JP4271239B2 - レーザ誘導光配線装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるレーザ誘導光配線装置の概略構成を示す断面構成図であり、本発明の光配線に必要な要素を抜き出した形で示してある。また、図1の実施形態の斜視図を、図2に示す。ここでは、具体的な構成材料の例としてGaInAsP/InP系材料を用いて説明していくが、これは前述のように他の材料でも構わず、例えばGaAlAs/GaAs,Si,SiGe/Si等の材料を用いても構わない。
2ln{1/(CaCb)}
=(gaLa+gbLb−αaLa−αbLb−αtLt)…(1)
となる。
ga(IFa)La+gb(IFb)Lb
=αaLa+αbLb+αtLt−2ln(CaCb) …(2)
が成立すればよい。ここで、IFa,IFbは、それぞれ光利得部18a,18bの励起電流を表している。
I=I0[exp{(V−IRs)e/nkT} …(3)
と表せる。ここで、Rsは16,14,12,11,17からなるpn接合ダイオードの内部抵抗、I0は飽和電流、nはダイオード定数、kはボルツマン定数、eは電子電荷、Tは絶対温度である。これを電圧について逆算すると以下の(4)式のようになる。
半導体レーザは、レーザ発振すると活性層電圧(接合電位)がしきい電圧で固定されるため、しきい値以上の電圧は以下の(5)式のようになる。
この場合、第1項は電流に対して定数となる。ここで、光利得部18a,18bの間の光結合だけを変化してレーザ発振状態と非発振状態を切り替えるとすると、上述したV1,V2でI1=I2=Ibと置き換え、V2とV1の差分をΔVとして以下の(6)式が得られる。
このΔVは、図4のVoffとVonの差(Voff−Von)に等しく、半導体レーザ素子で電流注入を一定にしてレーザ発振と非発振を切替えることができたとすると、その素子電圧が変化するということを意味している。また、逆に、素子バイアス電圧を一定に保つと、素子に流れる電流値が変化するということにもなる。
図5に、図1〜図3で示したレーザ誘導光配線装置の周辺回路の例を示す。但し、前述した動作例のように、レーザ誘導光配線装置の動作方法は、本実施形態に限定されるものではなく、本実施形態はあくまで一例である。
図6は、本発明の第3の実施形態に係わるレーザ誘導光配線装置の概略構成を示す斜視図である。なお、図2と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
図9は、図7で示した放送型バスを用い、I/Oポートの数だけ放送型バスを空間的に並列配置した実施形態である。図9では、I/Oポート19が4つ(19a,19b,19c,19d)であり、同じ長さの4本の光導波路コア13(光導波路リング13a〜13d)を並列に配置している。また、各I/Oポート19a〜19dには各光導波路リング(ここではaリング〜dリングと記す)に対応した光送受ノードがそれぞれ4つ配置されており、各光導波路リングへの入出力端子となっている。各I/Oポート19a〜19dでは1つの光導波路リングを占有してデータの送信を行い、残りの光導波路リングは他のI/Oポートからのデータを受信するようになっている。
図10は、1つの光導波路リングに多数の光利得部を設けるのではなく、光利得部毎に次の光導波路リングを接続するように配置した実施形態である。光導波路リングは中間の光利得部を共有するように配置し、光導波路リングを連結する部分の光利得部は両方の光導波路リングに対して光利得を与えられるようにする。
図13は、図10の実施形態を変形し、各光導波路リング13が光学的に独立となるよう構成した実施形態である。図10の実施形態では、光利得部28を共有する光導波路リング13間に光結合が発生するため、1つの光導波路リング13が発振すると次の光導波路リング13の発振縦モード(発振波長)をロックしようとする。ところが、各光導波路リング13の光路長に差があると、発振縦モードが異なるためモード競合が起こってしまい、レーザ発振が不安定になったり、ビート発振を重畳してしまったりすることがある。
図15は、本発明の第7の実施形態に係わるレーザ誘導光配線装置の概略構成を示す断面構成図である。本実施形態は、光導波路として表面プラズモン導波路を用いたものであり、ここではレーザ活性層はSi基板の一部、光導波路としては金属薄膜を用いている。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば上述した本発明実施形態はいくつかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段(材料、寸法など)を用いても構わないものである。例えば、実施形態では、レーザ発振器を構成する光利得部自体で出力信号を検出するようにしたが、光導波路に近接して光導波路からの漏れ光を検出する光検出器を設け、この検出器で出力信号を検出するようにしても良い。さらに、光導波路は図1に示したようなスラブ型光導波路だけでなく、表面プラズモン導波路等を用いることもできる。これらの導波構造は、適用する場所や周辺条件などに応じて使い分ければよい。また、実施形態に示された材料、形状、配置などはあくまで一例であり、また、各実施形態を組み合わせて実施することも可能である。
12…活性層
13…光導波路
14…P型クラッド
15…半絶縁クラッド
16…p電極
17…n電極
18,28…光利得部(ノード)
19…I/Oポート
31…Si基板
32…SiO2 カバー
33…pウェル
34…nウェル
35…n電極
36…p電極
37…表面プラズモンガイド(金属薄膜)
Claims (3)
- 基板上にループ状光導波路からなるリング光共振器を設け、前記ループ状光導波路の途中に少なくとも1つの光利得部と1つの光スイッチを互いに離間して設け、前記光利得部を励起して前記リング光共振器と前記光利得部からなるレーザ発振器をレーザ発振可能にすると共に、入力信号により前記光スイッチを動作させて前記リング光共振器の光経路損失を切り替えることにより前記レーザ発振器のレーザ発振状態を発振と非発振とに切り替え、該レーザ発振状態の変化を前記光利得部の電圧又は電流の変化で検出して出力信号を得ることを特徴とするレーザ誘導光配線装置。
- 基板上にループ状光導波路からなるリング光共振器を設け、前記ループ状光導波路の途中に少なくとも2つの光利得部を互いに離間して設け、前記各光利得部を励起して前記リング光共振器と前記光利得部からなるレーザ発振器をレーザ発振可能にすると共に、入力信号により前記各光利得部の少なくとも1つを利得変化させて前記リング光共振器の光経路利得を切り替えることにより前記レーザ発振器のレーザ発振状態を発振と非発振とに切り替え、該レーザ発振状態の変化を前記各光利得部のうちの前記利得変化させたもの以外での電圧又は電流の変化で検出して出力信号を得ることを特徴とするレーザ誘導光配線装置。
- 前記各光利得部は、信号送信時は自らの利得を入力信号に応じて変化させて前記レーザ発振器のレーザ発振状態を変化させ、信号受信時は自らの励起を一定化してレーザ発振状態の変化に応じた励起キャリア消費の変化を出力信号として検出するものであり、前記各光利得部が送信部と受信部を兼ねて双方向伝送又は多点信号伝送を可能にすることを特徴とする請求項2記載のレーザ誘導光配線装置。
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