JPH02127627A - Etalon type optical bistable element - Google Patents
Etalon type optical bistable elementInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光情報処理、光交換システムに用いられる光層
安定素子に関し、特に信号光ゲート処理および光メモリ
保持動作の優れた機能を有するエタロン型光層安定素子
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical layer stabilizing element used in optical information processing and optical switching systems, and in particular to an etalon type device having excellent functions of signal light gating and optical memory holding operation. This invention relates to a light layer stabilizing element.
従来の代表的なエタロン型光層安定素子について、ギプ
スらのアプライド フィジックス レター４１ （Ｉ９
８２年）、第２２１頁（Ｇｊｂｂｓ ａｔ、 ａｌ、
Ａｐｐｌ。Regarding a typical conventional etalon type optical layer stabilizing element, Gipps et al., Applied Physics Letter 41 (I9
82), p. 221 (Gjbbs at, al.
Appl.
Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、、 ＮＱ４１ （１９８２）
ｐ、２２１）において論じられている。このエタロン型
光層安定素子の主な構成は、第７図に示すごとく、光非
線形媒質であるＧａＡｓ／ＧａＡＱＡｓよりなる膜厚が
４．１μｍの多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ（ＭＱＷ））半導体膜１、およ
び素子作製時にエツチングストップ層の役割を果たす膜
厚が０．２μ両のＧａＡＱＡｓ層２、そして誘電体より
なる多層の高反射膜３およびＧａＡｓ成長基板４により
構成されている。Phys, Lett, NQ41 (1982)
p. 221). As shown in Figure 7, the main structure of this etalon type optical layer stabilizing element is a multiple quantum well structure (Multiple Q
Quantum Well (MQW)) semiconductor film 1, a GaAQAs layer 2 with a thickness of 0.2 μm that serves as an etching stop layer during device fabrication, a multilayer high reflection film 3 made of dielectric material, and a GaAs growth substrate 4. It is configured.
このエタロン型光層安定素子の製作法は、まずＧａＡｓ
成長基板４上に、エツチングストップ層として十分の厚
さをもつＧａＡｌ２Ａｓ層２と、光非線形媒質であるＧ
ａＡｓ／ＧａＡＱＡｓよりなるＭＱＷ半導体膜１を結晶
成長させる。そして、ＭＱＷ半導体膜１の結晶表面に、
高反射膜３を蒸着法により付与した後、Ｇ ａ Ａ ｓ
成長基板４の中央部をエツチング処理によりくり抜き、
ＭＱＷ半導体膜１の裏面を露出して、高反射膜３を蒸着
することにより作製される。この方法により得られた光
層安定素子は、ＭＱＷ半導体膜１の上下の高反射膜３を
光共振器とする非線形ファブリ−ペロ−エタロンと呼ば
れる光共振器構造を有するものである。The manufacturing method of this etalon type optical layer stabilizing element is first made using GaAs.
A GaAl2As layer 2 having a sufficient thickness as an etching stop layer and a G film as an optical nonlinear medium are formed on a growth substrate 4.
An MQW semiconductor film 1 made of aAs/GaAQAs is crystal-grown. Then, on the crystal surface of the MQW semiconductor film 1,
After applying the high reflection film 3 by vapor deposition, Ga As
The central part of the growth substrate 4 is hollowed out by etching,
It is manufactured by exposing the back surface of the MQW semiconductor film 1 and depositing the high reflection film 3. The optical layer stabilizing element obtained by this method has an optical resonator structure called a nonlinear Fabry-Perot etalon in which the high reflection films 3 above and below the MQW semiconductor film 1 serve as optical resonators.
このような光共振器構造を有するエタロン型光層安定素
子において、入力する光信号の強度によって、ＭＱＷ半
導体膜１からなる光非線形媒質の屈折率が変化する。こ
の結果、第８図（ａ）に示すごとく、透過光ピーク波長
が入射光強度により変化するシャープな波長選択フィル
タとしての働きをする。そして、第８図（ｂ）に示すご
とく、急峻な透過ピークのわずかに短波側に光入射する
ことにより、その入射光強度によって光出力が大きく変
化し、第８図（ｃ）に示すような光入出力特性（ヒステ
リシス）をもつ、２値安定な光層安定動作を行うことが
できる特徴がある。In the etalon type optical layer stabilizing element having such an optical resonator structure, the refractive index of the optical nonlinear medium made of the MQW semiconductor film 1 changes depending on the intensity of the input optical signal. As a result, as shown in FIG. 8(a), the filter functions as a sharp wavelength selection filter in which the peak wavelength of transmitted light changes depending on the intensity of incident light. As shown in Figure 8(b), by making light incident on the slightly shorter wavelength side of the steep transmission peak, the optical output changes greatly depending on the intensity of the incident light, and as shown in Figure 8(c). It has the characteristic of being able to perform binary stable optical layer stable operation with optical input/output characteristics (hysteresis).
上述した従来構造のエタロン型光層安定素子を用いた場
合に、非線形エタロンの透過ピークの短波長側（高エネ
ルギー側）において光層安定動作が得られるが、以下に
示す重大な欠点ならびに問題点があった。When using the etalon-type optical layer stabilization element with the conventional structure described above, stable operation of the optical layer can be obtained on the short wavelength side (high energy side) of the transmission peak of the nonlinear etalon, but it has the following serious drawbacks and problems. was there.
（１）機械強度を維持するために、ＧａＡｓ成長基板を
一部しかくり抜くことができず、光層安定素子としての
活用面積が極めて小さく限定される。(1) In order to maintain mechanical strength, only a portion of the GaAs growth substrate can be hollowed out, and the area that can be used as an optical layer stabilizing element is extremely small and limited.
（２）上記（１）の理由により光層安定素子の並列動作
が原理的に難しくなる
（３）光パワーを吸収するＭＱＷ半導体膜材料を、熱伝
導性の悪いＳｉｎ、／Ｔｉｅ２などの多層膜で直接閉じ
込めているため、熱による影響によって光層安定素子の
動作に不安定性が現れる（熱による非線形効果は光励起
キャリアによる非線形応答と逆向きの作用として現れる
。）ので、熱の蓄積を避けるため動作実行時間を延ばす
ことができなくなる。すなわち、素子性能としてはビッ
トレートが上げられず、またメモリ保持動作時間の延長
ができないという問題が生じる。(2) Parallel operation of optical layer stabilizing elements is theoretically difficult due to the reason (1) above. (3) The MQW semiconductor film material that absorbs optical power is replaced with a multilayer film such as Sin, /Tie2, etc., which has poor thermal conductivity. Because of the direct confinement, instability occurs in the operation of the optical layer stabilizing element due to the influence of heat (the nonlinear effect due to heat appears as an action in the opposite direction to the nonlinear response due to photoexcited carriers), so in order to avoid heat accumulation, It becomes impossible to extend the operation execution time. That is, there arises a problem that the bit rate cannot be increased in terms of device performance, and the memory holding operation time cannot be extended.
（４）エツチングの選択性を操作するために、わざわざ
選択ケミカルエツチングのためのエツチングストップ層
を結晶成長させなければならない。(4) In order to control the etching selectivity, it is necessary to take the trouble to grow an etching stop layer for selective chemical etching.
また、非常に薄いＭＱＷ半導体膜の厚さのわずかな差で
（厚さの逆数で）透過ピークモード数が決まり、自由な
透過ピーク波長（動作波長）の選択、制御が困難となる
。Furthermore, the transmission peak mode number is determined by a slight difference in the thickness of the very thin MQW semiconductor film (the reciprocal of the thickness), making it difficult to freely select and control the transmission peak wavelength (operating wavelength).
（５）光層安定動作のスイッチオンは比較的高速である
が、スイッチオフがキャリアの緩和時間に支配され、ス
イッチング時間が遅く成る。(5) Switch-on of the stable optical layer operation is relatively fast, but switch-off is dominated by carrier relaxation time, resulting in slow switching time.
本発明の目的は、−上記従来技術の欠点ならびに問題点
を解消するものであって、ＩｎＰ基板の長波長光の透過
性および優れた熱伝導性に着目して。The object of the present invention is to - overcome the drawbacks and problems of the prior art described above, focusing on the long wavelength light transmittance and excellent thermal conductivity of InP substrates.
機械的強度を十分に保持しつつ熱の影ｌａ（効果）を除
去し、スイッチング時間の高速化をはかり、かつ利用す
る光波長を比較的自由に選択することができる構造のエ
タロン型光層安定素子を提供することにある。Etalon-type optical layer stabilization with a structure that maintains sufficient mechanical strength, eliminates heat effects, speeds up switching time, and allows relatively free selection of light wavelengths. The purpose is to provide devices.
本発明のエタロン型光層安定素子は、ＩｎＰ基板の光の
長波長透過性、高い熱伝導率および高精度の研磨加工技
術を利用することによって、熱の影響を除去し、かつ利
用光の波長選択の自由度。The etalon-type optical layer stabilizing element of the present invention eliminates the influence of heat and utilizes the long-wavelength light transmittance, high thermal conductivity, and high-precision polishing technology of the InP substrate, and freedom of choice.
取扱の容易さ、スイッチオフのスピードの高速化を同時
に満たす素子構造としたことを特徴とするものである。It is characterized by an element structure that simultaneously satisfies ease of handling and high speed of switch-off.
ここで、本発明のエタロン型光層安定素子の構造につい
て、図面に基づいて説明する。第１図に、本発明のエタ
ロン型光層安定素子の一動作区画分の構造の一例を示す
。図において、Ｒ工、Ｒ２は、誘電体よりなる多層の高
反射膜（高反射ミラー）であり、５は、埋め込み成長に
より形成したＩｎＰ埋め込み層（光導波路クラッド層）
であって、このＩｎＰ埋め込み層５は、熱拡散層、キャ
リアの表面再結合促進境界領域も兼ねている。８は、Ｉ
ｎＰ層にＺｎなどの不純物を拡散させた不純物拡散領域
（アロイ化）であって、これは光導波路のコア層に相当
し、ファブリ−ペロ−エタロンモード制御のためのスペ
ーサおよび熱拡散層（ヒートシンク）も兼ねている。７
は、光非線形領域を形成するＭＱＷ半導体膜である。そ
して、ＩｎＰ（ノンドープ）層６よりなるスペーサ層の
表面は、高反射膜Ｒ１，Ｒ，を蒸着させて、先兵振器端
面のミラーの役割をも果たすため非常に高精度な平行平
面であることが必要である。本発明の光層安定素子にお
いては、高精度のＩｎＰなどの半導体の研磨加工技術を
用いることによりこれを実現した。Here, the structure of the etalon type optical layer stabilizing element of the present invention will be explained based on the drawings. FIG. 1 shows an example of the structure of one operating section of the etalon type optical layer stabilizing element of the present invention. In the figure, R and R2 are multilayer high reflection films (high reflection mirrors) made of dielectric, and 5 is an InP buried layer (optical waveguide cladding layer) formed by buried growth.
This InP buried layer 5 also serves as a thermal diffusion layer and a boundary region for promoting surface recombination of carriers. 8 is I
An impurity diffusion region (alloyed) in which impurities such as Zn are diffused into the nP layer, which corresponds to the core layer of the optical waveguide, and is used as a spacer and thermal diffusion layer (heat sink) for Fabry-Perot etalon mode control. ). 7
is an MQW semiconductor film forming an optical nonlinear region. The surface of the spacer layer made of the InP (non-doped) layer 6 has a highly reflective film R1, R, deposited on it, and must be a parallel plane with very high precision so that it also serves as a mirror for the end face of the vanguard shaker. is necessary. In the optical layer stabilizing element of the present invention, this has been achieved by using a high-precision polishing technique for semiconductors such as InP.
第１図において、高反射膜Ｒ８側から入射した双安定動
作コントロール光は、ＩｎＰ （ノンドープ）層６、Ｍ
ＱＷ半導体膜７および不純物拡散領域８によって構成さ
れる光導波路領域を伝搬し、高反射膜Ｒ工とＲ２の間で
多重反射しエタロンモードを形成する。このとき、光共
振器中の光非線形領域であるＭＱＷ半導体膜７の吸収領
域の境界付近で光の一部が吸収される。このとき、励起
子の吸収飽和現象により、屈折率の変化が誘起されエタ
ロン透過モードの波長が移動する。この結果、光入出力
特性に２値安定性のあるヒステリシスをもつ光層安定動
作が実現する。しかし、このとき吸収された光との相互
作用により熱の原因となるフォノンや、スイッチオン状
態に向かうのを妨げる拡散寿命の長いキャリアが生成さ
れる。本発明の素子では、光非線形領域であるＭＱＷ半
導体膜の周囲を、ＩｎＰ層により囲む光導波型構造を形
成するばかりでなく、ＩｎＰ層の熱伝導性の良さを利用
し熱を拡散させ、良好なヒートシンクとして利用する。In FIG. 1, the bistable operation control light incident from the high reflection film R8 side is transmitted to the InP (non-doped) layer 6, M
The light propagates through the optical waveguide region constituted by the QW semiconductor film 7 and the impurity diffusion region 8, and undergoes multiple reflections between the high reflection film R and R2 to form an etalon mode. At this time, a portion of the light is absorbed near the boundary of the absorption region of the MQW semiconductor film 7, which is an optical nonlinear region in the optical resonator. At this time, the absorption saturation phenomenon of excitons induces a change in the refractive index and shifts the wavelength of the etalon transmission mode. As a result, stable operation of the optical layer with hysteresis with binary stability in the optical input/output characteristics is realized. However, at this time, interaction with the absorbed light generates phonons that cause heat and carriers with a long diffusion lifetime that prevent the device from switching on. The device of the present invention not only forms an optical waveguide structure in which the MQW semiconductor film, which is an optically nonlinear region, is surrounded by an InP layer, but also utilizes the good thermal conductivity of the InP layer to diffuse heat. Use it as a heat sink.
また、同時に、生成したキャリアが異なる半導体間の境
界領域で、キャリアの再結合消滅が急激に促進される「
表面再結合現象」を有効に利用することができる。また
、ＭＱＷ領域だけでは制御の難しいエタロンモードをＩ
ｎＰ層の研磨厚さの制御により、結晶成長の後に調整す
ることができるのでその制御が容易になる。一方。At the same time, the recombination and annihilation of carriers is rapidly accelerated in the boundary region between semiconductors in which the generated carriers are different.
"Surface recombination phenomenon" can be effectively utilized. In addition, the etalon mode, which is difficult to control using only the MQW area, is
By controlling the polishing thickness of the nP layer, it can be adjusted after crystal growth, which facilitates the control. on the other hand.
ＩｎＰ層により素子の機械的強度が強化され、ＩｎＰ層
のほとんど全面積が活用できるようになり、なおかつ、
光導波型構造により隣合ったチャンネルとのクロストー
クが圧倒的に改善される。The InP layer strengthens the mechanical strength of the device, making it possible to utilize almost the entire area of the InP layer, and
The optical waveguide structure dramatically improves crosstalk between adjacent channels.
以上のような理由により、上述した従来技術の問題点（
１）の機械強度、（２）の並列動作への適性、（３）の
熱による不安定性、（４）エタロンモードの制御性、（
５）キャリア拡散時間の遅さによるスイッチオフ時間の
限界などの諸問題を、本発明の素子により飛躍的に改善
、解決することができる。For the above reasons, the problems of the conventional technology mentioned above (
1) Mechanical strength, (2) Suitability for parallel operation, (3) Instability due to heat, (4) Etalon mode controllability, (
5) Various problems such as the limit of switch-off time due to slow carrier diffusion time can be dramatically improved and solved by the device of the present invention.
次に、本発明のエタロン型光層安定素子の作製方法につ
いて説明する。Next, a method for manufacturing the etalon type optical layer stabilizing element of the present invention will be explained.
まず、別途用意したＩｎＰ基板上に。First, on an InP substrate prepared separately.
Ｉ ｎＡ Ｑ Ａｓ層を０．２μｍの膜厚に積層し、さ
らにその上に６．８ｎｍのＩｎＧａＡｓ層と６．５ｎｍ
のＩｎＡｌ２Ａｓ層を交互に２００層づつ積層し、いわ
ゆる、 ＭＱＷ（ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＱＵＡＮＴＵＭ
ＷＥＬＬ）半導体膜の部分である非線形媒質層（ＮＬ）
を形成する。An InA Q As layer was laminated to a thickness of 0.2 μm, and then a 6.8 nm InGaAs layer and a 6.5 nm thick InGaAs layer were stacked on top of it.
200 InAl2As layers are stacked alternately to form a so-called MQW (MULTIPLE QUANTUM
WELL) Nonlinear medium layer (NL) which is a part of the semiconductor film
form.
次に、余分なＩｎＰ基板の部分を高精度の平行平面研磨
技術により、設定した任意の厚さ（例えば２０μｍ）に
ＩｎＰ基板を研磨する。このとき、研磨面がファプリー
ペロ共振器の片側のミラー面となるため平行度の良い研
磨を行う。Next, the excess portion of the InP substrate is polished to a predetermined thickness (for example, 20 μm) using a high-precision parallel plane polishing technique. At this time, since the polished surface becomes a mirror surface on one side of the Fapley-Perot resonator, polishing with good parallelism is performed.
次に、１８ｎｍのＴｉ０２層および２８ｎ ｍのＳｉＯ
２層を、研磨されたＩｎＰ基板面上に積層し、反射率９
６％の片側の高反射膜（高反射ミラー）Ｒ工を形成する
。このとき、残されたＩｎＰ基板は、動作波長１．５５
μｍの付近では透明であり、なんら光学的に減衰を起こ
さない。Next, 18 nm TiO2 layer and 28 nm SiO
Two layers were stacked on a polished InP substrate surface, and the reflectance was 9.
A 6% high reflection film (high reflection mirror) R process is formed on one side. At this time, the remaining InP substrate has an operating wavelength of 1.55
It is transparent in the vicinity of μm and does not cause any optical attenuation.
続いて、この研磨された基板上にホトリソプラノィの技
術により５μｍ程度の円形部分を除いて。Next, a circular portion of about 5 μm was removed on this polished substrate using photolithography technology.
ＲＩＥドライエツチング技術によりＭＱＷ半導体膜の周
囲を円柱状に残して堀り落としてしまうことにより光導
波路を形成する。さらに、Ｚｎなとの不純物を拡散して
ＭＱＷ半導体膜をアロイ化することにより、光導波路を
単一モード条件まで微細化する。さらに、円柱状に残さ
れたＭＱＷ半導体膜とＩｎＰ基板の周囲をＩｎＰの埋め
込み成長層により囲む。An optical waveguide is formed by etching away the periphery of the MQW semiconductor film using the RIE dry etching technique, leaving a cylindrical shape. Furthermore, by diffusing impurities such as Zn to alloy the MQW semiconductor film, the optical waveguide is miniaturized to a single mode condition. Further, the remaining columnar MQW semiconductor film and InP substrate are surrounded by a buried growth layer of InP.
続いて、円形に形成されたＭＱＷ半導体膜の表面部に、
１８ｎｍのＴｉｅ、層および２８ｎ ｍの５ｉｎ２層を
交互に７層づつ積層し、他方の高反射膜（高反射ミラー
）Ｒ２を形成する。Next, on the surface of the circularly formed MQW semiconductor film,
The other high reflection film (high reflection mirror) R2 is formed by alternately stacking 7 layers of 18 nm Tie layers and 28 nm 5 inch 2 layers.
これにより、ＩｎＰ層と不純物を拡散したＭＱＷ半導体
膜の周辺部分をクラッドとする面方向に垂直な非線形光
導波路を、面方向に多数もつ並列処理可能な本発明のエ
タロン型光層安定素子が得られる。第２図に上記の方法
で作製したエタロン型光層安定素子の全体の構成を示す
。As a result, the etalon-type optical layer stabilizing element of the present invention, which has a large number of nonlinear optical waveguides perpendicular to the plane and can be processed in parallel in the plane direction, with the cladding being the peripheral part of the MQW semiconductor film in which the InP layer and impurities are diffused, can be obtained. It will be done. FIG. 2 shows the overall structure of the etalon type optical layer stabilizing element produced by the above method.
以下に本発明の一実施例を挙げ、図面を参照しながら、
さらに詳細に説明する。An example of the present invention will be described below, and with reference to the drawings,
This will be explained in more detail.
（実施例１）
第３図に、本実施例におけるエタロン型光層安定素子の
配置構成を示す。図において、Ｍ Ｌ Ａ、 。(Example 1) FIG. 3 shows the arrangement of the etalon type optical layer stabilizing element in this example. In the figure, M.L.A.
およびＭＬＡ２は、その各々が対向して、素子の各−動
作区画分の表面にフォーカスされたマイクロレンズアレ
イであって、このマイクロレンズアレイＭＬＡ、、ＭＬ
Ａ、の間には、第１図に示した構造の本発明の素子、す
なわち、Ｔｉｅ２，５ｉ０３などの誘電体よりなる高反
射膜（高反射ミラー）Ｒ１，Ｒ，および光非線形媒質で
あるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰなどのＭＱＷ半導体膜７、光導波路形成のためのＺ
ｎなどの不純物拡散領域（アロイ化）８．平行平面とし
たＩｎＰ （ノンドープ）層６、埋め込み成長によるＩ
ｎＰ埋め込み層（光導波路クラッド層）５からなる本発
明のエタロン型光層安定素子（ＢＯＤ）が配置されてい
る。そして、制御光としてＩｃが、例えば垂直偏光をも
ち、信号光としてＩｓが水平偏光をもつような光にする
ことで、同一光軸上よりマイクロレンズアレイＭＬＡ工
に入射されて結合され、この結合光（Ｉｓ＋Ｉｃ）が光
層安定素子（ＢＯＤ）に入射される。本実施例において
は。and MLA2 are microlens arrays each facing and focused on the surface of each operational section of the element, the microlens arrays MLA, ML
Between A and A are the elements of the present invention having the structure shown in FIG. /InAlAs and InGaAsP/I
MQW semiconductor film 7 such as nP, Z for forming an optical waveguide
Impurity diffusion region (alloying) 8. InP (non-doped) layer 6 with parallel planes, I by buried growth
An etalon-type optical layer stabilizing element (BOD) of the present invention comprising an nP buried layer (optical waveguide cladding layer) 5 is arranged. Then, the control light Ic is made to have, for example, vertical polarization, and the signal light Is is made to have horizontal polarization, so that they are incident on the microlens array MLA from the same optical axis and are combined. Light (Is+Ic) is incident on the optical layer stabilization device (BOD). In this example.
本発明の光層安定素子を光ゲート部として用いている。The optical layer stabilizing element of the present invention is used as an optical gate section.
そして、結合光（Ｉｓ＋Ｉｃ）の高レベルで入射された
信号光Ｉｓは、制御光Ｉｃが入射されていると、はとん
ど減衰することなく光層安定素子（ＢＯＤ）を透過し、
変調光Ｉｎとして出射される。一方、制御光Ｉｃが入射
されていないと、信号光Ｉｓは反射して光層安定素子（
ＢＯＤ）を透過せず、変調光Ｉｓの出射は行われない。The signal light Is incident at a high level of the combined light (Is+Ic) passes through the optical layer stabilizing element (BOD) without attenuation when the control light Ic is incident.
It is emitted as modulated light In. On the other hand, when the control light Ic is not incident, the signal light Is is reflected and the light layer stabilizing element (
BOD), and the modulated light Is is not emitted.
このように、信号光Ｉｓは制御光Ｉｃによりオン、オフ
されることにより、光ゲート部の光層安定素子（ＢＯＤ
）でゲート動作が行われることになる。In this way, the signal light Is is turned on and off by the control light Ic, so that the optical layer stabilizing element (BOD) in the optical gate section
), the gate operation will be performed.
しかるのちに、この互いに直行した制御光Ｉｃと信号光
Ｉｓを偏光ビームスプリッタＰＢＳ１により分離し、変
調された信号光Ｉｎを独立に抜き出すことが可能となる
。Thereafter, the control light Ic and the signal light Is, which are perpendicular to each other, are separated by the polarization beam splitter PBS1, and the modulated signal light In can be independently extracted.
しかし、従来の光層安定素子においては、上述した問題
点（５）により制御光Ｉｃをオフにした後も、しばらく
の間（２０ナノ秒以上）は素子の透過率が大きいままで
あり、変調された信号光Ｉｍが本来なら透過しないはず
であるにもかかわらず一部透過してしまいエラー信号の
原因となる。このため、素子のゲート保持時間や信号光
間隔を十分にとらなければならなくなり、第４図に示す
ごとく、ビットレートやスイッチ時間の性能が大きく制
限されることになる。しかし、本発明の素、子構造を用
いることにより、スイッチオフ時間が１００ピコ秒程度
に改良され、それだけエラーの発生率、動作時間の性能
が飛躍的に向上する。However, in the conventional optical layer stabilizing element, due to the problem (5) mentioned above, even after the control light Ic is turned off, the transmittance of the element remains high for a while (20 nanoseconds or more), causing modulation. Even though the transmitted signal light Im should not be transmitted, a portion of it is transmitted, causing an error signal. Therefore, it is necessary to ensure a sufficient gate holding time of the element and a sufficient interval between signal lights, and as shown in FIG. 4, the bit rate and switching time performance are greatly limited. However, by using the element/child structure of the present invention, the switch-off time is improved to about 100 picoseconds, and the performance in terms of error occurrence rate and operating time is improved accordingly.
一方、ゲート部への制御光Ｉｃがオンの状態を長時間（
５０マイクロ秒以上程度）維持しつづけると、上述した
従来技術の問題点（３）により、逆にゲートをオフ、つ
まり透過率を小さくする方向に力が働くため、オン状態
にある変調された信号光Ｉｍが小さくなったり、不安定
にオンオフを繰り返したりしてエラーの原因となる。本
発明の素子においては、熱による影響が著しく低減され
、例えば第４図の出射信号光に示すごとく正しい動作が
得られる。そして、従来技術の問題点であったゲート動
作時のエラー信号光（第４図のエラー信号光の斜線部）
や動作速度の遅れを大幅に改善することが可能であるこ
とが分かる。On the other hand, the control light Ic to the gate section remains on for a long time (
If it is maintained for more than 50 microseconds), due to the problem (3) of the prior art mentioned above, a force is applied to turn off the gate, that is, reduce the transmittance, and the modulated signal that is in the on state is turned off. The light Im becomes small or repeats turning on and off unstablely, causing an error. In the element of the present invention, the influence of heat is significantly reduced, and correct operation can be obtained, for example, as shown in the emitted signal light in FIG. 4. Error signal light during gate operation (shaded area of error signal light in Figure 4) was a problem with the conventional technology.
It can be seen that it is possible to significantly improve the delay in operation speed.
（実施例２）
第５図に、本実施例におけるエタロン型光層安定素子の
配置構成を示し、第６図に動作特性を示す。(Example 2) FIG. 5 shows the arrangement of the etalon type optical layer stabilizing element in this example, and FIG. 6 shows the operating characteristics.
図において、制御光Ｉｃとホールド光Ｉｈと書き込み光
１ｖが、ハーフミラ−ＨＭに入射されて結合され、（Ｉ
ｈ＋Ｉｗ）と信号光Ｉｓが、偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓ工に、互いに直行する方向から入射され、水平に偏光
を持つ信号光Ｉｓと結合制御光（Ｉｓ＋Ｉｗ）とが結合
され、この結合光（Ｉ Ｓ＋ Ｉ ｈ＋ Ｉ ｗ）が光
層安定素子（ＢＯＤ）に入射される。このとき、結合光
の高レベルで入射された信号光ＩＳは、例えば書き込み
光Ｉｗが入射されていると光層安定素子（ＢＯＤ）を透
過し、この状態はホールド光Ｉｈが入射されている間は
維持され、信号光Ｉｓのみが偏光ビームスプリッタ１）
ＢＳ、を介して変調光ｌｌ１１として出射される。−方
、ホールド光Ｉｈが入射されていないと、透過状態がリ
セットされ、信号光Ｉｓは光層安定素子（ＢＯＤ）を透
過せず変調光Ｉｍの出射は行われない。このように本実
施例における光ゲートはメモリ機能を有している。In the figure, control light Ic, hold light Ih, and writing light 1v are incident on a half mirror HM and combined, (I
h+Iw) and the signal light Is are sent to the polarization beam splitter PB.
Signal light Is and coupled control light (Is+Iw) which are incident on the S beam from directions perpendicular to each other and have horizontal polarization are combined, and this coupled light (I S+ I h+ I w) is coupled to the optical layer stabilizing element (BOD). ). At this time, the signal light IS incident at a high level of coupled light passes through the optical layer stabilizing element (BOD) when, for example, the writing light Iw is incident, and this state remains while the hold light Ih is incident. is maintained, and only the signal light Is is sent to the polarizing beam splitter 1)
It is emitted as modulated light ll11 via the BS. - On the other hand, if the hold light Ih is not incident, the transmission state is reset, the signal light Is does not pass through the optical layer stabilization device (BOD), and the modulated light Im is not emitted. In this way, the optical gate in this embodiment has a memory function.
しかし、従来の光層安定素子においては、上述した問題
点（５）の原因によって、ゲートオフ、つまり透過率の
減少が速やかに行われないので、十分に長いリセット時
間を置かないと情報のリセットが十分に行われず、第６
図に示すようにこれがエラーの原因となる。これに対し
１本発明の光層安定素子においては、スイッチオン時間
が改良され、第６図に示すごとくエラーの発生率が極め
て少なく、動作速度の性能が向上される。一方。However, in conventional optical layer stabilizing elements, due to the problem (5) mentioned above, the gate-off, that is, the decrease in transmittance, is not performed promptly, so the information cannot be reset unless a sufficiently long reset time is allowed. Not done enough, the 6th
This causes an error as shown in the figure. In contrast, in the optical layer stabilizing device of the present invention, the switch-on time is improved, the error rate is extremely low as shown in FIG. 6, and the operating speed performance is improved. on the other hand.
第６図に示すように、ゲート部をオン状態にしてＩｈ（
ホールド光）でホールドし続けると、上述した従来技術
における問題点（３）によって、逆にゲートオフ、つま
り透過率を小さくする方向に透過率の低下、スイッチオ
フがメモリ保持動作中に生じエラーの原因となると共に
、メモリ保持動作時間を長時間とれない原因となる。こ
れに対し、本発明のエタロン型光層安定素子においては
熱影響が著しく低減され、長いメモリ保持動作時間にわ
たり正しい動作が得られることになる。このように、本
実施例に示した光層安定素子は、従来の素子の問題点で
あるゲート動作、メモリ保持動作時のエラー、動作速度
の遅れを大幅に改善することが可能であることが分かる
。As shown in FIG. 6, the gate section is turned on and Ih(
If the hold light is continued to be held (hold light), due to the problem (3) in the conventional technology mentioned above, the gate will turn off, that is, the transmittance will decrease in the direction of decreasing the transmittance, and the switch off will occur during the memory holding operation, causing an error. This also causes the memory holding operation time to be insufficient for a long time. In contrast, in the etalon-type optical layer stabilizing element of the present invention, the thermal influence is significantly reduced, and correct operation can be obtained over a long memory retention operation time. In this way, the optical layer stable device shown in this example can significantly improve the problems of conventional devices, such as errors during gate operation, memory retention operation, and delays in operation speed. I understand.
以上詳細に説明したごとく本発明のエタロン型光層安定
素子によれば、従来の素子のは、キャリアの消滅時間、
熱の拡散時間が長いため、高速動作やメモリ保持時間、
ビットレートが大きく制限され、エラーの原因となって
いたのを、光非線形媒質の周囲をＩｎＰ層で囲む本発明
の素子構造とすることにより、従来技術における問題点
はすべて解消することができる優れた効果が生じる。す
なわち、ＩｎＰ層は、その優れた熱伝導性などの理由に
より急速な熱拡散、キャリアの表面再結合を促す。しか
も、光非線形媒質であるＭＱＷ半導体膜を結晶成長させ
るための基板として用いられている材料であるため格子
マツチングも良い。また、素子の動作波長である１、５
μ鑞付近において、極めて透明であるため、エタロン型
光共振器のなかに介在させても、なんら悪影響を引き起
こさない。そのため、エタロン型光層安定素子の特質を
損なうことな〈従来の問題点を解決することができる。As explained in detail above, according to the etalon type optical layer stabilizing element of the present invention, the carrier extinction time,
Due to the long heat diffusion time, high-speed operation, memory retention time,
By using the device structure of the present invention in which the optical nonlinear medium is surrounded by an InP layer, all of the problems in the conventional technology can be solved, which greatly limits the bit rate and causes errors. effect. That is, the InP layer promotes rapid thermal diffusion and surface recombination of carriers due to its excellent thermal conductivity. Moreover, since the material is used as a substrate for crystal growth of an MQW semiconductor film, which is an optical nonlinear medium, lattice matching is also good. Also, the operating wavelength of the element is 1, 5
Since it is extremely transparent near the μ solder, it will not cause any adverse effects even if it is inserted into an etalon type optical resonator. Therefore, it is possible to solve the conventional problems without impairing the characteristics of the etalon type optical layer stabilizing element.
また、光共振器としての構造が簡単で、研磨技術により
光共振器モードの操作が容易であり、信頼性も高い。さ
らに、導波型の素子構造のため光を閉じ込める効率が良
く、動作に必要な光パワーも小さく、並列性も優れてい
る。したがって、本発明の素子は空間分割光交換、並列
光情報処理のグー１〜動作素子、メモリ動作素子、基本
演算素子などに好適に応用できる。In addition, the structure as an optical resonator is simple, the optical resonator mode can be easily operated by polishing technology, and the reliability is high. Furthermore, because of the waveguide type element structure, it has good light confinement efficiency, requires low optical power for operation, and has excellent parallelism. Therefore, the device of the present invention can be suitably applied to space-division optical exchange, parallel optical information processing devices, memory operating devices, basic arithmetic devices, and the like.
第１図は本発明のエタロン型光層安定素子の一動作区画
分の構造の一例を示す斜視図、第２図は本発明のエタロ
ン型光層安定素子の全体の構成の一例を示す斜視図、第
３図は実施例１において例示した光層安定素子の配置構
成を示す説明図、第４図は実施例１における光層安定素
子の動作（３端子ゲ一テイ動作）を示す説明図、第５図
は実施例２において例示した光層安定素子の配置構成を
示す説明図、第６図は実施例２における光層安定素子の
動作を示す説明図、第７図は従来の光層安定素子の全体
の構造を示す斜視図、第８図（ａ）。
（ｂ）、（ｃ）は光層安定素子の基本的動作原理の説明
図である。
１・・・ＭＱＷ半導体膜
２・・・ＧａＡＱＡｓ層
３・・・高反射膜
４・・・Ｇ ａ Ａ ｓ成長基板
５・・・ＩｎＰ埋め込み層
６・・・ＩｎＰ （ノンドープ）層
７・・・ＭＱＷ半導体膜
・・不純物拡散領域
（アロイ化）
９・・・ＩｎＰ光導波路
特
許FIG. 1 is a perspective view showing an example of the structure of one operating section of the etalon-type light layer stabilizing element of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an example of the overall structure of the etalon-type light layer stabilizing element of the present invention. , FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement configuration of the optical layer stabilizing element illustrated in Example 1, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation (three-terminal gate operation) of the optical layer stabilizing element in Example 1, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrangement of the optical layer stabilizing element illustrated in Example 2, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the optical layer stabilizing element in Example 2, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of the optical layer stabilizing element illustrated in Example 2. FIG. 8(a) is a perspective view showing the overall structure of the element. (b) and (c) are explanatory diagrams of the basic operating principle of the optical layer stabilizing element. 1... MQW semiconductor film 2... GaAQAs layer 3... High reflection film 4... GaAs growth substrate 5... InP buried layer 6... InP (non-doped) layer 7... MQW semiconductor film... Impurity diffusion region (alloying) 9... InP optical waveguide patent
Claims (1)
有するファブリ−ペロ−エタロン型の光層安定素子にお
いて、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に成長させた光非
線形媒質である多重量子井戸構造の半導体膜とを、誘電
体よりなる多層の高反射膜で挟持した構造とすることを
特徴とするエタロン型光双安定素子。 ２、特許請求の範囲第１項記載のエタロン型光双安定素
子において、多重量子井戸構造の半導体膜は、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰよ
りなることを特徴とするエタロン型双安定素子。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載のエタロ
ン型光双安定素子において、ＩｎＰ基板と多重量子井戸
構造の半導体膜によって構成される光共振器の一部を円
柱状に形成し、該円柱状部の側壁に不純物を拡散させた
不純物拡散領域を有する構造の光導波路を少なくとも１
個設けた構成とすることを特徴とするエタロン型光双安
定素子。 ４、特許請求の範囲第３項記載のエタロン型光双安定素
子において、不純物拡散領域を有する光導波路の周囲を
、埋め込み成長によるＩｎＰ層で埋め込んだ構造とした
ことを特徴とするエタロン型光双安定素子。[Claims] 1. A Fabry-Perot etalon type optical layer stabilizing element having functions of gate processing of signal light and holding operation of optical memory, comprising an InP substrate and an optical nonlinear medium grown on the InP substrate. 1. An etalon type optical bistable device characterized by having a structure in which a semiconductor film having a multi-quantum well structure is sandwiched between multilayered high reflection films made of a dielectric material. 2. In the etalon type optical bistable device according to claim 1, the semiconductor film having a multiple quantum well structure is made of InGa.
An etalon-type bistable element characterized by being made of As/InAlAs or InGaAsP/InP. 3. In the etalon-type optical bistable device according to claim 1 or 2, a part of the optical resonator constituted by an InP substrate and a semiconductor film having a multi-quantum well structure is formed in a cylindrical shape. , at least one optical waveguide having a structure having an impurity diffusion region in which impurities are diffused on the side wall of the columnar part.
An etalon-type optical bistable element characterized by having a configuration in which individual elements are provided. 4. The etalon type optical bistable device according to claim 3, characterized in that the optical waveguide having the impurity diffusion region is surrounded by an InP layer formed by buried growth. Stable element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28032188A JPH02127627A (en) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | Etalon type optical bistable element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28032188A JPH02127627A (en) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | Etalon type optical bistable element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02127627A true JPH02127627A (en) | 1990-05-16 |
Family
ID=17623368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28032188A Pending JPH02127627A (en) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | Etalon type optical bistable element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02127627A (en) |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP28032188A patent/JPH02127627A/en active Pending
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