formed as the n-side electrode 60.
Cr-An as the third P-side electrodes 61, 62, 63
are formed by vapor deposition and heat treatment, respectively. Here, the first and second P-side electrodes 61 and 62 are divided in the resonator axis direction of the bistable semiconductor laser 1, and are connected to the first and second optical amplification sections 20 and 3, respectively.
It is formed at a position corresponding to the upper part of 0. On the other hand, the third P-side electrode 63 is formed at a position corresponding to the upper part of the active region 100 of the optical amplifier 2.

この複合光双安定回路の第1及び第2のP側電
極61及び62にそれぞれ30mA,20mAを流し
ておき、双安定半導体レーザ1の一方の共振器端
面70からの入力トリガ光210を注入すると、
もう一方の共振器端面71からの光出力220は
入力トリガ光レベルが約50μwのとき「オン」状
態にトリガされた。この状態で第3のP側電極6
3に50mA流しておき、入射端120から入力ト
リガ光200を注入したところ約2.5μwのとき
「オン」状態にトリガされた。すなわち、本発明
では、光増幅器2を集積化することにより、低ト
リガレベルの光双安定回路が実現された。
When 30 mA and 20 mA are applied to the first and second P-side electrodes 61 and 62 of this composite optical bistable circuit, respectively, and input trigger light 210 from one resonator end face 70 of the bistable semiconductor laser 1 is injected. ,
The light output 220 from the other resonator end face 71 was triggered to the "on" state when the input trigger light level was approximately 50 μW. In this state, the third P-side electrode 6
3, and when input trigger light 200 was injected from the input end 120, it was triggered to the "on" state at about 2.5 μW. That is, in the present invention, by integrating the optical amplifier 2, an optical bistable circuit with a low trigger level is realized.

この実施例では、双安定半導体レーザ1のスト
ライプ状活性領域と光増幅器2の光導波路110
が近接して形成された部分は、結晶成長の性質に
より自動的にn−InPがかぶることになり、電流
が流れにくい領域となる。すなわち、双安定半導
体レーザ1の可飽和吸収領域が自動的に形成され
るという利点を持つ。
In this embodiment, a striped active region of a bistable semiconductor laser 1 and an optical waveguide 110 of an optical amplifier 2 are used.
Due to the nature of crystal growth, areas where n-InP is formed close to each other are automatically covered with n-InP, making it a region where it is difficult for current to flow. That is, there is an advantage that the saturable absorption region of the bistable semiconductor laser 1 is automatically formed.

尚、上記実施例では双安定半導体レーザは埋め
込み構造を採用したのでストライプ状活性領域は
ストライプ状に形成された積層構造になつていた
が、他の構造、例えばプレーナストライプ構造の
ように積層構造はストライプ構造ではないが、電
流が流入される領域がストライプ状になつており
この電流注入領域がストライプ状活性領域となる
ような構造でも本発明の光双安定回路は得られ
る。また、これは光増幅器2についても同様であ
る。
In the above embodiment, the bistable semiconductor laser employs a buried structure, so the striped active region has a laminated structure formed in stripes, but other structures, such as a planar stripe structure, have a laminated structure. Although it does not have a stripe structure, the optical bistable circuit of the present invention can also be obtained with a structure in which the region into which current is injected is striped, and this current injection region becomes a stripe-like active region. Further, this also applies to the optical amplifier 2.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は
その斜視図、第3図は断面図をそれぞれあらわ
す。 図において、1は双安定半導体レーザ、2は光
増幅器、10は吸収領域、20,30は増幅部、
40はInP基板、41はバツフア層、42は活性
層、43はクラツド層、44,45は電流ブロツ
ク層、46は埋め込み層、47はキヤツプ層、5
0,51はチヤンネル対、60〜63は電極、1
00は活性領域、110は光導波路をそれぞれあ
らわす。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view thereof, and FIG. 3 is a sectional view thereof. In the figure, 1 is a bistable semiconductor laser, 2 is an optical amplifier, 10 is an absorption region, 20 and 30 are amplification sections,
40 is an InP substrate, 41 is a buffer layer, 42 is an active layer, 43 is a cladding layer, 44 and 45 are current blocking layers, 46 is a buried layer, 47 is a cap layer, 5
0,51 are channel pairs, 60 to 63 are electrodes, 1
00 represents an active region, and 110 represents an optical waveguide.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ストライプ状活性領域を含む積層構造を備え
た双安定半導体レーザと、この双安定半導体レー
ザにトリガ光を導びく光増幅器とを備え、前記ス
トライプ状活性領域は光増幅部と光吸収領域とを
備え、この光増幅部上方にこの光増幅部へ電流注
入する電極を少なくとも備え、前記光増幅器は、
前記ストライプ状活性領域に平行に配置されて光
学的に結合された光導波路とこの光導波路に接続
された光増幅器活性領域とを少なくとも備えてい
ることを特徴とする光双安定回路。
1. A bistable semiconductor laser having a laminated structure including a striped active region, and an optical amplifier that guides trigger light to the bistable semiconductor laser, and the striped active region has an optical amplification section and an optical absorption region. and at least an electrode above the optical amplification section for injecting a current into the optical amplification section, the optical amplifier:
An optical bistable circuit comprising at least an optical waveguide arranged parallel to and optically coupled to the striped active region and an optical amplifier active region connected to the optical waveguide.
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