Abstract

The first demonstration to our knowledge of new all-optical logic gates and modulators that use nonlinear refraction and absorption to modify fiber-to-fiber coupling is reported. Results are presented for the AND, NOR, NOT, and XOR functions with better than 20-dB contrast ratio. Silicon (at λ = 1.06 μm) is used as the nonlinear material for this proof-of-concept experiment. No resonators, feedback, or stringent wavelength controls are needed. The feasibility of picosecond operation is discussed.

© 1986 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Silverberg, Opt. Lett. 11, 392 (1986).
    [CrossRef]
  2. T. Venkatesan, P. J. Lemaire, B. Wilkens, L. Soto, A. C. Gossard, W. Wiegmann, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, S. S. Tarng, Opt. Lett. 9, 297 (1984).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).
  4. J. L. Jewell, M. C. Rushford, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 44, 172 (1984).
    [CrossRef]
  5. A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
    [CrossRef]
  6. A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
    [CrossRef]
  7. K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
    [CrossRef]
  8. N. A. Olsson, J. P. van der Ziel, Appl. Phys. 48, 1329 (1986).
  9. S. Nemoto, T. Makimoto, Opt. Quantum Electron. 11, 447 (1979).
    [CrossRef]
  10. W. C. Young, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 479, 30 (1984).
  11. H. J. Eichler, Opt. Commun. 45, 62 (1983).
    [CrossRef]
  12. K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, Phys. Scr. 18, 405 (1978); also see K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, J. Phys. C 12, 3837 (1979).
    [CrossRef]
  13. G. E. Jellison, D. H. Lowndes, Appl. Phys. 41, 594 (1982).
  14. C. D. Thurmond, J. Electrochem. Soc. 12, 1133 (1975).
    [CrossRef]
  15. T. F. Boggess, S. C. Moss, I. W. Boyd, A. L. Smirl, Opt. Lett. 9, 291 (1984).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. J. F. Young, H. M. van Driel, Phys. Rev. B 26, 2147 (1982).
    [CrossRef]

1986 (2)

N. A. Olsson, J. P. van der Ziel, Appl. Phys. 48, 1329 (1986).

Y. Silverberg, Opt. Lett. 11, 392 (1986).
[CrossRef]

1985 (3)

K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
[CrossRef]

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

1984 (4)

1983 (2)

H. J. Eichler, Opt. Commun. 45, 62 (1983).
[CrossRef]

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

1982 (2)

J. F. Young, H. M. van Driel, Phys. Rev. B 26, 2147 (1982).
[CrossRef]

G. E. Jellison, D. H. Lowndes, Appl. Phys. 41, 594 (1982).

1979 (1)

S. Nemoto, T. Makimoto, Opt. Quantum Electron. 11, 447 (1979).
[CrossRef]

1978 (1)

K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, Phys. Scr. 18, 405 (1978); also see K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, J. Phys. C 12, 3837 (1979).
[CrossRef]

1975 (1)

C. D. Thurmond, J. Electrochem. Soc. 12, 1133 (1975).
[CrossRef]

Antonetti, A.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

Boggess, T. F.

Boyd, I. W.

Eichler, H. J.

H. J. Eichler, Opt. Commun. 45, 62 (1983).
[CrossRef]

Gibbs, H. M.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

J. L. Jewell, M. C. Rushford, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 44, 172 (1984).
[CrossRef]

T. Venkatesan, P. J. Lemaire, B. Wilkens, L. Soto, A. C. Gossard, W. Wiegmann, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, S. S. Tarng, Opt. Lett. 9, 297 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Gossard, A. C.

Haus, H. A.

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

Hulin, D.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

Janossy, I.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Jellison, G. E.

G. E. Jellison, D. H. Lowndes, Appl. Phys. 41, 594 (1982).

Jewell, J. L.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

J. L. Jewell, M. C. Rushford, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 44, 172 (1984).
[CrossRef]

T. Venkatesan, P. J. Lemaire, B. Wilkens, L. Soto, A. C. Gossard, W. Wiegmann, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, S. S. Tarng, Opt. Lett. 9, 297 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Kimura, Y.

K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
[CrossRef]

Kitayama, K.

K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
[CrossRef]

Lattes, A.

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

Lemaire, P. J.

Leonberger, F. J.

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

Lowndes, D. H.

G. E. Jellison, D. H. Lowndes, Appl. Phys. 41, 594 (1982).

MacKenzie, H. A.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Makimoto, T.

S. Nemoto, T. Makimoto, Opt. Quantum Electron. 11, 447 (1979).
[CrossRef]

Mathew, J. G. H.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Migus, A.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

Moss, S. C.

Mysyrowicz, A.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

Nemoto, S.

S. Nemoto, T. Makimoto, Opt. Quantum Electron. 11, 447 (1979).
[CrossRef]

Nilsson, N. G.

K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, Phys. Scr. 18, 405 (1978); also see K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, J. Phys. C 12, 3837 (1979).
[CrossRef]

Olsson, N. A.

N. A. Olsson, J. P. van der Ziel, Appl. Phys. 48, 1329 (1986).

Peyghambarian, N.

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

Reid, J. J. E.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Rushford, M. C.

J. L. Jewell, M. C. Rushford, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 44, 172 (1984).
[CrossRef]

Seikai, S.

K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
[CrossRef]

Silverberg, Y.

Smirl, A. L.

Smith, S. D.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Soto, L.

Svantesson, K. G.

K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, Phys. Scr. 18, 405 (1978); also see K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, J. Phys. C 12, 3837 (1979).
[CrossRef]

Taghizadeh, M. R.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Tarng, S. S.

Thurmond, C. D.

C. D. Thurmond, J. Electrochem. Soc. 12, 1133 (1975).
[CrossRef]

Tooley, F. A. P.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

van der Ziel, J. P.

N. A. Olsson, J. P. van der Ziel, Appl. Phys. 48, 1329 (1986).

van Driel, H. M.

J. F. Young, H. M. van Driel, Phys. Rev. B 26, 2147 (1982).
[CrossRef]

Venkatesan, T.

Walker, A. C.

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Wiegmann, W.

Wilkens, B.

Young, J. F.

J. F. Young, H. M. van Driel, Phys. Rev. B 26, 2147 (1982).
[CrossRef]

Young, W. C.

W. C. Young, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 479, 30 (1984).

Appl. Phys. (2)

N. A. Olsson, J. P. van der Ziel, Appl. Phys. 48, 1329 (1986).

G. E. Jellison, D. H. Lowndes, Appl. Phys. 41, 594 (1982).

Appl. Phys. Lett. (3)

J. L. Jewell, M. C. Rushford, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 44, 172 (1984).
[CrossRef]

A. Migus, A. Antonetti, D. Hulin, A. Mysyrowicz, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, J. L. Jewell, Appl. Phys. Lett. 46, 70 (1985).
[CrossRef]

K. Kitayama, Y. Kimura, S. Seikai, Appl. Phys. Lett. 46, 317 (1985).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
[CrossRef]

J. Electrochem. Soc. (1)

C. D. Thurmond, J. Electrochem. Soc. 12, 1133 (1975).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

H. J. Eichler, Opt. Commun. 45, 62 (1983).
[CrossRef]

Opt. Eng. (1)

S. D. Smith, I. Janossy, H. A. MacKenzie, J. G. H. Mathew, J. J. E. Reid, M. R. Taghizadeh, F. A. P. Tooley, A. C. Walker, Opt. Eng. 24, 569 (1985).

Opt. Lett. (3)

Opt. Quantum Electron. (1)

S. Nemoto, T. Makimoto, Opt. Quantum Electron. 11, 447 (1979).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

J. F. Young, H. M. van Driel, Phys. Rev. B 26, 2147 (1982).
[CrossRef]

Phys. Scr. (1)

K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, Phys. Scr. 18, 405 (1978); also see K. G. Svantesson, N. G. Nilsson, J. Phys. C 12, 3837 (1979).
[CrossRef]

Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (1)

W. C. Young, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 479, 30 (1984).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Top, Transmission ratio versus gate fiber energies for a 63-μm Si wafer as shown in insert. Bottom, Typical laser pulse in ON versus OFF (i.e., with 4-μJ input applied on gate fiber) states.

Fig. 2
Fig. 2

Top, Inverter (NOT) gate with 2-μJ input. Bottom, NOR gate with 2-μJ input.

Fig. 3
Fig. 3

Exclusive OR gate (XOR) and 2-μJ input.

Fig. 4
Fig. 4

Top, AND gate transfer function. Bottom, Experimental geometry and results with 2-μJ input.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Δ n = - e 2 τ α ( T ) π 4 n m eh ω 2 0 h ν I 0 + α ( T ) σ eh ( T ) τ 2 π 8 C h ν n T I 0 2 ,
f eq a 0 2 / 2 d Δ n ,

Metrics