JP3268538B2 - Optical semiconductor device using polarization - Google Patents
Optical semiconductor device using polarizationInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、入力光信号によって出
力光の偏波面を切り替えることにより信号光の論理演算
を行う偏波利用光半導体素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization-based optical semiconductor device for performing a logical operation on signal light by switching the plane of polarization of output light according to an input optical signal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光半導体素子の一種である光論理演算素
子は、将来実現が期待される全光システムにおいて、光
信号の制御のために必要不可欠なものである。図７は従
来の光論理素子の一例を示す側面図である。この光論理
素子１は、基板２、クラッド層３、活性層４、クラッド
層５、電極６，７から構成される半導体レーザの上部電
極７を２つの電極７ａ，７ｂに分割したもので、電極７
ａ，７ｂそれぞれに注入する電流を調整することにより
図８に示すような光入出力特性を得ることができる。2. Description of the Related Art An optical logic operation element, which is a kind of optical semiconductor element, is indispensable for controlling an optical signal in an all-optical system expected to be realized in the future. FIG. 7 is a side view showing an example of a conventional optical logic element. This optical logic element 1 is obtained by dividing an upper electrode 7 of a semiconductor laser composed of a substrate 2, a cladding layer 3, an active layer 4, a cladding layer 5, and electrodes 6 and 7 into two electrodes 7a and 7b. 7
a, 7b by adjusting the current to be injected into each
Light input / output characteristics as shown in FIG. 8 can be obtained.
【０００３】例えば、図８（ａ）の点Ａの位置に系を保
持し、この系にパルス状の入力光ｐ1を入射すると出力
光ｐ2は点Ｂとなり、この状態が保持される。すなわち
メモリ動作が可能である（図９（ａ）参照）。また、図
８（ｂ）の点Ａの位置に系を保持し、この系に２つの入
力光ｐ3，ｐ4を入射すると、出力光ｐ2は図９（ｂ）の
ようになる。すなわちＡＮＤ動作が可能である。また、
図８（ｃ）の点Ａの位置に系を保持し、この系に２つの
入力光ｐ5，ｐ6を入射すると、出力光ｐ2は図９（ｃ）
のようになる。すなわちＯＲ動作が可能である。以上の
ように、この光論理素子１は注入する電流を調整するこ
とでメモリ、ＡＮＤ、ＯＲという論理動作が可能であ
る。For example, when the system is held at the position of a point A in FIG. 8A , and the pulsed input light p 1 is incident on this system, the output light p 2 becomes the point B, and this state is maintained. That is, a memory operation is possible ( see FIG. 9A ). Also figure
When the system is held at the position of the point A in FIG. 8B and two input lights p 3 and p 4 enter this system, the output light p 2 becomes as shown in FIG. 9B . That is, an AND operation is possible. Also,
When the system is held at the position of the point A in FIG. 8C , and two input lights p 5 and p 6 are incident on this system, the output light p 2 becomes FIG. 9C.
become that way. That is, an OR operation is possible. As described above, the optical logic element 1 can perform a logical operation such as memory, AND, or OR by adjusting the injected current.
【０００４】また、一般に半導体レーザの出力光ｐ
2は，図１０に示すように、この半導体素子に対して水
平方向のＴＥ波と垂直方向のＴＭ波の２つがある。この
２つの光はお互いに競合しあうので、ＴＥ波が出力され
るとＴＭ波が抑制され、逆にＴＭ波が出力されるとＴＥ
波が抑制されるという特徴があり、この偏波間のモード
競合は光強度一定のままで行われるので、注入電流が光
出力に変換される必要がなく、したがって、デバイス内
部のキャリア寿命に動作速度が律速されることがない。In general, the output light p of a semiconductor laser
As shown in FIG. 10 , there are two TE waves in the horizontal direction and TM waves in the vertical direction with respect to this semiconductor element. Since these two lights compete with each other, when the TE wave is output, the TM wave is suppressed, and when the TM wave is output, the TE wave is output.
The wave is suppressed, and the mode competition between the polarizations is performed at a constant light intensity, so that the injection current does not need to be converted to the optical output, and therefore, the operating speed is reduced by the carrier lifetime inside the device. Is not limited.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光論理素子１には、出力光ｐ2のオン／オフの動作速度
がデバイス内部のキャリア寿命に律速されてしまうこ
と、また、メモリのリセットを光信号で行うことができ
ず、電気パルスで行わなければならないこと、等の欠点
があり、また、ＮＯＴ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲというような
負論理の演算を行なうことが不可能であるという問題点
もある。また、従来の光論理素子１に用いられる半導体
レーザにおいては、端面における反射率や導波路でのゲ
インはＴＥ波の方がＴＭ波に比べて大きく、したがっ
て、ＴＭ波によるレーザ発振が起こりにくいという問題
点があった。[SUMMARY OF THE INVENTION However, the conventional optical logic element 1, that the operation speed of the ON / OFF output light p 2 from being limited by the carrier lifetime of the internal device, also, the resetting of the memory It has drawbacks that it cannot be performed by an optical signal and must be performed by an electric pulse, and also has a problem that it is impossible to perform a negative logic operation such as NOT, NAND, and NOR. is there. Further, in the semiconductor laser used in the conventional optical logic device 1, the reflectivity at the end face and the gain at the waveguide are larger in the TE wave than in the TM wave, and therefore, laser oscillation due to the TM wave is less likely to occur. There was a problem.
【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、動作速度がキャリア寿命に律速されないＴＥ
モードとＴＭモード間のモード競合を利用し、メモリの
リセットも光信号で行うことができ、かつ負論理を容易
に得ることができる偏波利用光半導体素子を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above circumstances.
It is an object of the present invention to provide a polarization-based optical semiconductor device that can reset a memory by an optical signal by utilizing mode competition between a mode and a TM mode and can easily obtain negative logic.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な偏波利用光半導体素子を採用し
た。すなわち、請求項１記載の偏波利用光半導体素子
は、ＴＥ偏波の光入力はクロス、ＴＭ偏波の光入力はバ
ー及びクロスに光を出力する２×２の方向性結合器と、
該方向性結合器の４つのポートに設けられ、光信号を増
幅する半導体光増幅器と、前記方向性結合器の一方の対
角線上にある２つのポートに設けられ、該方向性結合器
から来るＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方の光信号の一部ま
たは全部を反射する反射器と、前記方向性結合器の他方
の対角線上にある２つのポートに設けられ、該方向性結
合器から来るＴＭ偏波の光信号の一部または全部を反射
する反射器と、を具備してなることを特徴としている。In order to solve the above problems, the present invention employs the following optical semiconductor device utilizing polarization. That is, the polarization utilizing optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical input of the TE polarization cross the light input of the TM polarization Bas
A 2 × 2 directional coupler that outputs light to a light and a cross ,
A semiconductor optical amplifier provided at four ports of the directional coupler for amplifying an optical signal, and one pair of the directional coupler;
The directional coupler is provided at two ports on a square line,
A reflector that reflects a part or all of an optical signal of both TE polarization and TM polarization coming from the other of the directional coupler
Are provided at two ports on the diagonal lines of
Reflects part or all of the TM polarized optical signal coming from the combiner
And a reflector that performs the following operations.
【０００８】また、請求項２記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項１記載の偏波利用光半導体素子において、
前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を印加する
ための電極を１つ以上設けてなることを特徴としてい
る。Further, the polarization-use optical semiconductor device according to the second aspect is the polarization-use optical semiconductor device according to the first aspect,
It is characterized in that the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting current or applying voltage.
【０００９】また、請求項３記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項１または２記載の偏波利用光半導体素子に
おいて、前記半導体光増幅器は、波長可変の半導体光増
幅器であることを特徴としている。A third aspect of the present invention is a polarization-use optical semiconductor device according to the first or second aspect, wherein the semiconductor optical amplifier is a tunable semiconductor optical amplifier. And
【００１０】また、請求項４記載の偏波利用光半導体素
子は、請求項１または２記載の偏波利用光半導体素子に
おいて、前記方向性結合器の４つのポートそれぞれに可
変波長フイルタを設けてなることを特徴としている。[0010] The polarization-use optical semiconductor device according to claim 4 is the polarization-use optical semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein each of the four ports of the directional coupler is variable. It is characterized in that a wavelength filter is provided.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の請求項１記載の偏波利用光半導体素子
では、２×２の方向性結合器により、ＴＥ偏波の光入力
はクロス、ＴＭ偏波の光入力はバー及びクロスに光を出
力することにより、一つ以上の入力光に対する論理演算
を行うように出力光の偏波面を切り替え、ＮＯＴ、ＮＡ
ＮＤ、ＮＯＲというような負論理の光論理演算を行う。In the optical semiconductor device utilizing polarization according to the first aspect of the present invention, the optical input of the TE polarized light is crossed, and the optical input of the TM polarized light is transmitted to the bar and the cross by the 2 × 2 directional coupler. Out
By force, it switches the polarization plane of output light to perform a logical operation on one or more input light, NOT, NA
Negative logic optical logic operations such as ND and NOR are performed.
【００１２】また、請求項２記載の偏波利用光半導体素
子では、前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を
印加するための電極を１つ以上設けることにより、該方
向性結合器の光結合部にこの電極を通して電流を注入ま
たは電圧を印加し、光の行路を変更する。Further, in the polarization-use optical semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting a current or applying a voltage. A current is injected or a voltage is applied to the optical coupling portion through this electrode to change the optical path.
【００１３】また、請求項３記載の偏波利用光半導体素
子では、前記半導体光増幅器を波長可変の半導体光増幅
器とすることにより、ＴＥ波及びＴＭ波各々の波長を互
いに異なる波長に調整し、光入出力間の波長を変換す
る。Further, in the polarization-use optical semiconductor device according to the third aspect, the semiconductor optical amplifier is a wavelength-variable semiconductor optical amplifier, so that the wavelengths of the TE wave and the TM wave are adjusted to different wavelengths, Converts the wavelength between optical input and output.
【００１４】また、請求項４記載の偏波利用光半導体素
子では、前記方向性結合器の４つのポートそれぞれに可
変波長フイルタを設けることにより、ＴＥ波及びＴＭ波
各々の波長を互いに異なる波長に調整し、光入出力間の
波長を変換する。In the polarization-use optical semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, a variable wavelength filter is provided for each of the four ports of the directional coupler, so that the wavelength of each of the TE wave and the TM wave is provided. Are adjusted to different wavelengths, and the wavelength between optical input and output is converted.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の偏波利用光半導
体素子（以下、単に光半導体素子と略称する）１１を示
す構成図である。図において、１２はＴＥ偏波の光入力
はクロス、ＴＭ偏波の光入力はバー及びクロスに光を出
力する２×２の方向性結合器、２１〜２４は該方向性結
合器１２の４つのポートにそれぞれ光学的に接合された
半導体光増幅器、３１〜３４は半導体光増幅器２１〜２
４それぞれに光学的に接合され、前記方向性結合器１２
から来る光信号の一部または全部を反射する全反射ミラ
ー（反射器）である。これらの全反射ミラー３１〜３４
はハーフミラーであってもよく、これら全反射ミラー３
１〜３４により系は共振器となる。Embodiments of the present invention will be described below. (Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a polarization-use optical semiconductor device (hereinafter simply referred to as an optical semiconductor device) 11 according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes a 2 × 2 directional coupler which outputs light to a cross and an input of TM polarization to a bar and a cross, respectively. Semiconductor optical amplifiers 31 to 34 optically connected to the two ports, respectively, are semiconductor optical amplifiers 21 to 2
4 are optically joined to each other, and the directional coupler 12
Is a total reflection mirror (reflector) that reflects a part or all of the optical signal coming from the light source. These total reflection mirrors 31 to 34
May be a half mirror.
The system becomes a resonator by 1 to 34.
【００１６】次に、この光半導体素子１１の動作につい
て説明する。ここでは、該光半導体素子１１に半導体光
増幅器２１側から入力光ｐ11を入射させた場合について
説明する。ここで、半導体光増幅器２１に充分な電流を
注入して光を出力させると、入力光ｐ11のうちＴＥ波４
１は方向性結合器をクロスに伝搬する間に増幅され、つ
いには発振に至り出力光ｐ12として出力される。このＴ
Ｅ波４１に対し、ＴＭ波４２は結合長が異なるためにク
ロスとならず、方向性結合器１２をバー及びクロスに伝
搬する。Next, the operation of the optical semiconductor device 11 will be described. Here, the case where is incident input light p 11 from the semiconductor optical amplifier 21 side to the optical semiconductor element 11. Here, when the output light by injecting a sufficient current to the semiconductor optical amplifier 21, TE wave of the input optical p 11 4
1 is amplified while propagating a directional coupler to the cross, finally is output as output light p 12 reaches the oscillation. This T
Since the TM wave 42 has a different coupling length from the E wave 41, the TM wave 42 does not cross, but propagates through the directional coupler 12 to the bar and the cross.
【００１７】半導体光増幅器２１のゲインやミラーにお
ける反射率はＴＭ波４２の方がＴＥ波４１に比べて小さ
く、そのためにＴＭ波４２の発振がなかなか起こらない
傾向にあるが、ＴＭ波４２のゲインを半導体光増幅器２
２，２３で増幅させることにより、ＴＭ波４２を発振さ
せるように調節することができる。この場合、モード競
合は半導体光増幅器２１，２４で起こり、したがって、
図２に示すような光論理素子を得ることができる。The gain of the semiconductor optical amplifier 21 and the reflectivity of the mirror are smaller in the TM wave 42 than in the TE wave 41. Therefore, the oscillation of the TM wave 42 tends to hardly occur. To the semiconductor optical amplifier 2
By amplifying the signals at 2 and 23, it is possible to adjust so as to oscillate the TM wave 42. In this case, mode competition occurs in the semiconductor optical amplifiers 21 and 24, and therefore,
An optical logic element as shown in FIG. 2 can be obtained.
【００１８】例えば、図２（ａ）の点Ａの位置に系を保
持し、この系にパルス状のＴＥ入力光ｐ13を入射する
と、ＴＥ出力光は点Ｂとなり、この状態が保持される。
すなわちメモリ動作が可能である。ここでは、ＴＥ入力
光とＴＭ入力光は互いに競合しあうため、リセットには
ＴＭ入力光を用いればよい（図３（ａ）参照）。また、
図２（ｂ）の点Ａの位置に系を保持し、この系に２つの
ＴＥ入力光ｐ14，ｐ15を入射すると、ＴＥ出力光は図３
（ｂ）のようになる。すなわちＡＮＤ動作が可能であ
る。この時、ＴＭ出力光はＮＡＮＤとなる。また、図２
（ｃ）の位置に系を保持し、この系に２つのＴＥ入力光
ｐ16，ｐ17を入射すると、ＴＥ出力光は図３（ｃ）のよ
うになる。すなわちＯＲ動作が可能である。この時、Ｔ
Ｍ出力光はＮＯＲ動作となる。但し、ＴＥ入力光が単一
入力の時にはＮＯＴ動作となる。[0018] For example, holding the system in the position of the point A in FIG. 2 (a), when entering the pulsed TE input light p 13 in this system, TE output light becomes point B, this state is held .
That is, a memory operation is possible. Here, since the TE input light and the TM input light compete with each other, the TM input light may be used for resetting (see FIG. 3A). Also,
When the system is held at the position of the point A in FIG. 2B and two TE input lights p 14 and p 15 are incident on this system, the TE output light becomes
(B). That is, an AND operation is possible. At this time, the TM output light becomes NAND. FIG.
When the system is held at the position (c) and two TE input lights p 16 and p 17 are incident on the system, the TE output light becomes as shown in FIG. That is, an OR operation is possible. At this time, T
The M output light performs a NOR operation. However, when the TE input light is a single input, the NOT operation is performed.
【００１９】以上説明したように、実施例１の光半導体
素子１１によれば、ＴＥ偏波の光入力はクロス、ＴＭ偏
波の光入力はバー及びクロスに光を出力する２×２の方
向性結合器１２と、該方向性結合器１２の４つのポート
にそれぞれ光学的に接合された半導体光増幅器２１〜２
４と、これら半導体光増幅器２１〜２４それぞれに光学
的に接合され、前記方向性結合器１２から来る光信号の
一部または全部を反射する全反射ミラー３１〜３４とか
ら構成することとしたので、一つ以上の入力光に対する
論理演算を行うように出力光の偏波面を切り替えること
ができ、したがって、ＮＯＴ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲという
ような負論理の光論理演算を行うことができる。As described above, according to the optical semiconductor device 11 of the first embodiment, the light input of the TE polarization is the cross, and the light input of the TM polarization is the 2 × 2 direction for outputting the light to the bar and the cross. Couplers 12 and semiconductor optical amplifiers 21 to 2 optically connected to four ports of the directional coupler 12, respectively.
4 and total reflection mirrors 31 to 34 which are optically joined to the respective semiconductor optical amplifiers 21 to 24 and reflect a part or all of the optical signal coming from the directional coupler 12. The polarization plane of the output light can be switched so as to perform a logical operation on one or more input lights, and therefore, a negative logical optical logical operation such as NOT, NAND, or NOR can be performed.
【００２０】なお、半導体光増幅器２１，２４のうちの
いずれか、または半導体光増幅器２２，２３のうちのい
ずれかを省略することも可能である。さらに、全反射ミ
ラー３１〜３４（またはハーフミラー）は、半導体光増
幅器２１〜２４の方向性結合器１２から遠い側に高反射
コーテイングを施すことで省略することができる。It is also possible to omit one of the semiconductor optical amplifiers 21 and 24 or one of the semiconductor optical amplifiers 22 and 23. Further, the total reflection mirrors 31 to 34 (or half mirrors) can be omitted by applying high reflection coating on the side of the semiconductor optical amplifiers 21 to 24 far from the directional coupler 12.
【００２１】[0021]
【００２２】（実施例２）図４ は本発明の実施例２の光半導体素子５１を示す構成
図である。この光半導体素子５１は、上述した実施例１
の光半導体素子１１の方向性結合器１２に電極５２，５
３を付与したものであり、上述した光半導体素子１１と
同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略
する。(Embodiment 2) FIG. 4 is a structural view showing an optical semiconductor device 51 according to Embodiment 2 of the present invention. This optical semiconductor element 51 is the same as that of the first embodiment described above.
Electrodes 52 and 5 are connected to the directional coupler 12 of the optical semiconductor element 11
3, the same components as those of the optical semiconductor element 11 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【００２３】次に、この光半導体素子５１の動作につい
て説明する。ここでは、該光半導体素子５１に半導体光
増幅器２１側から入力光ｐ11を入射させた場合について
説明する。ここで、半導体光増幅器２１に充分な電流を
注入して光を出力させると、入力光ｐ11のうちＴＥ波４
１は方向性結合器をクロスに伝搬する間に増幅され、つ
いには発振に至り出力光ｐ12として出力される。このＴ
Ｅ波４１に対し、ＴＭ波４２は結合長が異なるためにク
ロスとならず、方向性結合器１２をバー及びクロスに伝
搬する。方向性結合器１２の特性は、電極５２，５３を
介して注入される電流や印加される電圧を通して調整す
ることができる。さらに、方向性結合器１２を適切に調
整するために、電極５２，５３の数を増やしたり（例え
ば４つにする）あるいは一方を省略したりすることも可
能である。Next, the operation of the optical semiconductor device 51 will be described. Here, the case where is incident input light p 11 from the semiconductor optical amplifier 21 side to the optical semiconductor element 51. Here, when the output light by injecting a sufficient current to the semiconductor optical amplifier 21, TE wave of the input optical p 11 4
1 is amplified while propagating a directional coupler to the cross, finally is output as output light p 12 reaches the oscillation. This T
Since the TM wave 42 has a different coupling length from the E wave 41, the TM wave 42 does not cross, but propagates through the directional coupler 12 to the bar and the cross. The characteristics of the directional coupler 12 can be adjusted through the current injected through the electrodes 52 and 53 and the applied voltage. Further, in order to appropriately adjust the directional coupler 12, the number of the electrodes 52 and 53 can be increased (for example, four) or one of them can be omitted.
【００２４】該光半導体素子５１においても、ＴＭ波４
２のゲインを半導体光増幅器２２，２３で増幅させるこ
とにより、ＴＭ波４２を発振させるように調節すること
ができる。この場合、モード競合は半導体光増幅器２
１，２４で起こり、したがって、上記実施例１の光半導
体素子１１と同様な動作を行う光論理素子を得ることが
できる。In the optical semiconductor element 51, the TM wave 4
By amplifying the gain of 2 by the semiconductor optical amplifiers 22 and 23, it is possible to adjust so that the TM wave 42 is oscillated. In this case, the mode competition is caused by the semiconductor optical amplifier 2
Thus, an optical logic element that occurs in the first and second embodiments and performs the same operation as the optical semiconductor element 11 of the first embodiment can be obtained.
【００２５】例えば、図２（ａ）の点Ａの位置に系を保
持し、この系にパルス状のＴＥ入力光ｐ13を入射する
と、ＴＥ出力光は点Ｂとなり、この状態が保持され、メ
モリ動作が可能である。ここでは、ＴＥ入力光とＴＭ入
力光は互いに競合しあうため、リセットにはＴＭ入力光
を用いればよい（図３（ａ）参照）。また、図２（ｂ）
の点Ａの位置に系を保持し、この系に２つのＴＥ入力光
ｐ14，ｐ15を入射すると、ＴＥ出力光は図３（ｂ）のよ
うになりＡＮＤ動作が可能である。この時、ＴＭ出力光
はＮＡＮＤとなる。また、図２（ｃ）の位置に系を保持
し、この系に２つのＴＥ入力光ｐ16，ｐ17を入射する
と、ＴＥ出力光は図３（ｃ）のようになりＯＲ動作が可
能である。この時、ＴＭ出力光はＮＯＲ動作となる。ま
た、ＴＥ入力光が単一入力の時にはＮＯＴ動作となる点
も上記実施例１の光半導体素子１１と同様である。[0025] For example, holding the system in the position of the point A in FIG. 2 (a), when entering the pulsed TE input light p 13 in this system, TE output light becomes point B, this state is held, Memory operation is possible. Here, since the TE input light and the TM input light compete with each other, the TM input light may be used for resetting (see FIG. 3A). FIG. 2 (b)
When the system is held at the position of the point A, and two TE input lights p 14 and p 15 are incident on this system, the TE output light becomes as shown in FIG. 3B and the AND operation is possible. At this time, the TM output light becomes NAND. When the system is held at the position shown in FIG. 2C and two TE input lights p 16 and p 17 are incident on the system, the TE output light becomes as shown in FIG. 3C and an OR operation is possible. is there. At this time, the TM output light performs a NOR operation. Further, the point that the NOT operation is performed when the TE input light is a single input is similar to the optical semiconductor element 11 of the first embodiment.
【００２６】以上説明したように、実施例２の光半導体
素子５１においても、上記実施例１の光半導体素子１１
と同様に、一つ以上の入力光に対する論理演算を行うよ
うに出力光の偏波面を切り替えることができ、したがっ
て、負論理の光論理演算を行うことができる。As described above, also in the optical semiconductor device 51 of the second embodiment, the optical semiconductor device 11 of the first embodiment is used.
Similarly to the above, the polarization plane of the output light can be switched so as to perform a logical operation on one or more input lights, and thus a negative logical optical logical operation can be performed.
【００２７】[0027]
【００２８】（実施例３）図５ は本発明の実施例３の光半導体素子６１を示す構成
図である。この光半導体素子６１は、上述した実施例１
の光半導体素子１１の半導体光増幅器２１〜２４を波長
可変の半導体光増幅器６２〜６５に替えたものであり、
この光半導体素子６１においても、上記実施例１の光半
導体素子１１と同様に、一つ以上の入力光に対する論理
演算を行うように出力光の偏波面を切り替えることがで
き、したがって、負論理の光論理演算を行うことができ
る。(Embodiment 3) FIG. 5 is a structural view showing an optical semiconductor device 61 according to Embodiment 3 of the present invention. This optical semiconductor element 61 is the same as that of the first embodiment described above.
In which the semiconductor optical amplifiers 21 to 24 of the optical semiconductor element 11 are replaced with wavelength-variable semiconductor optical amplifiers 62 to 65,
In the optical semiconductor element 61, similarly to the optical semiconductor element 11 of the first embodiment, the polarization plane of the output light can be switched so as to perform a logical operation on one or more input lights. Optical logic operation can be performed.
【００２９】しかも、波長可変の半導体光増幅器６２〜
６５を用いたことにより、これらの波長を調整すること
で、ＴＥ波とＴＭ波の波長を等しくまたは異なるように
調整することができ、最適な条件に合わせることができ
る。In addition, the wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62 to
By using 65, by adjusting these wavelengths, the wavelengths of the TE wave and the TM wave can be adjusted so as to be equal or different, and the optimum conditions can be met.
【００３０】また、波長可変の半導体光増幅器６２〜６
５によりＴＥ波とＴＭ波の波長を調整することで、上記
の光半導体素子６１は波長変換素子として利用すること
ができる。例えば、図３の（ｂ）及び（ｃ）から明らか
なように、上記の光半導体素子６１は１つまたは複数の
ＴＥ光入力から、ＴＭ光出力を得ることができる。ま
た、ＴＥ波とＴＭ波を異なる波長に調整することで、光
入出力間の波長を変換することができる。なお、波長可
変の半導体光増幅器６２〜６５を、半導体光増幅器２１
〜２４と波長可変フィルタにより光学的に結合した構成
に替えても同様の効果を奏することができる。The wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62 to 6
By adjusting the wavelengths of the TE wave and the TM wave according to 5, the optical semiconductor element 61 can be used as a wavelength conversion element. For example, as is clear from FIGS. 3B and 3C, the optical semiconductor device 61 can obtain a TM light output from one or a plurality of TE light inputs. Further, by adjusting the TE wave and the TM wave to different wavelengths, the wavelength between the optical input and output can be converted. Note that the wavelength tunable semiconductor optical amplifiers 62 to 65 are
The same effect can be obtained even if the configuration is changed to a configuration optically coupled to ２４24 and a wavelength tunable filter.
【００３１】[0031]
【００３２】（実施例４）図６ は本発明の実施例４の光半導体素子７１を示す構成
図である。この光半導体素子６１は、上述した実施例１
の光半導体素子１１の半導体光増幅器２１（２２）と全
反射ミラー３１（３２）との間に可変波長フイルタ７２
（７３）を、また、半導体光増幅器２３（２４）と全反
射ミラー３３（３４）との間に可変波長フイルタ７４
（７５）をそれぞれ設けたものであり、この光半導体素
子７１においても、上記実施例１の光半導体素子１１と
同様に、一つ以上の入力光に対する論理演算を行うよう
に出力光の偏波面を切り替えることができ、したがっ
て、負論理の光論理演算を行うことができる。(Embodiment 4) FIG. 6 is a structural view showing an optical semiconductor device 71 according to Embodiment 4 of the present invention. This optical semiconductor element 61 is the same as that of the first embodiment described above.
The variable wavelength filter 72 is provided between the semiconductor optical amplifier 21 (22) of the optical semiconductor element 11 and the total reflection mirror 31 (32).
(73), and a variable wavelength filter 74 between the semiconductor optical amplifier 23 (24) and the total reflection mirror 33 (34).
(75), and in this optical semiconductor element 71, similarly to the optical semiconductor element 11 of the first embodiment, the polarization plane of the output light is set to perform a logical operation on one or more input lights. Can be switched, so that a negative logic optical logic operation can be performed.
【００３３】しかも、波長可変フイルタ７２〜７５それ
ぞれの波長を調整することによりＴＥ波とＴＭ波の波長
を等しくまたは異なるように調整することで最適な条件
に合わせることができる。また、波長可変フイルタ７２
〜７５によりＴＥ波とＴＭ波の波長を調整することで、
上記の光半導体素子７１は波長変換素子として利用する
ことができる。例えば、図３の（ｂ）及び（ｃ）から明
らかなように、上記の光半導体素子７１は１つまたは複
数のＴＥ光入力から、ＴＭ光出力を得ることができる。
また、ＴＥ波とＴＭ波を異なる波長に調整することで、
光入出力間の波長を変換することができる。なお、可変
波長フイルタ７２，７５のうちのいずれか、また、可変
波長フイルタ７３，７４のうちのいずれかを省略するこ
とも可能である。In addition, by adjusting the wavelengths of the variable wavelength filters 72 to 75 to adjust the wavelengths of the TE wave and the TM wave to be equal or different, it is possible to adjust to the optimum conditions. Also, the wavelength variable filter 72
By adjusting the wavelength of TE wave and TM wave by ~ 75,
The above optical semiconductor element 71 can be used as a wavelength conversion element. For example, as is apparent from FIGS. 3B and 3C, the optical semiconductor element 71 can obtain a TM light output from one or a plurality of TE light inputs.
Also, by adjusting the TE and TM waves to different wavelengths,
The wavelength between light input and output can be converted. Note that it is also possible to omit any one of the variable wavelength filters 72 and 75 and one of the variable wavelength filters 73 and 74.
【００３４】[0034]
【００３５】また、上記各実施例では、入力をＴＥ波、
出力をＴＥ／ＴＭ波としたが、逆に入力をＴＭ波とし、
出力をＴＭ／ＴＥ波とすることも可能である。In each of the above embodiments, the input is a TE wave,
The output is a TE / TM wave, but the input is a TM wave.
The output can be a TM / TE wave.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の偏波利用光半導体素子によれば、ＴＥ偏波の光入
力はクロス、ＴＭ偏波の光入力はバー及びクロスに光を
出力する２×２の方向性結合器と、該方向性結合器の４
つのポートに設けられ、光信号を増幅する半導体光増幅
器と、前記方向性結合器の一方の対角線上にある２つの
ポートに設けられ、該方向性結合器から来るＴＥ偏波及
びＴＭ偏波の双方の光信号の一部または全部を反射する
反射器と、前記方向性結合器の他方の対角線上にある２
つのポートに設けられ、該方向性結合器から来るＴＭ偏
波の光信号の一部または全部を反射する反射器とを具備
したので、一つ以上の入力光に対する論理演算を行うよ
うに出力光の偏波面を切り替えることができ、ＮＯＴ、
ＮＡＮＤ、ＮＯＲというような負論理の光論理演算を行
うことができる。As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the described polarization-utilizing optical semiconductor device, the optical input of the TE polarization crosses the light, and the optical input of the TM polarization crosses the bar and the cross.
2 × 2 directional coupler to output , and 4 of the directional coupler
And a semiconductor optical amplifier for amplifying an optical signal, and two diagonal lines on one diagonal of the directional coupler .
At the port, the TE polarization coming from the directional coupler
And a reflector that reflects a part or all of the optical signal of both the T-polarization and the TM-polarization , and a reflector on the other diagonal of the directional coupler.
And the TM polarization coming from the directional coupler
And a reflector that reflects part or all of the optical signal of the wave, so that the polarization plane of the output light can be switched to perform a logical operation on one or more input lights,
Negative logic optical logic operations such as NAND and NOR can be performed.
【００３７】また、請求項２記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記方向性結合器に電流を注入または電圧
を印加するための電極を１つ以上設けたので、該方向性
結合器の光結合部にこの電極を通して電流を注入または
電圧を印加することができ、したがって、光の行路を変
更することができる。According to the polarized light utilizing optical semiconductor device of the present invention, one or more electrodes are provided for injecting a current or applying a voltage to the directional coupler. A current can be injected or a voltage can be applied to this optical coupling portion through this electrode, and thus the optical path can be changed.
【００３８】また、請求項３記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記半導体光増幅器を波長可変の半導体光
増幅器としたので、ＴＥ波及びＴＭ波各々の波長を互い
に異なる波長に調整することができ、光入出力間の波長
を変換することができる。According to the third aspect of the present invention, since the semiconductor optical amplifier is a tunable semiconductor optical amplifier, the wavelengths of the TE wave and the TM wave are adjusted to different wavelengths. And the wavelength between optical input and output can be converted.
【００３９】また、請求項４記載の偏波利用光半導体素
子によれば、前記方向性結合器の４つのポートそれぞれ
に可変波長フイルタを設けたので、ＴＥ波及びＴＭ波各
々の波長を互いに異なる波長に調整することができ、し
たがって、光入出力間の波長を変換することができる。Further, according to the polarization-use optical semiconductor device of the fourth aspect, each of the four ports of the directional coupler is provided.
Variable since the wavelength filter provided, it is possible to adjust the wavelength of each TE wave and TM wave in the different wavelengths, therefore, it is possible to convert the wavelength between the optical input and output.
【００４０】以上により、動作速度がキャリア寿命に律
速されない偏波間のモード競合を利用し、メモリのリセ
ットも光信号で行うことができ、かつ負論理を容易に得
ることができる偏波利用光半導体素子を実現することが
できる。また、ＴＥ波とＴＭ波の波長を調整すること
で、光入出力間で波長を変換することが可能な偏波利用
光半導体素子を実現することができる。As described above, a polarization-based optical semiconductor that can use a mode competition between polarizations whose operation speed is not limited by the carrier lifetime, can reset a memory by an optical signal, and can easily obtain negative logic. An element can be realized. In addition, by adjusting the wavelengths of the TE wave and the TM wave, it is possible to realize a polarization-based optical semiconductor device capable of converting the wavelength between optical input and output.
【図１】 本発明の実施例１の偏波利用光半導体素子を
示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a polarization-use optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１の偏波利用光半導体素子の
特性を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics of the polarization-use optical semiconductor device of Example 1 of the present invention.
【図３】 本発明の実施例１の偏波利用光半導体素子の
特性を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating characteristics of the polarization-use optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施例２の偏波利用光半導体素子を
示す構成図である。 FIG. 4 shows an optical semiconductor device utilizing polarization according to a second embodiment of the present invention .
FIG.
【図５】 本発明の実施例３の偏波利用光半導体素子を
示す構成図である。 FIG. 5 shows an optical semiconductor device utilizing polarization according to a third embodiment of the present invention .
FIG.
【図６】 本発明の実施例４の偏波利用光半導体素子を
示す構成図である。 FIG. 6 shows an optical semiconductor device utilizing polarization according to a fourth embodiment of the present invention .
FIG.
【図７】 従来の光論理素子を示す構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional optical logic element.
【図８】 従来の光論理素子の特性を示す説明図であ
る。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing characteristics of a conventional optical logic element.
You.
【図９】 従来の光論理素子の特性を示す説明図であ
る。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing characteristics of a conventional optical logic element.
You.
【図１０】 従来の半導体レーザを示す構成図である。 FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional semiconductor laser.
１１ 偏波利用光半導体素子 １２ 方向性結合器 ２１〜２４ 半導体光増幅器 ３１〜３４ 全反射ミラー（反射器） ５１ 光半導体素子 ５２，５３ 電極 ６１ 光半導体素子 ６２〜６５ 波長可変の半導体光増幅器 ７１ 光半導体素子 ７２〜７５ 可変波長フイルタ ４１ ＴＥ波 ４２ ＴＭ波 ｐ11 入力光 ｐ12 出力光 ｐ13 ＴＥ入力光 ｐ14 ＴＥ入力光 ｐ15 ＴＥ入力光 ｐ16 ＴＥ入力光 ｐ17 ＴＥ入力光Reference Signs List 11 optical semiconductor device utilizing polarization 12 directional coupler 21-24 semiconductor optical amplifier 31-34 total reflection mirror (reflector) 51 optical semiconductor device 52, 53 electrode 61 optical semiconductor device 62-65 tunable semiconductor optical amplifier 71 an optical semiconductor element 72-75 tunable wavelength filter 41 TE wave 42 TM wave p 11 input light p 12 output light p 13 TE input light p 14 TE input light p 15 TE input light p 16 TE input light p 17 TE input light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏ ｌ．92，Ｎｏ．163（1992）ｐ．ｐ．21 −28 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．58，Ｎｏ．20（1991）ｐ．ｐ．2214 −2216 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．51，Ｎｏ．６（1987）ｐ．ｐ．392 −394 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．27，Ｎｏ．３，389−395 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/015 G02F 3/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References IEICE Technical Report Vol. 92, No. 163 (1992) p. p. 21-28 Appl. Phys. Lett. Vol. 58, No. 20 (1991) p. p. 2214-2216 Appl. Phys. Lett. Vol. 51, No. 6 (1987) p. p. 392-394 IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, No. 3,389-395 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/015 G02F 3/00 JICST file (JOIS)
Claims (4)
光入力はバー及びクロスに光を出力する２×２の方向性
結合器と、 該方向性結合器の４つのポートに設けられ、光信号を増
幅する半導体光増幅器と、 前記方向性結合器の一方の対角線上にある２つのポート
に設けられ、該方向性結合器から来るＴＥ偏波及びＴＭ
偏波の双方の光信号の一部または全部を反射する反射器
と、 前記方向性結合器の他方の対角線上にある２つのポート
に設けられ、該方向性結合器から来るＴＭ偏波の光信号
の一部または全部を反射する反射器と、 を具備してなることを特徴とする偏波利用光半導体素
子。1. A 2 × 2 direction in which light input of TE polarization is cross and light input of TM polarization is light output to a bar and a cross.
A coupler ; a semiconductor optical amplifier provided at four ports of the directional coupler for amplifying an optical signal ; and two ports on one diagonal line of the directional coupler.
And the TE polarization and TM coming from the directional coupler.
A reflector for reflecting a part or all of the polarization both of the optical signal, the two ports on the other diagonal line of the directional coupler
And a TM-polarized optical signal coming from the directional coupler.
And a reflector that reflects a part or the whole of the optical semiconductor device.
おいて、 前記方向性結合器に、電流を注入または電圧を印加する
ための電極を１つ以上設けてなることを特徴とする偏波
利用光半導体素子。2. The polarized optical semiconductor device according to claim 1, wherein the directional coupler is provided with one or more electrodes for injecting current or applying voltage. Use optical semiconductor elements.
体素子において、 前記半導体光増幅器は、波長可変の半導体光増幅器であ
ることを特徴とする偏波利用光半導体素子。3. The polarization-use optical semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor optical amplifier is a wavelength-variable semiconductor optical amplifier.
体素子において、 前記方向性結合器の４つのポートそれぞれに可変波長フ
イルタを設けてなることを特徴とする偏波利用光半導体
素子。4. The polarization-use optical semiconductor device according to claim 1, wherein a tunable wavelength filter is provided for each of the four ports of the directional coupler.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP09986193A JP3268538B2 (en) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | Optical semiconductor device using polarization |
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| JPH06308560A JPH06308560A (en) | 1994-11-04 |
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|---|---|---|---|---|
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1993
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Non-Patent Citations (4)
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| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．６（１９８７）ｐ．ｐ．３９２−３９４ |
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．２０（１９９１）ｐ．ｐ．２２１４−２２１６ |
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．３，３８９−３９５ |
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．９２，Ｎｏ．１６３（１９９２）ｐ．ｐ．２１−２８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH06308560A (en) | 1994-11-04 |
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|---|---|---|---|
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