方向性結合器型半導体光増幅器を用いた全光型フリップフロップ

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 00J09488
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 竹中 充 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員(DC1)
• キーワード: 双安定性半導体レーザー / 半導体導波路 / 方向性結合器 / 全光型フリップフロップ / 光メモリ

研究概要

1.方向性結合器型双安定レーザーの特性評価
昨年度において作製した方向性結合器型双安定レーザのさらなる特性評価を行った。オン動作に関しては、30nm以上の波長範囲で動作することが分かった。またスイッチングに必要な光強度は最小で0.1mW程度になることが分かった。オフ動作に関して、発振波長近傍とそれより長波側の波長範囲で動作することが分かった。オフ動作は平均で約1mWになることが確かめられた。また電流バイアスによる特性の変化も測定して、リセット・ポートへの電流に対しても、実用上充分なトレランスが取れることが分かった。
2.方向性結合器型双安定レーザの小型化
従来の設計ではデバイスの長さが1300μmと設計されていた。この為にスイッチング速度が遅くなってしまう問題があった。これを解決するために、デバイスの小型化に必要な設計を行った。昨年度において作製したFinite Element Beam Propagation Method(FD-BPM)を改良したシミュレータを用いて特性解析をした結果、デバイスの全長を500μm以下にすることができることが分かった。この設計の基づき、小型化したデバイスの作製を行った。小型化に伴い、リセット・ポート電極にコンタクトをとることが困難になった。この問題を解決するために、リセット・ポート電極を隣の未使用電極にブリッジするプロセスを考案した。このプロセスはリフト・オフを用いるもので自己形成的に電極ブリッジすることに成功した。実際に作製した小型デバイスを用いて、数値計算によって得られたものと同様の光フリップ・フロップ特性を得ることに成功した。これによりデバイスを約1/3に縮小することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Takenaka, Y.Nakano: "Numerical analysis of directionally coupled bistable laser diode by finite difference beam propagation method for all-optical flip-flop application"Optical Internet and Photonic in Switching. 79-80 (2002)
• [文献書誌] 竹中充, 中野義昭: "方向性結合器双安定レーザ構造を有する半導体全光フリップ・フロップの実現"第63回応用物理学会学術講演会. (2002)
• [文献書誌] M.Takenaka, Y.Nakano: "Realization of all-optical flip-flop using bistable laser diode with nonlinear directional coupler"18th International Semiconductor Laser Conference. 121-122 (2002)
• [文献書誌] 竹中充, 中野義昭: "方向性結合器を有する双安定性半導体レーザによる全光フリップ・フロップの実現"第4回PNI研究会. 23-27 (2002)
• [文献書誌] M.Takenaka, Y.Nakano: "Proposal of an all-optical flip-flop using a cross-coupled MMI bistable laser diodes"11th European Conference on Integrated Optics. 335-338 (2003)
• [文献書誌] 竹中 充: "非線形カプラを有する双安定半導体レーザを用いた全光フリップ・フロップに関する研究"東京大学博士論文. 151 (2003)