Abstract

An optical bistable system composed of coupled nonlinear elements is proposed. This system features optical bistability without hysteresis, which appears through pitchfork bifurcation. It is shown theoretically that a flip-flop operation and a complete set of logic-gate characteristics can be achieved easily on an all-optical basis.

© 1989 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J.-M. Liu, Y.-C. Chen, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 298 (1985).
  2. K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).
  3. A. Lattes, H. A. Haus, F. J. Leonberger, E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 1718 (1983).
  4. M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.
  5. J. H. Collet, M. Pugnet, in Optical Bistability, 1988 (Optical Society of America, Washington, D.C., 1988), paper WA3-1.
  6. S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).
  7. K. Otsuka, K. Ikeda, Opt. Lett. 12, 599 (1987).
  8. K. Otsuka, K. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 59, 194 (1987).
  9. M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).
  10. T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).
  11. S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).
  12. J.-P. Herman, P. W. Smith, J. Opt. Soc. Am. 70, 656 (1980).
  13. A. E. Kaplan, P. Meystre, Opt. Commun. 40, 229 (1982).
  14. K. Otsuka, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 10 (1982).

1987 (2)

K. Otsuka, K. Ikeda, Opt. Lett. 12, 599 (1987).

K. Otsuka, K. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 59, 194 (1987).

1985 (2)

J.-M. Liu, Y.-C. Chen, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 298 (1985).

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

1984 (1)

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

1983 (1)

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

1982 (4)

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

A. E. Kaplan, P. Meystre, Opt. Commun. 40, 229 (1982).

K. Otsuka, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 10 (1982).

1981 (1)

M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).

1980 (1)

J.-P. Herman, P. W. Smith, J. Opt. Soc. Am. 70, 656 (1980).

Cecchi, S.

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

Chen, Y.-C.

J.-M. Liu, Y.-C. Chen, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 298 (1985).

Collet, J. H.

J. H. Collet, M. Pugnet, in Optical Bistability, 1988 (Optical Society of America, Washington, D.C., 1988), paper WA3-1.

Gibbs, H. M.

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Giusfredi, G.

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

Haus, H. A.

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

Herman, J.-P.

J.-P. Herman, P. W. Smith, J. Opt. Soc. Am. 70, 656 (1980).

Ikeda, K.

K. Otsuka, K. Ikeda, Opt. Lett. 12, 599 (1987).

K. Otsuka, K. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 59, 194 (1987).

Inaba, H.

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

Ippen, E. P.

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

Ito, H.

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

Jewell, J. L.

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

Kaplan, A. E.

A. E. Kaplan, P. Meystre, Opt. Commun. 40, 229 (1982).

Kitano, M.

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).

Lattes, A.

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

Lee, Y. H.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Leonberger, F. J.

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

Liu, J.-M.

J.-M. Liu, Y.-C. Chen, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 298 (1985).

McGinnis, B. P.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Meystre, P.

A. E. Kaplan, P. Meystre, Opt. Commun. 40, 229 (1982).

Ogawa, T.

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).

Ogawa, Y.

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

Okamoto, T.

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

Okumura, K.

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

Olbright, G. R.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Otsuka, K.

K. Otsuka, K. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 59, 194 (1987).

K. Otsuka, K. Ikeda, Opt. Lett. 12, 599 (1987).

K. Otsuka, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 10 (1982).

Petriella, E.

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

Peyghambarian, N.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Pugnet, M.

J. H. Collet, M. Pugnet, in Optical Bistability, 1988 (Optical Society of America, Washington, D.C., 1988), paper WA3-1.

Salieri, P.

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

Smith, J.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Smith, P. W.

J.-P. Herman, P. W. Smith, J. Opt. Soc. Am. 70, 656 (1980).

Tai, K.

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

Tarng, S. S.

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

Venkatesan, T.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Warren, M.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Wilkens, B.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Yabuzaki, T.

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).

Yariv, A.

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

Appl. Phys. Lett. (1)

S. S. Tarng, K. Tai, J. L. Jewell, H. M. Gibbs, Appl. Phys. Lett. 40, 205 (1982).

IEEE J. Quantum Electron. (4)

J.-M. Liu, Y.-C. Chen, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 298 (1985).

K. Okumura, Y. Ogawa, H. Ito, H. Inaba, IEEE J. Quantum Electron. QE-21, 377 (1985).

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

K. Otsuka, IEEE J. Quantum Electron. QE-18, 10 (1982).

J. Opt. Soc. Am. (1)

J.-P. Herman, P. W. Smith, J. Opt. Soc. Am. 70, 656 (1980).

Opt. Commun. (1)

A. E. Kaplan, P. Meystre, Opt. Commun. 40, 229 (1982).

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. A (1)

T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, T. Ogawa, Phys. Rev. A 29, 1964 (1984).

Phys. Rev. Lett. (3)

S. Cecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, P. Salieri, Phys. Rev. Lett. 49, 1928 (1982).

K. Otsuka, K. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 59, 194 (1987).

M. Kitano, T. Yabuzaki, T. Ogawa, Phys. Rev. Lett. 46, 926 (1981); Phys. Rev. A 24, 3156 (1981).

Other (2)

M. Warren, Y. H. Lee, G. R. Olbright, B. P. McGinnis, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, T. Venkatesan, B. Wilkens, J. Smith, A. Yariv, in Optical Bistability III, H. M. Gibbs, N. Peyghambarian, P. Mandel, S. D. Smith, eds. (Springer-Verlag, New York, 1986), p. 39.

J. H. Collet, M. Pugnet, in Optical Bistability, 1988 (Optical Society of America, Washington, D.C., 1988), paper WA3-1.

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

Conceptual model of a proposed bistable optical system with coupled nonlinear elements.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Stationary solution versus input intensity. B = 0.5, ϕ0 = 4. (b) |Ēm|2 versus A22(A12) when A12(A22) is fixed at 1.7.

Fig. 3
Fig. 3

Flip-flop operation. A2 (bias) = 1.7, B = 0.5, ϕ0 = 4. Trigger-pulse intensity = 1.5.

Fig. 4
Fig. 4

Logic-gate operations, (a) AND and NAND, with A2,b2 = 0.4; (b) OR and NOR, with A2,b2 = 1.3; (c) EXCLUSIVE OR, with A2,b2 = 0.

Equations (8)

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

E 1 ( t ) = A 1 + B E 2 ( t L / c ) exp { i [ ϕ 2 ( t ) + ϕ 0 ] } ,
E 2 ( t ) = A 2 + B E 1 ( t L / c ) exp { i [ ϕ 1 ( t ) + ϕ 0 ] } ,
τ ϕ ˙ 1 ( t ) = ϕ 1 ( t ) + | E 1 ( t L / c ) | 2 ,
τ ϕ ˙ 2 ( t ) = ϕ 2 ( t ) + | E 2 ( t L / c ) | 2 .
| E ¯ 1 | 2 = [ A 1 + B | E ¯ 2 | cos ( | E ¯ 2 | 2 + ϕ 0 + ϕ 2 ) ] 2 + [ B | E ¯ 2 | sin ( | E ¯ 2 | 2 + ϕ 0 + ϕ 2 ) ] 2 ,
| E ¯ 2 | 2 = [ A 2 + B | E ¯ 1 | cos ( | E ¯ 1 | 2 + ϕ 0 + ϕ 1 ) ] 2 + [ B | E ¯ 1 | sin ( | E ¯ 1 | 2 + ϕ 0 + ϕ 1 ) ] 2 ,
ϕ 1 = tan 1 B | E ¯ 2 | sin ( | E ¯ 2 | 2 + ϕ 0 + ϕ 2 ) A 1 + B | E ¯ 2 | cos ( | E ¯ 2 | 2 + ϕ 0 + ϕ 2 ) ,
ϕ 2 = tan 1 B | E ¯ 1 | sin ( | E ¯ 1 | 2 + ϕ 0 + ϕ 1 ) A 2 + B | E ¯ 1 | cos ( | E ¯ 1 | 2 + ϕ 0 + ϕ 1 ) .

Metrics