JPH03217828A - Nonlinear optical input/output element - Google Patents
Nonlinear optical input/output elementInfo
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- JPH03217828A JPH03217828A JP1271390A JP1271390A JPH03217828A JP H03217828 A JPH03217828 A JP H03217828A JP 1271390 A JP1271390 A JP 1271390A JP 1271390 A JP1271390 A JP 1271390A JP H03217828 A JPH03217828 A JP H03217828A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、非線形光入出力素子に関する。[Detailed description of the invention] <Industrial application field> The present invention relates to a nonlinear optical input/output device.
〈発明の概要〉
本発明は、光信号入力に対して、制御信号によって異な
った非線形光出力応答を示す光多機能論理素子に関し、
制御用の注入電流に対して機能を代え得る多機能の半導
体レーザ2個と、直線偏波の方向に対して光路を換え得
るビームスプリッタ2個の組合せによって、より多くの
機能と、従来の素子に比べて急峻な立ち上がり立ち下が
り特性を持つ光入出力素子を実現することを目的とし、
複数個の注入電流の制御及び直線偏波方向の変調によっ
て、光信号入力に対して、微分利得特性や双方向安定特
性、負性抵抗特性といった様々な光応答出力を示し、そ
れによって、光論理積、光論理和、光メモリー光論理否
定、排他的論理和、波長変換、波長フィルター等の機能
を持つ非線形多機能光入出力素子として機能するように
したものである。<Summary of the Invention> The present invention relates to an optical multifunctional logic element that exhibits a nonlinear optical output response that differs depending on a control signal in response to an optical signal input.
The combination of two multifunctional semiconductor lasers that can change the function of the injection current for control, and two beam splitters that can change the optical path in the direction of linear polarization, provides more functions and is easier to use than conventional elements. The aim is to realize an optical input/output device with steeper rise and fall characteristics compared to the
By controlling multiple injection currents and modulating the linear polarization direction, various optical response outputs such as differential gain characteristics, bidirectional stability characteristics, and negative resistance characteristics are exhibited in response to optical signal input. It is designed to function as a nonlinear multifunctional optical input/output element having functions such as multiplication, optical logical sum, optical memory optical logical negation, exclusive logical sum, wavelength conversion, and wavelength filter.
〈従来の技術〉
第7図に、従来の微分利得特性、双安定特性等の非線形
特性を持つ光入出力素子の構造を示す。<Prior Art> FIG. 7 shows the structure of a conventional optical input/output element having nonlinear characteristics such as differential gain characteristics and bistable characteristics.
同図に示す光入出力素子は、光を増幅しうる媒体01を
、二つのへき開面( /%−フミラー)0203で挟ん
だ、所謂ファブリベロー型の共振器を持つ半導体レーザ
04を利用したものであり、これに複数個の電極05.
06を直列に取り付けたものである。即ち、直列電極
配置型半導体レーサを利用したものである。媒体旧の端
面はへき開面であり、これがハーフミラーとして用いら
れる。光信号入力に対して、それを増幅するに足る電流
(闇値電流r lmという)以上の電流o7を一方の電
極06に注入し、他方の電極05には閾値電流I +h
以下の電流08を注入すると、前者の電極07の下方の
媒体部分は光増幅領域09として機能し、後者の電極0
5の下方の媒体部分は光吸収領域旧0として機能する。The optical input/output device shown in the figure utilizes a semiconductor laser 04 having a so-called Fabry-Bello type resonator in which a medium 01 capable of amplifying light is sandwiched between two cleavage planes (/%-humirrors) 0203. and a plurality of electrodes 05.
06 are installed in series. That is, it utilizes a series electrode arrangement type semiconductor laser. The end face of the medium is a cleavage plane, which is used as a half mirror. In response to the optical signal input, a current o7 greater than or equal to a current sufficient to amplify it (referred to as dark value current r lm) is injected into one electrode 06, and a threshold current I + h is injected into the other electrode 05.
When the following current 08 is injected, the medium portion below the former electrode 07 functions as a light amplification region 09, and the latter electrode 0
The portion of the medium below 5 functions as a light absorption region old 0.
この素子は、光信号入力に対して、第8図に示すような
光出力応答特性を持つ。This element has optical output response characteristics as shown in FIG. 8 with respect to optical signal input.
即ち、光信号入力がa−1−1) −+ Cの順に増大
する場合には、当初は光吸収領域010の為に、光の大
部分が吸収されてしまい、光出力は殆ど増加せず、弱い
自然放出光が出射されるにすぎない。ところが、ある点
dにおいて、吸収の飽和が始まると、ハーフミラー02
, 03による共振器構成を設けているために、吸収の
飽和→光の増加→更に吸収の飽和するという正のフィー
ドバックが一瞬で起こり、光出力がd 4 eとジャン
プし、強い誘導放出光が出射されるようにになる。つま
り、点eでの光の吸収は完全に飽和の状態にある。That is, when the optical signal input increases in the order of a-1-1) - + C, most of the light is initially absorbed by the light absorption region 010, and the light output hardly increases. , only weak spontaneous emission light is emitted. However, when absorption begins to saturate at a certain point d, the half mirror 02
, 03, positive feedback occurs instantaneously: saturation of absorption → increase in light → further saturation of absorption, the optical output jumps to d 4 e, and strong stimulated emission light is generated. It will now be emitted. In other words, the light absorption at point e is completely saturated.
一方、光信号入力がf→e−+gと減少する場合には、
誘導放出光の強い光のために、吸収は飽和状態を続ける
。しかし、ある点hにおいて、光信号入力が十分に弱く
なり、光の吸収が始まると、光の吸収→光の減少一吸収
の飽和状態が更に弱くなるため、更に、光が吸収され、
正のフィードバックにより光出力は一瞬で減少し、点b
に示す弱い自然放射に戻る。On the other hand, when the optical signal input decreases from f→e−+g,
Due to the strong light of the stimulated emission light, the absorption remains saturated. However, at a certain point h, when the optical signal input becomes sufficiently weak and light absorption begins, the saturated state of light absorption -> light decrease - absorption becomes even weaker, so that even more light is absorbed.
Due to positive feedback, the light output decreases instantaneously and reaches point b.
Returning to the weak natural radiation shown in .
この素子は注入電流の制御により、立ち上がり点(点d
)、立ち下がり点(点h)の位置を変えることが出来る
。この為、その応答特性は第8図に示すものに限らず、
第9図、第10図のような光入出力特性とすることが出
来る。By controlling the injected current, this element can be operated at the rising point (point d).
), the position of the falling point (point h) can be changed. For this reason, its response characteristics are not limited to those shown in Figure 8.
Optical input/output characteristics as shown in FIGS. 9 and 10 can be obtained.
第2図において、光信号入力をβとして、立ち上がり点
よりも低く、立ち下がり点よりも高い点Cで固定し、こ
れに立ち上がり点よりも高い光バルスγを一瞬入力する
と、特性はC 4 d→e→gと変化して光出力を点g
において高く維持することが出来る。逆に、光入力を立
ち上がり点よりも低い点αに一瞬減少させると、光出力
は、g→h”−b→Cと変化し、光出力を点Cで低く維
持できることになる。つまり、点Cをhigh、点gを
lowとする光メモリとして動作することになる。また
、光論理積、光論理和回路を構成する場合には、第3図
において二つ以上、第4図においては、一つ以上の光入
力に対して光出力がhighとなるように注入電流を制
御してやればよい。 また、第7図の素子は、レーザ発
振波長可変レーザや波長可変増幅光フィルタとして用い
ることもできる。この場合は、光吸収領域を無《して、
一方を注入電流固定の光一定増幅領域とすると共に他方
を注入電流可変増幅領域として用いる。さらに、電流の
注入によって変化する光可変増幅領域の屈折率を、正の
フィードバックによって増幅することになり、これによ
って素子の発振波長を変えることが可能となる。 更に
、全ての電極に同一の電流を注入し、等価的に単一電極
として扱うことで、第7図の素子は第11図に示すよう
に、通常の半導体レーサのようにスレッシュホルド特性
をもたせることも可能である。In Fig. 2, the optical signal input is β, fixed at a point C lower than the rising point and higher than the falling point, and when a light pulse γ higher than the rising point is momentarily input to this point, the characteristic is C 4 d →e→g and changes the light output to point g
can be maintained at a high level. Conversely, if the optical input is momentarily reduced to point α, which is lower than the rising point, the optical output changes from g → h''-b → C, and the optical output can be maintained low at point C. In other words, It operates as an optical memory with point C set to high and point g set to low.In addition, when configuring an optical AND or optical OR circuit, two or more in Fig. 3 and one in Fig. 4 are used. The injected current may be controlled so that the optical output becomes high for three or more optical inputs.Furthermore, the element shown in FIG. 7 can also be used as a laser oscillation wavelength tunable laser or a wavelength tunable amplification optical filter. In this case, the light absorption region is eliminated,
One is used as a constant optical amplification region with a fixed injection current, and the other is used as a variable injection current amplification region. Furthermore, the refractive index of the optically variable amplification region, which changes due to current injection, is amplified by positive feedback, thereby making it possible to change the oscillation wavelength of the element. Furthermore, by injecting the same current into all electrodes and treating them equivalently as a single electrode, the device in Figure 7 can have threshold characteristics like a normal semiconductor laser, as shown in Figure 11. It is also possible.
この場合も、光論理積、光論理和回路とすることが可能
である。第11図に示すように、光の入出力特性は、制
御電流の大小により変化するが、一般に電流が小さいの
で、発光のために必要なキャリアを入力光により補う必
要があり、この為、効率が落ち、量子効率(傾き)が悪
くなる傾向にある。In this case as well, it is possible to use an optical AND or optical OR circuit. As shown in Fig. 11, the light input/output characteristics change depending on the magnitude of the control current, but since the current is generally small, it is necessary to supplement the carriers necessary for light emission with the input light, and for this reason, the efficiency decreases, and the quantum efficiency (slope) tends to worsen.
このように、上述した第1図の光入出力素子は、様々な
機能を有しており、また、横モードを様々な方法で制御
することにより、高効率化を図ることが出来るが、光論
理否定回路を構成することが不可能であり、負性抵抗特
性をもたせることが出来無いなとの欠点があった。As described above, the optical input/output element shown in FIG. 1 has various functions, and high efficiency can be achieved by controlling the transverse mode in various ways. It has the disadvantage that it is impossible to construct a logical NOT circuit and it is impossible to provide negative resistance characteristics.
一方、他の光入出力素子としては、第6図に示すものも
知られている。同図に示すように、半導体レーザに複数
の電極011. 012を並列に配置したものである。On the other hand, as another optical input/output element, one shown in FIG. 6 is also known. As shown in the figure, a plurality of electrodes 011. 012 are arranged in parallel.
即ち、並列電極配置型半導体レーサである。この素子は
、横モードを制画するために特別な一切手段を用いずに
、第13図に示す負性抵抗特性を有する。即ち、電極0
1lに閾値1 +h以上の電流を注入するとともに電極
012にそれ以下の電流を注入すると、半導体レーザは
当初は電極旧lの下方の領域013で発振する。これに
対して、電極旧2の下方の領域014に向けて光を入射
すると、領域013のキャリアが増大するために、第1
3図の領域Iに示すように光出力も増大する。さらに、
光入力を増大させると、光の発振領域は013から旧4
へ移る。この際に電流の横方向の閉じ込め(横モードの
制IU)が弱くなり、発振効率が減少するために、第1
3図の領域■に示すように負性抵抗部分が生じる。発振
領域が完全に014に移ってからは、第13図の領域■
に示すように、再び光出力は増大することになる。That is, it is a parallel electrode arrangement type semiconductor laser. This element has the negative resistance characteristic shown in FIG. 13 without using any special means to define the transverse mode. That is, electrode 0
When a current equal to or greater than the threshold value 1+h is injected into 1l and a current less than that is injected into electrode 012, the semiconductor laser initially oscillates in region 013 below electrode 1. On the other hand, when light enters the region 014 below the old electrode 2, carriers in the region 013 increase, so the first
The light output also increases as shown in region I of FIG. moreover,
When the optical input is increased, the light oscillation region changes from 013 to old 4.
Move to. At this time, the lateral confinement of the current (transverse mode control IU) becomes weaker, and the oscillation efficiency decreases.
A negative resistance portion is generated as shown in area (■) in Figure 3. After the oscillation region completely shifts to 014, the region shown in Figure 13 ■
As shown in , the optical output increases again.
この素子は、第13図の領域■の負性抵抗部分を用いる
ことで、論理否定回路等を構成することが可能となるが
、負性抵抗部分の立ち下がりが緩やかであるために、明
確な閾値を設定することか困難であり、ON−OFFの
区別がしずらかった。また、横モードの制御をしないこ
とで負性抵抗部分を得ているために、横モードの制御を
することにより得られる半導体レーサの高効率化、高安
定化は望めなかった。With this element, it is possible to construct a logic negation circuit, etc. by using the negative resistance part in region It was difficult to set a threshold value, and it was difficult to distinguish between ON and OFF. Furthermore, since the negative resistance portion is obtained without controlling the transverse mode, it is not possible to achieve higher efficiency and higher stability of the semiconductor laser that can be obtained by controlling the transverse mode.
更に、第7図の光入出力素子と第12図の光入出力素子
を組み合わせたものを、第14図に示す。同図に示すよ
うに、電極015. 016, 017に流す電流によ
って、第8図、第9図、第IO図、第13図に示す光入
出力特性をもたせることが出来る。即ち、電極015.
016を使用することで直列配置、電極015, 01
6, 017を使用することで並列配置の電極をもった
半導体レーザとすることが出来る。即ち、直並列電極配
置型半導体レーザとすることが出来る。但し、上述した
欠点は解消していない。Further, FIG. 14 shows a combination of the optical input/output device shown in FIG. 7 and the optical input/output device shown in FIG. 12. As shown in the figure, electrode 015. By applying currents to 016 and 017, the optical input/output characteristics shown in FIGS. 8, 9, IO, and 13 can be provided. That is, electrode 015.
Series arrangement by using 016, electrodes 015, 01
By using No. 6,017, a semiconductor laser having electrodes arranged in parallel can be obtained. That is, it can be a series-parallel electrode arrangement type semiconductor laser. However, the above-mentioned drawbacks have not been resolved.
半導体レーザは、単独で用いられるだけでなく、第15
図に示すように組み合わせても用いられる。同図に示す
ものは、光入力信号をビームスプリッタ旧8でそれぞれ
直交する成分に分ナ、その一方をミラー旧9で屈折させ
て、相互に平行光としてそれぞれ半導体レーザ020.
021に入射させるようにしている。ここで、半導体
レーザ020. 021は設置方向を異ならせている。Semiconductor lasers are not only used alone, but also in
They can also be used in combination as shown in the figure. In the system shown in the figure, an optical input signal is split into orthogonal components by a beam splitter 8, one of which is refracted by a mirror 9, and the two are converted into parallel beams by semiconductor lasers 020, 020, and 20, respectively.
021. Here, the semiconductor laser 020. 021 has a different installation direction.
これは、半導体レーザの伝搬モードには、電界ベクトル
かへテロ界面に平行で、磁界ベクトルは伝搬方向とへテ
ロ界面とに垂直な方向とに成分を持つTEモードと、磁
界ベクトルかへテロ界面に平行で、電界ベクトルが伝搬
方向とへテロ界面に垂直な方向に垂直な成分を持つTM
モードがあり、従って、半導体レーザはTE.TMの両
モードで発振可能であるが、実際には、TEモードで発
振しやすい傾向がある。このため、入力光がTM偏波を
もつときは、反射率の差を打ち消すだけの、強い入力光
を使用しないかぎり、入力光の偏波は保存されないから
である。そこで、第15図では、ビームスプリッタ01
8でT.E,TM偏波を分離し、互いに直交する方向に
設置した半導体レーザ020, 021に入力するので
、その偏波を保持できるようにしだのである。半導体レ
ーザ020. 021で別々に増幅された偏波はミラー
023,ビームスプリッタ022で再び結合するように
している。尚、半導体レーザが実際には、TEモードで
発振しやすい傾向がある理由は、ファブリベロー共振器
のミラーとして使眉するへき開面がTMモードよりもT
Eモードを良く反射するからである。This means that the propagation modes of semiconductor lasers include a TE mode in which the electric field vector is parallel to the heterointerface, and the magnetic field vector is perpendicular to the propagation direction and the heterointerface. TM whose electric field vector has a component perpendicular to the direction of propagation and the direction perpendicular to the heterointerface.
mode, therefore the semiconductor laser has TE. Although it is possible to oscillate in both TM modes, in reality there is a tendency for oscillation to occur more easily in the TE mode. Therefore, when the input light has TM polarization, the polarization of the input light is not preserved unless strong input light is used that cancels out the difference in reflectance. Therefore, in FIG. 15, the beam splitter 01
T. at 8. Since the E and TM polarized waves are separated and input to the semiconductor lasers 020 and 021 installed in directions perpendicular to each other, the polarized waves can be maintained. Semiconductor laser 020. The polarized waves separately amplified at 021 are combined again at a mirror 023 and a beam splitter 022. The reason why semiconductor lasers actually tend to oscillate more easily in the TE mode is that the cleavage plane used as a mirror in the Fabry-Bello resonator has a higher T mode than in the TM mode.
This is because it reflects E mode well.
〈発明が解決しようとする課題〉
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
その目的は、制御信号を変えることで、光出力が光入力
に対して、複数種の非線形応答特性を持つことを可能に
した非線形多機能光入出力素子を提供することにある。<Problem to be solved by the invention> The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art,
The purpose is to provide a nonlinear multifunctional optical input/output device that allows optical output to have multiple types of nonlinear response characteristics to optical input by changing a control signal.
〈課題を解決するための手段〉
斯かる目的を解決する本発明の構成は2個の半導体レー
ザと、偏波方向によって光路を変更する2個のビームス
プリッタと、光信号入力の直線偏波を変える直線偏波変
調器とを具備し、光信号入力に対して、上記直線偏波変
調器により、その偏波方向をTE或いはTM波に変換し
たうえで、その光信号入力の光路を第1のビームスプリ
ッタにより変更しーでTM波の場合は第1の半導体レー
ザへ、TE波の場合は第2の半導体レーザへそれぞれ入
射し、更に、前記第1の半導体レーザからの発振光を第
2のビームスブリツタを介して前記第2の半導体レーザ
ヘ入射させ、該第2の半導体レーザからの出力をTM波
の場合は前記第1のビームスプリッタ、TE波の場合は
前記第2のビームスプリッタを通して得ることを特徴と
する。<Means for Solving the Problem> The configuration of the present invention to solve the above object includes two semiconductor lasers, two beam splitters that change the optical path depending on the polarization direction, and a linearly polarized wave input optical signal. The linear polarization modulator converts the polarization direction of an input optical signal into a TE or TM wave, and then converts the optical path of the input optical signal into a first wave. The oscillated light from the first semiconductor laser is input to the first semiconductor laser in the case of TM waves and the second semiconductor laser in the case of TE waves, and the oscillation light from the first semiconductor laser is input to the second semiconductor laser. The output from the second semiconductor laser is passed through the first beam splitter in the case of a TM wave, and the second beam splitter in the case of a TE wave. It is characterized by obtaining.
また、上記半導体レーザとして、複数の電極をレーザ共
振器の直列方向に持つ直列電極配置型の半導体レーザ或
いは複数の電極をレーザ共振器の直列方向及び並列方向
に持つ直並列電極配置型の半導体レーザを2個用いるこ
とが望ましい。Further, as the semiconductor laser, a series electrode arrangement type semiconductor laser having a plurality of electrodes in the series direction of the laser resonator, or a series-parallel electrode arrangement type semiconductor laser having a plurality of electrodes in the series direction and parallel direction of the laser resonator may be used. It is desirable to use two.
〈実施例〉
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。<Example> Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.
−塞]1例」〜
第lO図に本発明の第1の実施例を示す。同図に示すよ
うに単一電極の半導体レーザ1, 2は相互に直交す
る方向に設置されている。単一電極の半導体レーザ1,
2とは、第15図に示すものと同様のものである。ビー
ムスブリッタ3,4は光入力信号を偏波方向によりTE
偏波、TMW波に分離し、又結合するものである。ミラ
ー5,6は分離されたTE偏波、TM偏波を平行光とし
、逆にそれらを結合するために直交方向に屈折させるも
のである。直線偏波変調器7は光信号入力の直線偏波を
変えるものであり、例えば、磁気光学効果や音響光学効
果を利用したものが使用される。Figure 1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, single-electrode semiconductor lasers 1 and 2 are installed in directions orthogonal to each other. Single electrode semiconductor laser 1,
2 is similar to that shown in FIG. The beam splitters 3 and 4 convert the optical input signal into TE depending on the polarization direction.
It separates into polarized waves and TMW waves and combines them. The mirrors 5 and 6 convert the separated TE polarized light and TM polarized light into parallel light, and conversely refract them in orthogonal directions in order to combine them. The linear polarization modulator 7 changes the linear polarization of the input optical signal, and uses, for example, a modulator that utilizes the magneto-optic effect or the acousto-optic effect.
従って、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTE波
にセットすると、TE波はそのまま通過し、TM波はT
E波に変換されて、ビームスブエッタ3にTE波がのみ
が入力される。そして、TE波はビームスブエッタ3を
通過して、第2図に太い矢印で示すように半導体レーザ
2に導かれる。この際、半導体レーザ1には閾値T l
k以上の電流を、半導体レーザ2にはそれ以下の電流を
予め注入しておくと、半導体レーザ1で発振したTM波
がミラー6,ビームスプリッタ4で屈折されて半導体レ
ーザ2に当初入射され、その後、光入力信号としてTE
波が入射されることになる。半導体レーザ2では、前者
の影響が後者の影響よりも強い場合は、TM波が発振し
、逆の場合はTE波が発振してビームスブリッタ4を通
過して出力され、両者の間には第3図に示すようなスイ
ッチングポイントが存在するようになる。これは、前述
した第ll図に示す通常の半導体レーザの特性よりも急
峻であり、優れた光論理積、光論理和の機能を有する素
子として利用できることになる。Therefore, if the linear polarization modulator 7 is set to the TE wave for the optical input signal, the TE wave will pass through as is, and the TM wave will be the T wave.
Only the TE wave is converted into an E wave and input to the beam sweeper 3. The TE wave then passes through the beam sweeper 3 and is guided to the semiconductor laser 2 as shown by the thick arrow in FIG. At this time, the semiconductor laser 1 has a threshold value T l
When a current of k or more is injected in advance into the semiconductor laser 2 and a current of less than that is injected into the semiconductor laser 2, the TM wave oscillated by the semiconductor laser 1 is refracted by the mirror 6 and the beam splitter 4 and is initially incident on the semiconductor laser 2. After that, TE is used as the optical input signal.
waves will be incident. In the semiconductor laser 2, when the former influence is stronger than the latter influence, a TM wave is oscillated, and in the opposite case, a TE wave is oscillated, passes through the beam splitter 4, and is output. There will now be switching points as shown in Figure 3. This is steeper than the characteristic of the normal semiconductor laser shown in FIG. 11 described above, and can be used as a device having excellent optical AND and optical OR functions.
一方、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTM波に
セットすると、TM波はそのまま通過し、TE波はTM
波に変換されて、ビームスプエッタ3にTM波がのみが
入力される。そして、TM波は第4図に太い矢印で示す
ようにビームスブエッタ3で屈折して、更にミラー5で
屈折して半導体レーザ1に゛導かれる。この際、半導体
レーザ2を予め発振しておくと(通常TE波で発振する
)、TE波がビームスブリッタ4を通過して出力される
が、半導体レーザ2を通過して第4図中太い矢印で示す
ようにミラー6、ビームスプリッタ4で屈折したTM波
が半導体レーザ2に入射されると同時に、半導体レーザ
2の発振光はTM波に変換されることになる。つまり、
ビームスプリッタ4を通じた出力は消滅し、TM波がビ
ームスプリッタ3て屈折した出力として観測されること
になる。この為、第5図に示すように、光論理否定回路
を構成することが可能となる。On the other hand, when the linear polarization modulator 7 is set to the TM wave for the optical input signal, the TM wave passes through as is, and the TE wave passes through the TM wave.
The TM waves are converted into waves and only the TM waves are input to the beam splitter 3. The TM wave is then refracted by the beam sweeper 3 as shown by the thick arrow in FIG. At this time, if the semiconductor laser 2 is oscillated in advance (normally it oscillates with a TE wave), the TE wave passes through the beam splitter 4 and is output. As shown in , the TM wave refracted by the mirror 6 and the beam splitter 4 is incident on the semiconductor laser 2, and at the same time, the oscillation light of the semiconductor laser 2 is converted into a TM wave. In other words,
The output through the beam splitter 4 disappears, and the TM wave is observed as an output that is refracted by the beam splitter 3. Therefore, it is possible to construct an optical logic NOT circuit as shown in FIG.
このように本実施例の非線形光入出力素子は、従来の素
子に比べて、明確な立ち上がり、立ち下がり特性を有す
るだけでなく、第12図、第14図に示す並列電極配置
型半導体レーサを用いていないために、横モードを制御
するための手段、例えば、埋め込み型構造により屈折率
導波型にするなどの手段を確実に取ることができ、高効
率、高安定とすることが出来る。In this way, the nonlinear optical input/output device of this example not only has clear rise and fall characteristics compared to conventional devices, but also has parallel electrode arrangement type semiconductor lasers shown in FIGS. 12 and 14. Since it is not used, it is possible to reliably take measures to control the transverse mode, such as making it a refractive index waveguide type using an embedded structure, and it is possible to achieve high efficiency and high stability.
ス】■引i
本発明の第2の実施例を第16図に示す。本実施例では
、前述した第1の実施例に用いた単一電極の半導体レー
ザl.2に代えて直並列電極配置型半導体レーサ8,9
を用いるものである。直列電極配置型半導体レーザとは
前述したように第7図の構成をとるものである。その他
の構成は第1の実施例と同様である。A second embodiment of the present invention is shown in FIG. 16. In this example, the single-electrode semiconductor laser l. used in the first example described above is used. Series and parallel electrode arrangement type semiconductor lasers 8 and 9 in place of 2
is used. The series electrode arrangement type semiconductor laser has the configuration shown in FIG. 7, as described above. The other configurations are similar to the first embodiment.
従って、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTE波
にセットすると、TE波はそのまま通過し、TM波はT
E波に変換されて、ビームスプエッタ3にTE波がのみ
が入力される。ここで、半導体レーザ9を第8図、第9
図、第lO図のように機能させることにより、光メモリ
、光論理積、光論理和の光出力がビームスプリッタ4よ
り出力される。また、この際、半導体レーザ8をTM波
で発振させるこ゛とによ′り、立ち上がり点をより急峻
なものとすることも可能である。Therefore, if the linear polarization modulator 7 is set to the TE wave for the optical input signal, the TE wave will pass through as is, and the TM wave will be the T wave.
Only the TE wave is converted into an E wave and input to the beam splitter 3. Here, the semiconductor laser 9 is shown in FIGS.
By functioning as shown in FIGS. 1 and 2, the beam splitter 4 outputs the optical outputs of the optical memory, optical AND, and optical OR. Further, at this time, by causing the semiconductor laser 8 to oscillate with a TM wave, it is also possible to make the rising point steeper.
一方、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTM波に
セットすると、TM波はそのまま通過し、TE波はTM
波に変換されて、ビームスプエツタ3にTM波がのみが
入力される。そして、TM波は第4図に太い矢印で示す
ようにビームスプエッタ3で屈折して、更にミラー5て
屈折して半導体レーザ8に導かれる。この際、半導体レ
ーザ9を予め発振しておくと(通常TE波で発振する)
、TE波がビームスブリッタ4を通過して出力されるが
、半導体レーザ9を通過して第4図中太い矢印で示すよ
うにミラー6、ビームスブリッタ4で屈折したTM波が
半導体レーザ9に入射されると同時に、半導体レーザ9
の発振光はTM波に変換されることになる。この為、第
5図に示すような光論理否定回路を構成することが可能
となる。On the other hand, when the linear polarization modulator 7 is set to the TM wave for the optical input signal, the TM wave passes through as is, and the TE wave passes through the TM wave.
The TM waves are converted into waves and only the TM waves are input to the beam spreader 3. The TM wave is then refracted by the beam splitter 3, as shown by the thick arrow in FIG. 4, and further refracted by the mirror 5, and guided to the semiconductor laser 8. At this time, if the semiconductor laser 9 is oscillated in advance (usually oscillated with TE waves)
, the TE wave passes through the beam splitter 4 and is output, but the TM wave passes through the semiconductor laser 9 and is refracted by the mirror 6 and the beam splitter 4, as shown by the thick arrow in FIG. 4, and enters the semiconductor laser 9. At the same time, the semiconductor laser 9
The oscillated light will be converted into a TM wave. Therefore, it becomes possible to construct an optical logic NOT circuit as shown in FIG.
このように本実施例の非線形光入出力素子は、従来の素
子に比べて、明確な立ち上がり、立ち下がり特性を有す
るたけてなく、第12図、第14図に示す並列電極配置
型半導体レーザ″を用いていないために、横モードを制
御するだめの手段、例えば、埋め込み型構造により屈折
率導波型にするなどの手段を確実に取ることができ、高
効率、高安定とすることが出来、更には、第1の実施例
で不可能な光メモリの機能を有する特徴がある。As described above, the nonlinear optical input/output device of this embodiment has clear rise and fall characteristics compared to conventional devices, and it can be seen from the parallel electrode arrangement type semiconductor laser shown in FIGS. 12 and 14. Since the transverse mode is not used, it is possible to reliably take other means to control the transverse mode, such as using a refractive index waveguide type with an embedded structure, and it is possible to achieve high efficiency and high stability. Furthermore, there is a feature of having an optical memory function which is not possible in the first embodiment.
スj6i f’i+1 3
第17図に本発明の第3の実施例を示す。本実施例では
、前述した第1の実施例で使用した単一電極の半導体レ
ーザ1,2に代えて直並列電極配置型半導体レーザ10
.11を用いるものである。直並列電極配置型半導体レ
ーサとは前述したように第14図の構成をとるものであ
る。その他の構成は第1の実施例と同様である。sj6i f'i+1 3 FIG. 17 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a series-parallel electrode arrangement type semiconductor laser 10 is used instead of the single-electrode semiconductor lasers 1 and 2 used in the first embodiment described above.
.. 11 is used. The series-parallel electrode arrangement type semiconductor laser has the configuration shown in FIG. 14, as described above. The other configurations are similar to the first embodiment.
従って、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTE波
にセットすると、TE波はそのまま通過し、TM波はT
E波に変換されて、ビームスプエッタ3にTE波がのみ
が入力される。ここで、半導体レーザ1lを第8図、第
9図、第10図のように機能させることにより、光メモ
リ、光論理積、光論理和の光出力がビームスプリッタ4
より出力される。また、この際、半導体レーザlOをT
M波で発振させることにより、立ち上がり点をより急峻
なものとすることも可能である。Therefore, if the linear polarization modulator 7 is set to the TE wave for the optical input signal, the TE wave will pass through as is, and the TM wave will be the T wave.
Only the TE wave is converted into an E wave and input to the beam splitter 3. Here, by operating the semiconductor laser 1l as shown in FIGS. 8, 9, and 10, the optical outputs of the optical memory, optical AND, and optical OR are adjusted to the beam splitter 4.
It is output from Also, at this time, the semiconductor laser lO is
By oscillating with M waves, it is also possible to make the rising point steeper.
一方、光入力信号に対して直線偏波変調器7をTM波に
セットすると、TM波はそのまま通過し、TE波はTM
波に変換されて、ビームスブエッタ3にTM波がのみが
入力される。そして、TM波は第4図に太い矢印で示す
ようにビームスブエッタ3で屈折して、更にミラー5で
屈折して半導体レーザ10に導かれる。この際、半導体
レーザ2を予め発振しておくと(通常TE波で発振する
),TE波がビームスプリッタ4を通過して出力される
が、半導体レーザ11を通過して第4図中太い矢印で示
すようにミラー6、ビームスブリッタ4で屈折したTM
波が半導体レーサ11に入射されると同時に、半導体レ
ーザ1lの発振光はTM波に変換されることになる。こ
の為、第5図に示すような光論理否定回路を構成するこ
とが可能となる。また、半導体レーザlOに第13図の
負性抵抗特性を持たせ、また、半導体レーザ11に第9
図に示す光入出力特性を持たせれば、ビームスブリッタ
3から第6図に示す光排他的論理和回路を構成すること
が可能になる。On the other hand, when the linear polarization modulator 7 is set to the TM wave for the optical input signal, the TM wave passes through as is, and the TE wave passes through the TM wave.
Only the TM waves are converted into waves and input to the beam sweeper 3. Then, the TM wave is refracted by the beam sweeper 3 as shown by the thick arrow in FIG. 4, and further refracted by the mirror 5 and guided to the semiconductor laser 10. At this time, if the semiconductor laser 2 is oscillated in advance (normally it oscillates as a TE wave), the TE wave passes through the beam splitter 4 and is output. TM refracted by mirror 6 and beam splitter 4 as shown in
At the same time that the wave is incident on the semiconductor laser 11, the oscillation light of the semiconductor laser 1l is converted into a TM wave. Therefore, it becomes possible to construct an optical logic NOT circuit as shown in FIG. Further, the semiconductor laser 10 is provided with the negative resistance characteristic shown in FIG. 13, and the semiconductor laser 11 is provided with a
If the optical input/output characteristics shown in the figure are provided, it becomes possible to configure the optical exclusive OR circuit shown in FIG. 6 from the beam splitter 3.
このように本実施例の非線形光入出力素子は、従来の素
子に比べて、明確な立ち下がりを持つ負性抵抗特性を有
するだけでなく、前述した第1、第2の実施例に比べて
、光排他的論理和回路を構成することが可能である。ま
た、この際、ビームスブリッタ3からの出力を利用して
いるので横モードの制御を積極的に行えないので、効率
は前述した実施例の方が優れている。As described above, the nonlinear optical input/output device of this embodiment not only has a negative resistance characteristic with a clear falling edge compared to the conventional device, but also has a negative resistance characteristic with a clear falling edge compared to the conventional device. , it is possible to construct an optical exclusive OR circuit. Further, since the output from the beam splitter 3 is used at this time, the transverse mode cannot be actively controlled, so the efficiency of the above-mentioned embodiment is better.
〈発明の効果〉
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明によれば、簡単な構成により、光論理積、光論理和、
光メモリ、光排他的論理和、波長変換、波長フィルタリ
ング等の機能を有する非線形多機能光入出力素子を実現
することが出来る。<Effects of the Invention> As described above in detail based on the embodiments, according to the present invention, optical AND, optical OR,
A nonlinear multifunctional optical input/output element having functions such as optical memory, optical exclusive OR, wavelength conversion, and wavelength filtering can be realized.
第1図は本発明の第1の実施例の構成図、第2図は本発
明の第1の実施例におけるTE波の光路を示す説明図、
第3図は光論理積、論理和の特性を示すグラフ、第4図
は本発明の第1の実施例におけるTM波の光路を示す説
明図、第5図は光論理否定の特性を示すグラフ、第6図
は排他的論理和の特性を示すグラフ、第7図は、従来の
非線形型光入出力素子の構成図、第8図は光メモリ効果
を示すグラフ、第9図は光論理積の特性を示すグラフ、
第lO図は光論理和の特性を示すグラフ、第11図は通
常の半導体レーサの特性を示すグラフ、第12図は従来
の非線形型光入出力素子の構成図、第13図は光負性抵
抗特性を示すグラフ、第14図は従来の非線形型光入出
力素子の構成図、第15図は従来の半導体レーザを組み
合わせた例を示す構成図、第16図は本発明の第2の実
施例の構成図、第17図は本発明の第3の実施例の構成
図て゛ある。
図面中
1,2は単一電極の半導体素子、
3,4はビームスプリッタ、
5,6はミラー
7は直線偏波変調器、
8,9は直列電極配型半導体レーザ、
10.11は直並列電極配置半導体レーザである。FIG. 1 is a configuration diagram of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the optical path of the TE wave in the first embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a graph showing the characteristics of optical logical product and logical sum, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the optical path of the TM wave in the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the characteristics of optical logical negation. , Fig. 6 is a graph showing the characteristics of exclusive OR, Fig. 7 is a configuration diagram of a conventional nonlinear optical input/output element, Fig. 8 is a graph showing the optical memory effect, and Fig. 9 is a graph showing the characteristics of optical AND. Graphs showing characteristics,
Figure 10 is a graph showing the characteristics of optical OR, Figure 11 is a graph showing the characteristics of a normal semiconductor laser, Figure 12 is a configuration diagram of a conventional nonlinear optical input/output element, and Figure 13 is a graph showing optical negativity. A graph showing the resistance characteristics, Fig. 14 is a block diagram of a conventional nonlinear optical input/output element, Fig. 15 is a block diagram showing an example of a combination of conventional semiconductor lasers, and Fig. 16 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. An example configuration diagram, FIG. 17, is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention. In the drawing, 1 and 2 are single-electrode semiconductor devices, 3 and 4 are beam splitters, 5 and 6 are mirrors 7 are linear polarization modulators, 8 and 9 are semiconductor lasers with series electrodes, and 10 and 11 are series-parallel devices. This is an electrode arrangement semiconductor laser.
Claims (3)
変更する2個のビームスプリッタと、光信号入力の直線
偏波を変える直線偏波変調器とを具備し、光信号入力に
対して、上記直線偏波変調器により、その偏波方向をT
E或いはTM波に変換したうえで、その光信号入力の光
路を第1のビームスプリッタにより変更してTM波の場
合は第1の半導体レーザへ、TE波の場合は第2の半導
体レーザへそれぞれ入射し、更に、前記第1の半導体レ
ーザからの発振光を第2のビームスプリッタを介して前
記第2の半導体レーザへ入射させ、該第2の半導体レー
ザからの出力をTM波の場合は前記第1のビームスプリ
ッタ、TE波の場合は前記第2のビームスプリッタを通
して得ることを特徴とする非線形光入出力素子。(1) Equipped with two semiconductor lasers, two beam splitters that change the optical path depending on the polarization direction, and a linear polarization modulator that changes the linear polarization of the optical signal input. , the polarization direction is set to T by the linear polarization modulator.
After converting into E or TM waves, the optical path of the optical signal input is changed by a first beam splitter, and in the case of TM waves, it is sent to the first semiconductor laser, and in the case of TE waves, it is sent to the second semiconductor laser. Furthermore, the oscillation light from the first semiconductor laser is made to enter the second semiconductor laser via a second beam splitter, and the output from the second semiconductor laser is the TM wave. A nonlinear optical input/output element characterized in that the TE wave is obtained through the first beam splitter and the second beam splitter.
振器の直列方向に持つ直列電極配置型の半導体レーザを
2個用いることを特徴とする請求項(1)記載の非線形
光入出力素子。(2) The nonlinear optical input/output device according to claim (1), characterized in that two semiconductor lasers of a series electrode arrangement type having a plurality of electrodes in the series direction of the laser resonator are used as the semiconductor lasers.
振器の直列方向及び並列方向に持つ直並列電極配置型の
半導体レーザを2個用いることを特徴とする請求項(1
)記載の非線形光入出力素子。(3) As the semiconductor laser, two series-parallel electrode arrangement type semiconductor lasers having a plurality of electrodes in a series direction and a parallel direction of a laser resonator are used.
) nonlinear optical input/output device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1271390A JPH03217828A (en) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | Nonlinear optical input/output element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1271390A JPH03217828A (en) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | Nonlinear optical input/output element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03217828A true JPH03217828A (en) | 1991-09-25 |
Family
ID=11813069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1271390A Pending JPH03217828A (en) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | Nonlinear optical input/output element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03217828A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023241145A1 (en) * | 2022-06-13 | 2023-12-21 | 苏州大学 | Multifunctional photoelectric logic gate based on single light source and single detector |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP1271390A patent/JPH03217828A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023241145A1 (en) * | 2022-06-13 | 2023-12-21 | 苏州大学 | Multifunctional photoelectric logic gate based on single light source and single detector |
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