面発光半導体レーザを用いた超高速光フリップ・フロップの研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455029
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 河口 仁司 山形大学, 工学部, 教授 (40211180)
• 研究分担者: 高橋 豊 山形大学, 工学部, 講師 (00260456) ; 松下 浩一 山形大学, 工学部, 助教授 (70124625)
• キーワード: 半導体レーザ / 光双安定 / ピッチフォーク型光双安定 / 面発光半導体レーザ / 全光型フリップ・フロップ動作 / 偏光スイッチング

研究概要

平成8年度は、前年度につづき、面発光半導体レーザの発振偏光の双安定スイッチングに関する研究を行ない、以下の3点について具体的な成果を得た。
(1)面発光半導体レーザのピッチフォーク型偏光双安定にもとづく、全光型フリップ・フロップ動作の、スイッチング速度を明らかにした。約1psの短光パルス列を2つの直交する偏光をもつトリガ光として用い、高速のフリップ・フロップ動作を実現した。全光型フリップ・フロップは、面発光半導体レーザの発振偏光と直交する偏光の光パルスをトリガーとして入射すると、入射光と同じ偏光にスイッチし、トリガ光がなくなってもその状態を維持することにより生ずる。測定結果から、スイッチング速度は約6psであり、世界最高速の光フリップ・フロップ動作が実現できた。この様な超高速スイッチングが得られている状態においても、トリガーパルスが入力された後、長時間にわたり安定なメモリ作用がみられた。
(2)トリガ光の波長と面発光半導体レーザの発振波長が異なる場合もとりあつかうことができるレート方程式を用いて、双安定スイッチングやフリップ・フロップ動作の詳細な解析を行った。その結果、フリップ・フロップ動作の特性は、トリガ光の波長と発振波長の差に大きく依存し、波長差が小さい場合には注入同期により、トリガ光と同一の波長で極めて高速のフリップ・フロップ動作が実現できることがわかった。又、波長差の大きい場合には、比較的大きなトリガ光を必要とするものの、トリガ光とは異なる面発光半導体レーザの共振波長で決まる発振波長でフリップ・フロップ動作が得られることがわかった。
(3)半導体レーザでピッチフォーク型偏光双安定の生ずる原因は、半導体レーザのバンド内緩和効果から生ずる利得飽和効果によると考えられる。半導体レーザ媒質の利得飽和効果およびそれによる発振モード間の場合について、密度行列法を用いて、理論解析と数値解析を行っている。

研究成果

• [文献書誌] H.Kawaguchi,I.S.Hidayat,and J.Inoue: "Ultra-fast polarization bistable switching in a vertical-cavity surface-emitting laser" IQEC'96. TuD4. (1996)
• [文献書誌] イイップシャリフヒダヤット,井上潤,河口仁司: "超短光パルス注入による面発光半導体レーザの偏光双安定光スイッチング" 第43回応用物理学会関係連合講演会 講演予稿集. 27a-D-9. (1996)
• [文献書誌] 入江祥隆,井上潤,河口仁司: "面発光半導体レーザの超高速偏光双安定フリップフロップ動作" 第57回応用物理学会学術講演会. 7a-KG-3. (1996)
• [文献書誌] 河口仁司: "面発光半導体レーザの偏光双安定スイッチング" 第57回応用物理学会学術講演会. 8p-KL-10. (1996)
• [文献書誌] 河口仁司: "面発光半導体レーザの偏光双安定動作" 電子情報通信学会 フォトニックスイッチング研究会. PS96-11. (1996)
• [文献書誌] H.Kawaguchi: "Polarization bistability in vertical-cavity surface-emitting lasers (Invited Paper)" Photonics West '97. 2994-21. (1997)