DE60314745T2 - Integriertes optisches Verstärkungs- und Schaltmodul auf Halbleiterbasis - Google Patents

Integriertes optisches Verstärkungs- und Schaltmodul auf Halbleiterbasis Download PDF

Info

Publication number
DE60314745T2
DE60314745T2 DE60314745T DE60314745T DE60314745T2 DE 60314745 T2 DE60314745 T2 DE 60314745T2 DE 60314745 T DE60314745 T DE 60314745T DE 60314745 T DE60314745 T DE 60314745T DE 60314745 T2 DE60314745 T2 DE 60314745T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
optical waveguide
waveguide
layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60314745T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60314745D1 (de
Inventor
Shigeru Hachioji City Nakagawa
Haruhisa Hachioji City Soda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fibest Ltd
Original Assignee
Fibest Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fibest Ltd filed Critical Fibest Ltd
Publication of DE60314745D1 publication Critical patent/DE60314745D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60314745T2 publication Critical patent/DE60314745T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
    • G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/217—Multimode interference type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/127—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode travelling wave

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1) Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein optisches Modul und ein optisches Kommunikationssystem, die Insertionsverlust in einem optischen Übertragungsweg verringern können.
  • 2) Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Eine herkömmliche Technologie ist beispielsweise offenbart in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnr. 2003-163406 . 16 veranschaulicht, wie ein herkömmliches optisches Modul 300 montiert wird. Genauer gesagt, wird das optische Modul 300 zwischen optischen Fasern 301 und 302 angeordnet. Das optische Modul 300 beinhaltet die Linsen 303 und 304, eine optische Vorrichtung 305, Endabschnitte der optischen Fasern 301 und 302. Die optische Vorrichtung 305 kann ein optischer Modulator, ein optischer Schalter oder ein optischer Richtungskoppler mit einem optischen Wellenleiter sein.
  • Die optische Faser 301 leitet Licht zur optischen Vorrichtung 305. Deshalb wird die optische Faser 301 auf der "Einfallseite" bereitgestellt. Eine Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 ist mit einer Einfallebene 300a der optischen Vorrichtung 305 über die Linse 303 optisch gekoppelt.
  • Die optische Faser 302 leitet Licht von der optischen Vorrichtung 305 weg (d.h. das Licht fällt aus). Deshalb wird die optische Faser 302 auf der "Ausfallseite" bereitgestellt. Eine Einfallebene 302a der optischen Faser 302 ist mit einer Ausfallebene 300b der optischen Vorrichtung 305 über die Linse 304 gekoppelt.
  • Das von der Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 ausfallende Licht wird von der Linse 303 gebündelt und fällt in der Einfallebene 300a der optischen Vorrichtung 305 ein. Es pflanzt sich im optischen Wellenleiter (nicht dargestellt) der optischen Vorrichtung 305 fort.
  • Das von der Ausfallebene 300b der optischen Vorrichtung 305 ausfallende Licht wird von der Linse 304 gebündelt und fällt in der Einfallebene 302a der optischen Faser 302 ein. Es pflanzt sich in der optischen Faser 302 fort.
  • Der Insertionsverlust beim Einsetzen des optischen Moduls 300 zwischen die optische Faser 301 und die optische Faser 302 wird mit folgender Gleichung (1) ausgedrückt: Insertionsverlust = (Kopplungsverlust) + (Verlust in der optischen Vorrichtung) (1).
  • In Gleichung (1) steht der Kopplungsverlust für die Summe aus einem Verlust, der mit der optischen Kopplung zwischen der Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 und der Einfallebene 300a der optischen Vorrichtung 305 einhergeht, und einem Verlust, der mit der optischen Kopplung zwischen der Ausfallebene 300b der optischen Vorrichtung 305 und der Einfallebene 302a der optischen Faser 302 einhergeht. Der Verlust in der optischen Vorrichtung steht für einen Verlust, pflanzt sich Licht in der optischen Vorrichtung 305 fort.
  • Die optische Vorrichtung 305 wird herkömmlicherweise aus Lithiumniobat hergestellt, das den Vorteil hat, dass der Kopplungsverlust nur etwa 0,5 Dezibel beträgt. Es vergrößert aber die optische Vorrichtung 305 verglichen mit einer optischen Vorrichtung, die einen Halbleiter umfasst.
  • Der Insertionsverlust der optischen Vorrichtung 305 aus Lithiumniobat ist die Summe aus dem Kopplungsverlust (etwa 0,5 Dezibel) und dem Verlust in der optischen Vorrichtung (etwa 0,5 Dezibel), also etwa 1,0 Dezibel.
  • Seit kurzem stellt man die optische Vorrichtung 305 anstelle aus Lithiumniobat aus einem Halbleiter her und reagiert damit auf einen Bedarf an einem kleinen und dünnen optischen Modul 300 (bzw. einer optischen Vorrichtung 305).
  • Die Verwendung des Halbleiters ist vorteilhaft, weil die optische Vorrichtung 305 (das optische Modul 300) verglichen mit der optischen Vorrichtung aus Lithiumniobat klein und dünn gemacht werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass der Kopplungsverlust etwa 5,0 Dezibel erreicht. Wird die optische Vorrichtung 305 aus einem Halbleiter hergestellt, ist der Insertionsverlust des optischen Moduls 300 die Summe aus dem Kopplungsverlust (etwa 5,0 Dezibel) und dem Verlust in der optischen Vorrichtung (etwa 0,5 Dezibel), erreicht also etwa 5,5 Dezibel.
  • Anders gesagt, tritt das Problem auf, dass der Insertionsverlust um etwa 5,0 Dezibel steigt, wird die optische Vorrichtung 305 aus einem Halbleiter hergestellt. Der Grund dafür ist, dass mit der Verkleinerung die optische Mode in dem optischen Wellenleiter der optischen Vorrichtung 305 kleiner wird als bei der optischen Vorrichtung aus Lithiumniobat. Somit wird der Zeitverlust der optischen Kopplung größer.
  • Die Größe der optischen Mode steht für die halbe Breite, erreicht ein elektrisches Feld den Maximalwert 1/e, unter der Annahme, dass das elektrische Feld im optischen Wellenleiter (einschließlich der optischen Faser) nach einer Gauß-Verteilung verteilt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, zumindest die Probleme der herkömmlichen Technologie zu lösen.
  • Unter einem Aspekt der Erfindung wird ein optisches Modul bereitgestellt, das in einem optischen Übertragungsweg angeordnet ist, umfassend: eine optische Verstärkereinheit, die mit einem Halbleiter aufgebaut ist und Licht verstärkt, das von dem optischen Übertragungsweg einfällt; und ein mit einem Halbleiter aufgebautes optisches Element, welches das von der optischen Verstärkereinheit verstärkte Licht zum optischen Übertragungsweg weiterleitet und einen ersten optischen Wellenleiter umfasst, durch den Licht von der optischen Verstärkereinheit weitergeleitet wird, sowie einen zweiten optischen Wellenleiter, durch den sich Licht fortpflanzt, wobei der zweite optische Wellenleiter den ersten optischen Wellenleiter optisch kreuzt, so dass ein Kreuzungsabschnitt entsteht; dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element folgendes umfasst: eine erste Leitelektrode, die längs des ersten optischen Wellenleiters und des zweiten optischen Wellenleiters angeordnet ist; ein Paar erste Steuerelektroden, die längs des ersten optischen Wellenleiters derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die über die erste Leitelektrode eine Steuerspannung angelegt wird, die einen Kreuzungszustand steuert; eine zweite Leitelektrode, die derart angeordnet ist, dass sie der ersten Leitelektrode gegenüberliegt, und ein Paar zweite Steuerelektroden, die längs des zweiten optischen Wellenleiters derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die die Steuerspannung über die zweite Leitelektrode angelegt wird.
  • Unter einem anderen Aspekt der Erfindung enthält ein optisches Kommunikationssystem das optische Modul unter dem obigen Aspekt.
  • Glastre G. et al.: "Monolithic Integration of 2 x 2 Switch and Optical Amplifier with 0 dB Fibre to Fibre Insertion Loss Grown by LP-MOCVD", Electronics Letters, IEE Stevenage, GB, Bd. 29, Nr. 1., 7. Januar 1993, S. 124-126, offenbart ein optisches Modul, das in einem optischen Übertragungsweg angeordnet ist, umfassend: eine optische Verstärkereinheit, die mit einem Halbleiter aufgebaut ist und Licht verstärkt, das von dem optischen Übertragungsweg einfällt; und ein mit einem Halbleiter aufgebautes optisches Element, welches das von der optischen Verstärkereinheit verstärkte Licht zum optischen Übertragungsweg weiterleitet und einen ersten optischen Wellenleiter umfasst, durch den Licht von der optischen Verstärkereinheit weitergeleitet wird, sowie einen zweiten optischen Wellenleiter, durch den sich Licht fortpflanzt, wobei der zweite optische Wellenlei ter den ersten optischen Wellenleiter optisch kreuzt, so dass ein Kreuzungsabschnitt entsteht.
  • Von diesem Dokument wird jedoch nicht offenbart oder vorgeschlagen: die Verwendung einer ersten Leitelektrode, die längs des ersten optischen Wellenleiters und des zweiten optischen Wellenleiters angeordnet ist; eines Paars erster Steuerelektroden, die längs des ersten optischen Wellenleiters derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die über die erste Leitelektrode eine Steuerspannung angelegt wird, die einen Kreuzungszustand steuert; einer zweiten Leitelektrode, die derart angeordnet ist, dass sie der ersten Leitelektrode gegenüberliegt, und eines Paars zweiter Steuerelektroden, die längs des zweiten optischen Wellenleiters derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die die Steuerspannung über die zweite Leitelektrode angelegt wird.
  • Die weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden eingehenden Beschreibungen der Erfindung dargelegt oder werden aus diesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigt:
  • 1 ein optisches Kommunikationssystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht von einem Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitt;
  • 3 eine Aufsicht auf einen Richtungskoppler-Modulator;
  • 4 einen Querschnitt entlang der Linie 3A-3A in 3;
  • 5 eine Aufsicht auf einen anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 6 einen Querschnitt von noch einem anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 7 eine Aufsicht auf den Richtungskoppler-Modulator der 6;
  • 8 einen Querschnitt von noch einem anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 9 einen Querschnitt von noch einem anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 10 eine Aufsicht auf noch einen anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 11 eine Perspektivansicht von noch einem anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 12 eine Aufsicht auf noch einen anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 13 eine Aufsicht auf noch einen anderen Richtungskoppler-Modulator;
  • 14 ein optisches Kommunikationssystem nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 15 eine Aufsicht auf einen elektrischen Isolator und
  • 16 ein herkömmliches optisches Modul.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG
  • Anhand der Zeichnungen werden beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Moduls und des erfindungsgemäßen optischen Kommunikationssystems eingehend erläutert.
  • 1 zeigt ein optisches Kommunikationssystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Teile in dieser Figur, die gleiche oder ähnliche Funktionen erfüllen, wie die in 20 dargestellten Teile, sind mit denselben Bezugszeichen belegt. Das optische Kommunikationssystem nach der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten herkömmlichen optischen Kommunikationssystem darin, dass es ein optisches Modul 400 anstelle des optischen Moduls 300 enthält.
  • Das optische Modul 400 befindet sich zwischen der optischen Faser 301 und der optischen Faser 302. Es enthält einen Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitt 410, eine optische Vorrichtung 430, die Linsen 303 und 304, die Endabschnitte der optischen Fasern 301 und 302. Dieser Halbleiter-optische-Verstärkerabschnitt 410 befindet sich auf der "Einfallseite" und verstärkt Licht, das von einer Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 über die Linse 303 in die Einfallebene 410a einfällt. Der Halbleiter-optische-Verstärkerabschnitt 410 kann die Verstärkung beispielsweise irgendwo zwischen 0 und 15 Dezibel oder sogar noch mehr verändern. Nimmt man beispielsweise an, dass die Verstärkung des Halbleiter-optischen-Verstärkerab-schnitts 410 etwa 5,5 Dezibel beträgt, kann der Insertionsverlust des optischen Moduls 400 (etwa 5,5 Dezibel) kompensiert werden.
  • 2 ist eine Perspektivansicht des Halbleiter-optischen-Verstärkerab-schnitts der 1. In diesem Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitt 410 wurde eine untere Mantelschicht 412 aus InP(n) auf einem Substrat aus InP(n+) hergestellt.
  • Eine aktive Schicht 413 mit im Wesentlichen rechteckigem Grundriss wird auf der unteren Mantelschicht 412 hergestellt. Der Halbleiter-optische-Verstärkerab-schnitt 410 wird derart hergestellt, dass er die aktive Schicht 413 überdeckt. Er hat eine Schichtstruktur, die eine obere Mantelschicht 414 aus InP(p), eine Kontaktschicht 415, eine vergrabene Schicht 416 aus InP(p) und eine vergrabene Schicht 417 aus InP(n) umfasst.
  • Auf der Oberseite des Schichtkörpers 418 wird eine obere Elektrode 419 gebildet. Auf der Unterseite des Schichtkörpers 418 wird eine untere Elektrode 420 gebildet. Der Gleichstrom-Steuerabschnitt 421 ist mit der oberen Elektrode 419 und der unteren Elektrode 420 verbunden, so dass er einen Gleichstrom 1 in Vorwärtsrichtung von der oberen Elektrode 419 injiziert.
  • Siehe wiederum 1: Die optische Vorrichtung 430 ist ein optischer Modulator, ein optischer Schalter oder ein optischer Richtungskoppler mit einem optischen Wellenleiter und befindet sich auf der Ausfallseite des optischen Moduls 400. Das von dem Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitt 410 verstärkte Licht fällt in die optische Vorrichtung 430 ein. Das von der Ausfallebene 430a der optischen Vorrichtung 430 ausfallende Licht fällt zudem in die Einfallebene 302a der optischen Faser 302 ein.
  • Der Halbleiter-optische-Verstärkerabschnitt 410 und die optische Vorrichtung 430 umfassen jeweils einen Halbleiter und bilden das optische Modul 400.
  • Das von der Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 ausfallende Licht wird von der Linse 303 gebündelt und fällt in die Einfallebene 410a des Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitts 410 ein. Siehe 2: Weil von dem Gleichstrom-Steuerabschnitt 421 der Gleichstrom in Vorwärtsrichtung injiziert wird, wird das in die Einfallebene 410a einfallende Licht verstärkt, während es sich durch die aktive Schicht 413 des Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitts 410 fortpflanzt, und fällt in die optische Vorrichtung 430 ein, siehe 1.
  • Es kann die Bauweise einer optischen Blende verwendet werden, wobei ein Gleichstrom 1 in umgekehrter Richtung (oder ein Gleichstrom I in Vorwärtsrichtung, der einen festgelegten Wert nicht übersteigt) von dem Gleichstrom-Steuerabschnitt 421 injiziert wird, wodurch das sich durch die aktive Schicht 413 fortpflanzende Licht abgeschwächt wird.
  • Das Licht pflanzt sich in dem optischen Wellenleiter (nicht gezeigt) der optische Vorrichtung 430 fort. Nachdem es von der Ausfallebene 430a ausgefallen ist, wird es von der Linse 304 gebündelt und fällt in die Einfallebene 302a der optischen Faser 302 ein und pflanzt sich in der optischen Faser 302 fort.
  • Der Insertionsverlust beim Einsetzen des optischen Moduls 400 zwischen die optische Faser 301 und die optische Faser 302 wird durch folgende Gleichung (2) ausgedrückt: Insertionsverlust = (Kopplungsverlust) + (Verlust in der optischen Vorrichtung) – (Verstärkung) (2).
  • In Gleichung (2) steht der Kopplungsverlust für eine Summe aus einem Verlust in Verbindung mit optischer Kopplung zwischen der Ausfallebene 301a der optischen Faser 301 und der Einfallebene 410a des Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitts 410 und einem Verlust in Verbindung mit optischer Kopplung zwischen der Ausfallebene 430a der optischen Vorrichtung 430 und der Einfallebene 302a der optischen Faser 302. Er beträgt etwa 5,0 Dezibel. Der Verlust in der optischen Vorrichtung steht für einen Verlust beim Weiterleiten des Lichts in der optischen Vorrichtung 430 und beträgt etwa 0,5 Dezibel. Der Verstärkungsfaktor steht für den optischen Verstärkungsfaktor in dem Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitt 410 und wird in einem Bereich von 0 bis 15 Dezibel oder sogar noch mehr verändert.
  • Wird angenommen, dass der Verstärkungsfaktor des Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitts 410 5,5 Dezibel beträgt, wird der Insertionsverlust zu etwa 0 Dezibel ((etwa 5,0 Dezibel) + (etwa 0,5 Dezibel) – (etwa 5,5 Dezibel)). D.h. der Insertionsverlust wird vollständig kompensiert. Indem der Verstärkungsfaktor des Halbleiter-optischen-Verstärkerabschnitts 410 höher als 5,5 Dezibel gemacht wird, kann von dem optischen Modul 400 insgesamt ein Verstärkungsfaktor von nicht weniger als einigen Dezibel erhalten werden.
  • Anhand der 3 bis 12 werden jetzt spezielle Beispiele für die in 1 dargestellt optische Vorrichtung 430 erläutert.
  • 3 zeigt eine Aufsicht von einem Richtungskoppler-Modulator 100 als Beispiel für die optische Vorrichtung 430. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3A-3A in 3.
  • Der aus den optischen Wellenleitern 32, 33 gebildete optische Modulator enthält einen Abschnitt, der als erster Richtungskoppler 27 definiert ist, einen als Kreuz-Wellenleiter 28 definierten Abschnitt und einen als zweiter Richtungskoppler 29 definierten Abschnitt. Die Richtungskoppler sind jeweils der delta-beta-Typ mit zwei Wellenleitern mit einer spezifischen gewünschten Kopplungslänge. Die beiden optischen Wellenleiter 32, 33 kreuzen einander in dem mittleren Segmenten 43, 44, die dem Kreuz-Wellenleiter 28 entsprechen, siehe 3. Genauer gesagt, ist der obere Ausgang des ersten Richtungskopplers 27 bei 45 mit dem unteren Eingang des zweiten Richtungskopplers 29 bei 48 verbunden. Ebenso ist der untere Ausgang des ersten Richtungskopplers 27 bei 49 mit dem oberen Eingang des zweiten Richtungskopplers 29 bei 51 verbunden. In diesem mittleren Abschnitt arbeiten die beiden Wellenleiterabschnitte 43, 44 nicht als Richtungskoppler. Die Wanderwellen-Elektroden 30, 31 haben keine Biegung oder Überkreuzung. Die beiden Wanderwellen-Elektroden 30, 31 sind direkt ohne Verlust gekoppelt. Der erste Richtungskoppler 27 hat die Elektroden 39 und 40, der zweite Richtungskoppler 29 die Elektroden 41 und 42.
  • Wie ein herkömmlicher Richtungskoppler-Modulator des reversen-delta-beta-Typs kann der optische Richtungsmodulator 100 den Kreuz- und den Schienenstatus über ein Eingabespannungssignal steuern. Es müssen keine zwei Eingabesignale mit entgegen gesetzter Polarität verwendet werden. Es sollte zudem beachtet werden, dass die Erfindung einen Antrieb mit einem Eingabesignal und eine Wanderwellen-Elektrodenbauweise ermöglicht.
  • Der optische Richtungskoppler-Modulator 100 arbeitet wie folgt. Bei der Übertragung wird ein elektrisches Feld an die Elektroden 39, 40, 41, 42 an dem Richtungskoppler-Wellenleiter über einen Satz von Luftbrücken 63, 64, 163, 164 angelegt, so dass ein delta-beta-Betriebsmodus erreicht wird. In diesem Zustand sind die Polaritäten des ersten und des zweiten Richtungskoppler-Modulators gleich (anders als bei dem herkömmlichen Richtungskoppler-Modulator des reversen-delta-beta-Typs). Ist die Gesamtlänge des ersten und zweiten Richtungskopplers größer als die Kopplungslänge des Richtungskopplers und kürzer als das Dreifache der Kopplungslänge, kann Pfadwechsel effektiv erreicht werden. Bei der Vorspannung Vb für kleine Phasenverschiebungen wird das einfallende Licht von einem oberen Wellenleiter 34 mit jeweils 50% Eingabeleistung in den oberen und unteren Wellenleiter am Ende des ersten Richtungskopplers aufgespalten. Siehe 3: Durch Einsatz eines Kreuz-Wellenleiters 28 können die elektrischen Signalpolaritäten des ersten und zweiten Richtungskopplers 27, 29 gleich gehalten werden. Die Erfindung beseitigt RF-Signalüberkreuzung und verbessert die RF-Leistung. Bei dem erfindungsgemäßen Modulator bewegt sich das ausfallende Licht nur in dem oberen Wellenleiter 35 bei der Vorspannung Vb. Beträgt die Vorspannung dagegen Vc, kehrt aufgrund einer größeren Phasenverschiebung das einfallende Licht eines oberen Wellenleiters 34 nur zu dem oberen Wellenleiter am Ende des ersten Richtungskopplers zurück. Nach Weiterleiten von Licht in dem kreuzenden Wellenleiter pflanzt sich das Licht in den unteren Wellenleiter des zweiten Richtungskopplers fort. Siehe 3: Im zweiten Richtungskoppler wird ebenfalls die Vorspannung Vc angelegt. Dann kehrt das ausfallende Licht am Ende des zweiten Richtungskopplers zum unteren Wellenleiter 36 zurück. Somit können sowohl Schienen- als auch Kreuzzustände bei hoher Fabrikationstoleranz der Strukturparameter vollständig durch Signalspannungen gesteuert werden. Vorzugsweise müssen die Längen der in 3 dargestellten Elektroden 39, 40, 41, 42 kürzer als die Wellenlänge des elektrischen Signals durch die Wanderwellen- Elektroden 30, 31 sein, weil längere Elektroden die Wanderwelleneigenschaften stark beeinträchtigen und einen großen Übertragungsverlust bewirken.
  • 5 zeigt eine Aufsicht auf einen Richtungskoppler-Modulator 102, der dieses Problem löst, als weiteres spezielles Beispiel für die optische Vorrichtung 430.
  • Siehe 5: Die Elektroden werden geteilt und an den jeweiligen Richtungskoppler als zwei Sätze von Dreifachsegmenten 43, 44 und 45, 46 elektrisch angeschlossen. Jedes Elektrodensegment ist unabhängig über eine Luftbrücke 63, 64 mit äußeren Wanderwellen-Elektrodenstreifen 47, 48 verbunden.
  • Ein elektrisches Antriebssignal von dem Signalgenerator 49 wird jeweils an den Eingang der Wanderwellen-Elektroden 47, 48 angelegt und dann jeweils zu den Elektroden 43, 44, 45, 46 über die entsprechende Wanderwellen-Elektrode 47, 48 und die Luftbrücke 63, 64 weitergeleitet. Das elektrische Signal wird von einem Lastwiderstand 50 terminiert.
  • Die Topologie des optischen Wellenleiters entspricht derjenigen in 3. Der erste Richtungskoppler 51, der Kreuz-Wellenleiterbereich 52 und der zweite Richtungskoppler 53 sind in Form einer Kaskade verbunden.
  • So wird in den Einfall-Wellenleiter 54 eingekoppeltes einfallendes Licht mithilfe der Eingabesignalspannung auf den Ausfall-Wellenleiter 55 oder 56 geschaltet.
  • Diese Bauweise führt zu elektrischer Übertragung mit kleinem Verlust, wenn der Modulator verglichen mit der Wellenlänge des Signals von Interesse lang ist. Auf Basis einer ähnlichen Bauweise kann die Eingabeimpedanz sogar bei einem längeren Modulator bei einem gewünschten Wert gehalten werden (üblicherweise 50 Ohm).
  • 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Richtungskoppler-Modulator 104 als noch ein weiteres spezielles Beispiel für die optische Vorrichtung 430. 7 zeigt eine Aufsicht auf den Richtungskoppler-Modulator der 6.
  • Der optische Wellenleiter setzt eine Kamm-Wellenleiterstruktur ein. Eine N-Mantelschicht 57, eine innere Kern-(im folgenden "I-Kern-")Schicht 58 und eine P-Mantelschicht 59, die als Elektrode dient, befinden sich auf einem Substrat 60. Die elektrischen Signale werden von den Wanderwellen-Elektroden 30, 31 über die Luftbrücken 63, 64 in die P-Mantelschicht eingespeist. Aufgrund der Luftbrückenstruktur kann die Antriebsspannung minimiert werden, indem man das elektrische Feld auf den I-Typ-Bereich beschränkt hält. Die N-Typ-Schicht wird für die Gleichstrom-Vorspannung vorzugsweise gegenüber beiden Außenelektroden vollständig erdefrei gehalten. Die Elektrode ist von der N-Typ-Schicht getrennt und direkt mit der P-Typ-Schicht gekoppelt. Anstelle einer Luftbrücke könnte man zwar eine Isolierschicht einsetzen, aber deren Dicke müsste viel größer sein als es bei dem ausgewählten Halbleiterherstellungsverfahren machbar wäre. Aus diesem Grund ist die Luftbrückenstruktur bevorzugt. Die durch die Bereiche 65 dargestellten optischen Strahlen werden durch den höheren Brechungsindex in der Struktur der Schicht 58 auf die I-Kern-Schicht 58 beschränkt, sie können jedoch mit dem benachbarten Wellenleiter über die N-Mantelschicht 57 koppeln. Dagegen konzentriert sich ein Mikrowellensignal von den Wanderwellen-Elektroden 30, 31, das durch die Luftbrücken 63, 64 eingespeist wird, aufgrund der P-I-N-Struktur nur in der I-Kern-Schicht 58 jedes Wellenleiters. Eine Überlappung zwischen der optischen Intensität und der Mikrowellensignalintensität in der I-Kern-Schicht erhöht und verringert somit die Antriebsspannung, wird die Kopplungslänge eingestellt.
  • 8 ist eine Modifikation der Struktur der 6 bei einer weiteren Ausführungsform, bei der keine Kammstruktur vorliegt.
  • Die kammlose Struktur beinhaltet eine gemeinsame I-Kern-Schicht 58, die sich über und auf der gemeinsamen N-Mantelschicht 57 erstreckt. Das Entfernen eines Teils der I-Kern-Schicht 58 zwischen den Brücken ist nicht notwendig. Zudem erfolgt die optische Kopplung direkt in dieser Schicht. Es sollte beachtet werden, dass die Kopplungsstärke zwischen den beiden Wellenleitern festgelegt werden kann, indem die Trennung zwischen den beiden Wellenleitern festgelegt wird. Die optische Beschränkung auf die I-Kern-Schicht 58 kann recht hoch gehalten werden.
  • 9 ist ein Querschnitt von einem Richtungskoppler-Modulator 106 als noch ein weiteres spezielles Beispiel für die optische Vorrichtung 430.
  • Die Wellenleiterstruktur des Richtungskoppler-Modulators 106 ist eine vergrabene Hetero-Struktur (buried hetero, BH). Eine N-Mantelschicht 66, eine I-Kern-Schicht 67 und eine P-Mantelschicht 68 werden auf das Substrat 60 aufgebracht. Die Seitenbereiche der I-Kern-Schicht sind durch eine halbisolierende Mantelschicht 70 vollständig vergraben. Die elektrischen Signale werden von den Wanderwellen-Elektroden 71, 72 über die Luftbrücken 73, 74 eingespeist. Der durch die Bereiche 75 dargestellte optische Strahl wird durch den höheren Brechungsindex in der Struktur 67 auf die I-Kern-Schicht 67 beschränkt und kann mit dem benachbarten Wellenleiter über die halbisolierende vergrabene Mantelschicht 70 koppeln.
  • Dagegen konzentriert sich ein Mikrowellensignal von den Wanderwellen-Elektroden 70, 71, das durch die Luftbrücken 73, 74 eingespeist wird, aufgrund der P-I-N-Struktur und der vergrabenen Schichten nur in der I-Kern-Schicht 67 jedes Wellenleiters. Somit erhöht und verringert eine Überlappung zwischen der optischen Intensität und der Mikrowellensignalintensität in der I-Kern-Schicht die Antriebsspannung, wird die Kopplungslänge durch Verändern der Trennung eines Paars optischer Wellenleiter eingestellt.
  • Verglichen mit der Kamm-Wellenleiterstruktur ist die optische BH-Wellenleiterstruktur komplizierter, zeigt aber aufgrund der engen Lichtbeschränkung optisch einen kleineren Insertionsverlust.
  • 10 zeigt eine Aufsicht auf einen Richtungskoppler-Modulator 112 als noch ein weiteres spezielles Beispiel für die optische Vorrichtung 430.
  • In dem Kopplungsbereich werden ein einfacher X-Typ-Kreuz-Wellenleiter 80 und gebogene Wellenleiter 81, 82 verwendet. Bei dieser Struktur wird ein wellenlängenunabhängiger Kreuz-Wellenleiter erhalten unter Verwendung einer vergleichsweise einfachen Struktur, weil die erforderlichen Wellenleiterstrukturparameter für Richtungskoppler und 2x2-MMI-Koppler nicht genau eingehalten werden müssen.
  • 11 zeigt eine (nicht maßstabsgetreue) perspektivische Ansicht von einem Richtungskoppler-Modulator 114 als noch ein weiteres spezifisches Beispiel für die optische Vorrichtung 430. Die Wanderwellen-Transmission wird durch die Wechselwirkung jeder Elektrode an dem optischen Wellenleiter erheblich beeinflusst. Zur Aufrechterhaltung guter Wanderwellen-Transmissionseigenschaften kann man die Wechselwirkung dieser Elektroden beseitigen. Besteht nicht genügend Isolation, wird leicht eine Rückwärtstransmission induziert, welche den elektrischen Gewinn verschlechtert. Dies legt nahe, dass jede Elektrode elektrisch isoliert werden sollte.
  • Die P-Mantelschichten 83, 84 werden nur unter den Elektroden 131, 132, 133, 134 abgelagert. Unerwünschtes P-Mantelschicht-Material zwischen den Elektroden auf dem optischen Wellenleiter wird entfernt. So lässt sich ein Strom zwischen den Elektroden gut unterdrücken und die normalerweise von einem solchen Leckstrom stammende Wechselwirkung wird vermieden.
  • Dagegen kann sich ein optischer Strahl in den I-Kern-Schichten 85 und 86 und der N-Mantelschicht 66 auf dem Substrat in diesem Bereich ohne großen optischen Verlust fortpflanzen.
  • 12 zeigt eine Aufsicht auf einen Richtungskoppler-Modulator 116 als noch ein weiteres spezifisches Beispiel für die optische Vorrichtung 430.
  • Es müssen keine zwei Richtungskoppler 87, 88 bereitgestellt werden, die als delta-beta-geschalteter Richtungskoppler arbeiten. Das Ausmaß der Brechungsänderung der Wellenleiter sollte bei allen Richtungskopplern gleich und die Polarität entgegengesetzt sein. So sollte die Änderung im elektrischen Feld der elektrooptischen I-Kern- Schicht (nicht dargestellt) derart geregelt werden, dass die gewünschten Brechungsindexänderungen erhalten werden.
  • Die Änderung im elektrischen Feld kann durch die Elektroden 39, 40, 41, 42 induziert werden, die mit äußeren Wanderwellen-Elektroden 89, 90 verbunden sind. Der Richtungskoppler-Modulator 116 basiert jedoch auf einer P-I-N-Halbleiterstruktur und hat eine Diodenkennlinie.
  • Eine Blas-Elektrode 91 wird auf einer N+-Elektrodenschicht 92 abgelagert, die ihrerseits ebenfalls unterhalb des gesamten optischen Wellenleiters abgelagert ist. Daher bewirkt die Bias-Elektrode 91, dass sich alle Wellenleiter während der Modulationsmode in einem negativen Vorspannungsbereich einer Diodenkennlinie befinden. Es sollte beachtet werden, dass die von der Bias-Elektrode angelegte Spannung für den negativen Vorspannungszustand halb so groß ist wie das RF-Eingabesignal von dem Signalgenerator 93.
  • 13 zeigt eine Aufsicht auf einen Richtungskoppler-Modulator 117 als noch ein weiteres spezifisches Beispiel für die optische Vorrichtung 430.
  • Der Richtungskoppler-Modulator 117 enthält einen Abschwächer 200 auf einer Ausgabeseite der in 12 gezeigten Struktur.
  • Der Abschwächer 200 enthält die optischen Wellenleiter 201, 202, die auf einer P-Schicht (nicht dargestellt) abgelagerte Elektrode 203 des optischen Wellenleiters 202 und die N+-Elektrodenschicht, die unterhalb der optischen Wellenleiter 201, 202 abgelagert ist. Eine variable Gleichspannungsquelle 205 legt eine Spannung an die Elektrode 203 an. Die Länge des optischen Wellenleiters 202 beträgt beispielsweise eine gerades Vielfaches der Kopplungslänge (= π/(2κ)).
  • Beträgt die Spannung zwischen der N+-Elektrode und der Elektrode 203 0 Volt, wird das Licht, das sich durch den optischen Wellenleiter 201 fortpflanzt, so ausgegeben wie es ist. Besteht eine andere Spannung als 0 Volt, wird ein Teil des Lichts, das sich durch den optischen Wellenleiter 201 fortpflanzt, von dem optischen Wellenleiter 202 ausgegeben. Anders gesagt, besteht eine andere Spannung als 0 Volt, wird die Lichtauskopplung von dem optischen Wellenleiter 201 abgeschwächt. Das Ausmaß der Abschwächung hängt von der an der Elektrode 203 anliegenden Spannung ab. Die Spannung wird derart angelegt, dass das von dem optischen Wellenleiter 201 ausfallende Licht die Anforderungen des optischen Kommunikationssystems (nicht dargestellt) erfüllt, das mit dem Wellenlängenleiter 201 verbunden ist.
  • Weil die Elektrode 203 von dem optischen Wellenleiter 201 getrennt ist, hat sie keine nachteilige Wirkung auf die Elektrode 41. Anders gesagt, hat der Richtungskoppler-Modulator 117 gute Modulationseigenschaften.
  • Die Länge des optischen Wellenleiters 202 kann ein ungerades Vielfaches der Kopplungslänge sein. Weil die Lichtauskopplung durch Regeln der Spannung geregelt werden kann, muss die Länge des optischen Wellenleiters 202 kein ganzzahliges Vielfaches der Kopplungslänge sein. Außerdem kann Licht von dem optischen Wellenleiter 202 anstelle von dem optischen Wellenleiter 201 ausfallen. 13 verdeutlicht zudem, dass die Elektrode 203 auf der Oberseite bereitgestellt wird. Sie kann sich aber auch auf der Unterseite befinden. Zudem kann Licht anstelle von dem optischen Wellenleiter 201 von einem optischen Wellenleiter 204 ausfallen, der eine Verlängerung des optischen Wellenleiters 33 ist. Der Abschwächer 200 kann zudem auf einer Einfallseite der in 12 dargestellten Struktur positioniert werden. Der in 16 gezeigten Struktur zufolge können Benutzer durch einfaches Ändern der Gleichspannung zwei Chirp-Parameter von einem Ausgang erhalten.
  • Wie erläutert, wird nach der ersten Ausführungsform das von der optischen Faser 301 einfallende Licht von dem Halbleiter-optischen Verstärkungsabschnitt 410 verstärkt, das verstärkte Licht kann sich fortpflanzen und fällt von der optischen Vorrichtung 430 an die optische Faser 302 aus. Dadurch wird der Insertionsverlust in Bezug auf den optischen Übertragungsweg (die optische Faser) kleiner.
  • Zudem wird ein Gleichstrom in umgekehrter Richtung oder ein Gleichstrom in Vorwärtsrichtung und nicht höher als ein festgelegter Wert von dem Gleichstrom-Steuerabschnitt 421 injiziert (siehe 2), wodurch die optische Abschwächung geregelt wird. Deshalb kann das erfindungsgemäße optische Modul auch als wertvoller optischer Abschwächer oder als optische Blende dienen.
  • 14 verdeutlicht ein optisches Kommunikationssystem nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur sind Teile, die dieselben oder ähnliche Funktionen ausfüllen oder dieselbe oder eine ähnliche Bauweise haben wie die in 1 dargestellten Teile, mit gleichen Bezugszeichen belegt. Das optische Kommunikationssystem der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem herkömmlichen optischen Kommunikationssystem nach der ersten Ausführungsform darin, dass es ein optisches Modul 500 anstelle des optischen Moduls 400 hat.
  • Das optische Modul 500 enthält einen elektrischen Isolator 510 zwischen dem Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitt 410 und der optischen Vorrichtung 430. Der e lektrische Isolator 510 isoliert den Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitt 410 elektrisch von der optischen Vorrichtung 430, koppelt ihn aber optisch mit dieser.
  • 15 ist eine Aufsicht auf den elektrischen Isolator 510. Dieser enthält ein Paar optische Wellenleiter 511 und 512, die parallel zueinander angeordnet sind. Der optische Wellenleiterteil, in dem das Paar optische Wellenleiter parallel zueinander und nahe beieinander angeordnet ist, so dass eine elektrische Überkreuz-Richtungskopplung erzeugt wird, ist ein Kreuz-Richtungskoppler 510a.
  • Das von dem Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitt 410 verstärkte Licht fällt am Einfallende 511a des optischen Wellenleiters 511 ein, pflanzt sich durch den optischen Wellenleiter 511 fort, kreuzt bei dem Kreuz-Richtungskoppler 510a und pflanzt sich durch den optischen Wellenleiter 512 fort. Das an einem Ausfallende 512a des optischen Wellenleiters 512 ausfallende Licht wird in die optische Vorrichtung 430 eingeleitet.
  • Im dem optischen Modul der zweiten Ausführungsform isoliert der elektrische Isolator 510 den Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitt 410 elektrisch von der optischen Vorrichtung 430, koppelt ihn aber optisch damit. Somit kann eine stabile Regelung hinsichtlich des Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitts 410 und der optischen Vorrichtung 430 unabhängig vorgenommen werden.
  • Die Bauweise des Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitts 410 ist nicht auf die in 2 dargestellte beschränkt. Jede andere Bauweise kann genauso eingesetzt werden, die eine ähnliche optische Verstärkung (optische Abschwächung) erzielen kann.
  • Erfindungsgemäß wird der Insertionsverlust auf dem optischen Übertragungsweg kleiner und die optischen Kommunikationen können schneller erfolgen. Zudem kann das optische Modul sogar einen wertvollen optischen Abschwächer oder eine optische Blende besitzen, das optische Modul kann mit einem einfacheren Verfahren hergestellt werden und das optische Modul ist klein und kompakt. Zudem können Leckströme unterdrückt und die Wechselwirkung aufgrund solcher Leckströme kann vermieden werden. Das optische Modul lässt sich als variabler optischer Abschwächer einsetzen, der Licht mithilfe einer Änderung des Brechungsindex abschwächt, eine stabile Regelung kann hinsichtlich des Halbleiter-optischen Verstärkerabschnitts 410 und der optischen Vorrichtung 430 unabhängig vorgenommen werden.
  • Die Erfindung wird zwar in Bezug auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben, damit die Offenbarung vollständig und klar ist, aber die beigefügten Patentansprüche sollen nicht derart beschränkt sein, sondern sollen so aufgefasst werden, dass sie alle Modifikationen und alternativen Bauweisen verkörpern, die unter die hier dargelegte grundlegende Lehre fallen und auf die der Fachmann kommen kann.

Claims (16)

  1. Optisches Modul (400; 500), das in einem optischen Übertragungsweg angeordnet ist, umfassend: eine optische Verstärkereinheit (410), die mit einem Halbleiter aufgebaut ist und Licht verstärkt, das von dem optischen Übertragungsweg (301) einfällt; und ein mit einem Halbleiter aufgebautes optisches Element (430), welches das von der optischen Verstärkereinheit (410) verstärkte Licht zum optischen Übertragungsweg (302) weiterleitet und einen ersten optischen Wellenleiter (32) umfasst, durch den Licht von der optischen Verstärkereinheit (410) weitergeleitet wird, sowie einen zweiten optischen Wellenleiter (33), der den optischen Wellenleiter (32) optisch kreuzt, so dass ein Kreuzungsabschnitt entsteht; und eine erste Leitelektrode (30), die längs des ersten optischen Wellenleiters (32) und des zweiten optischen Wellenleiters (33) angeordnet ist; ein Paar erste Steuerelektroden (39, 41), die längs des ersten optischen Wellenleiters (32) derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die über die erste Leitelektrode (30) eine Steuerspannung angelegt wird, die einen Kreuzungszustand steuert; eine zweite Leitelektrode (31), die derart angeordnet ist, dass sie der ersten Leitelektrode (30) gegenüberliegt; ein Paar zweite Steuerelektroden (40, 42), die längs des zweiten optischen Wellenleiters (33) derart angeordnet sind, dass sie einander mit dem Kreuzungsabschnitt zwischen sich gegenüberliegen, und an die die Steuerspannung über die zweite Leitelektrode (31) angelegt wird.
  2. Optisches Modul (400; 500) nach Anspruch 1, wobei die optische Verstärkereinheit (410) eine Gleichstrom-Steuereinheit (421) enthält, die die optische Verstärkung durch Injizieren eines Gleichstroms in Vorwärtsrichtung steuert.
  3. Optisches Modul (400; 500) nach Anspruch 2, wobei die Gleichstrom-Steuereinheit (421) die optische Abschwächung steuert durch Injizieren eines Gleichstroms in umgekehrter Richtung oder eines Gleichstroms in Vorwärtsrichtung und nicht oberhalb eines zuvor festgelegten Werts.
  4. Optisches Modul (400; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Leitelektrode (30) und die zweite Leitelektrode (31) derart angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei der erste optische Wellenleiter (32) und der zweite optische Wellenleiter (33) dazwischen angeordnet sind.
  5. Optisches Modul (400; 500) nach Anspruch 4, wobei die erste Leitelektrode (30) und die zweite Leitelektrode (31) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
  6. Optisches Modul (400; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste optische Wellenleiter (32) und der zweite optische Wellenleiter (33) in einem physikalisch festen Kreuzungszustand angeordnet sind.
  7. Optisches Modul (400; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kreuzungsabschnitt einen 2-x-2-Mehrmoden-Interferenz-Koppler bildet.
  8. Optisches Modul (400; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kreuzungsabschnitt einen X-Kreuzungswellenleiter bildet.
  9. Optisches Modul (400; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste optische Wellenleiter (32) und der zweite optische Wellenleiter (33) im Kreuzungsabschnitt im Wesentlichen parallel zueinander und nahe beieinander angeordnet sind.
  10. Optisches Modul (400; 500) nach Anspruch 9, wobei ein Spalt zwischen dem ersten optischen Wellenleiter (32) und dem zweiten optischen Wellenleiter (33) im Kreuzungsabschnitt schmaler ist als ein Spalt zwischen dem ersten optischen Wellenleiter (32) und dem zweiten optischen Wellenleiter (33) in anderen Abschnitten als dem Kreuzungsabschnitt.
  11. Optisches Modul (400; 500) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Steuerelektrode und die zweite Steuerelektrode jeweils in Längsrichtung in eine Mehrzahl Stücke (43, 44, 45, 46) unterteilt sind.
  12. Optisches Modul (400; 500) nach Anspruch 11, wobei der erste optische Wellenleiter (32) und der zweite optische Wellenleiter (33) jeweils eine PIN-Struktur, bei der eine I-Kernschicht zwischen eine P-Mantelschicht und eine N-Mantelschicht eingebracht ist, in anderen Abschnitten aufweisen als den Abschnitten zwischen und unmittelbar unterhalb der Steuerelektrodenstücke, die in Längsrichtung nebeneinander liegen, wobei das entsprechende Steuerelektrodenstück sich auf der P-Schicht befindet, der optische Wellenleiter in einem Abschnitt zwischen und unmittelbar unter den Steuerelektrodenstücken, die in Längsrichtung nebeneinander liegen, eine Struktur besitzt, bei der die P-Schicht aus der PIN-Struktur entfernt worden ist, und die N-Schicht der PIN-Struktur eine Schicht ist, die dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter gemeinsam ist.
  13. Optisches Modul (400; 500) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste optische Wellenleiter (32) und der zweite optische Wellenleiter (33) jeweils die PIN-Struktur des dreischichtigen Typs oder des vergrabenen-I-Schicht-Typs aufweisen, wobei im Fall des dreischichtigen Typs die erste Steuerelektrode und die zweite Steuerelektrode sich auf der P-Schicht des ersten optischen Wellenleiters bzw. des zweiten optischen Wellenleiters befinden, und im Fall des vergrabenen I-Schicht-Typs die erste Steuerelektrode und die zweite Steuerelektrode sich auf der I-Schicht des ersten optischen Wellenleiters bzw. des zweiten optischen Wellenleiters befinden, die N-Schicht des ersten optischen Wellenleiters und des zweiten optischen Wellenleiters abgelagert sind und der erste optische Wellenleiter und der zweite optische Wellenleiter eine gemeinsame N+-Schicht besitzen, an die eine Gleichstrom-Bias-Spannung angelegt wird.
  14. Optisches Modul (400; 500) nach einem vorhergehenden Anspruch, das zudem einen optischen Abschwächer des Richtungskoppler-Typs umfasst mit einem dritten optischen Wellenleiter, der gebildet wird durch Verlängern von mindestens einem aus dem ersten optischen Wellenleiter und dem zweiten optischen Wellenleiter; einem vierten optischen Wellenleiter, der parallel mit und nahe bei dem dritten optischen Wellenleiter angeordnet ist, so dass es zwischen dem dritten optischen Wellenleiter und dem vierten optischen Wellenleiter zu optischer Kopplung kommt; und einer dritten Steuerelektrode, die längs des vierten optischen Wellenleiters angeordnet ist, wodurch der Brechungsindex der Kernschicht mittels Anlegen eines elektrischen Feldes an die Kernschicht in dem vierten optischen Wellenleiter verändert werden kann.
  15. Optisches Modul (500) nach einem vorhergehenden Anspruch, das zudem einen elektrische Isolator (510) umfasst, der die optische Verstärkereinheit (410) und das optische Element (430) elektrisch isoliert, aber optisch koppelt.
  16. Optisches Kommunikationssystem mit dem optischen Modul (400; 500) nach einem vorhergehenden Anspruch.
DE60314745T 2003-08-14 2003-11-27 Integriertes optisches Verstärkungs- und Schaltmodul auf Halbleiterbasis Expired - Lifetime DE60314745T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003207575 2003-08-14
JP2003207575A JP2005064051A (ja) 2003-08-14 2003-08-14 光モジュールおよび光通信システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60314745D1 DE60314745D1 (de) 2007-08-16
DE60314745T2 true DE60314745T2 (de) 2008-04-10

Family

ID=33562593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60314745T Expired - Lifetime DE60314745T2 (de) 2003-08-14 2003-11-27 Integriertes optisches Verstärkungs- und Schaltmodul auf Halbleiterbasis

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7911686B2 (de)
EP (1) EP1507166B1 (de)
JP (1) JP2005064051A (de)
DE (1) DE60314745T2 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007206127A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Nec Corp 光反射器、及びそれを用いた光共振器、並びにそれを用いたレーザ
JP2010050135A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Nec Corp 半導体光集積素子および光通信装置
JP5223638B2 (ja) 2008-12-05 2013-06-26 住友電気工業株式会社 光受信モジュールの制御方法
US8290376B2 (en) 2008-12-05 2012-10-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical receiver for the WDM system and the method for controlling the same
EP2521227B1 (de) * 2011-05-04 2016-09-07 Alcatel Lucent Optische Halbleiterverstärkervorrichtung und optischer Matrixschalter
EP3114515A4 (de) * 2014-03-07 2017-11-29 Skorpios Technologies, Inc. Direktionaler halbleiter-wellenleiter-koppler
US10003173B2 (en) 2014-04-23 2018-06-19 Skorpios Technologies, Inc. Widely tunable laser control
USD769230S1 (en) * 2015-01-22 2016-10-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical repeater
CN107346047B (zh) * 2016-05-04 2020-04-21 华为技术有限公司 一种光开关
JP2022522796A (ja) 2019-03-01 2022-04-20 ネオフォトニクス・コーポレイション シリコンフォトニクス外部共振器型同調可能レーザの波長制御のための方法

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2443038C2 (de) * 1974-09-09 1984-01-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektrooptischer Schalter und Modulator für sich kreuzende oder verzweigende optische Wellenleiter
US4201442A (en) * 1978-10-02 1980-05-06 Sperry Corporation Liquid crystal switching coupler matrix
US4761060A (en) * 1984-11-07 1988-08-02 Nec Corporation Optical delay type flipflop and shift register using it
JPH0731314B2 (ja) * 1987-06-30 1995-04-10 日本電気株式会社 光信号の変調装置
US4923267A (en) * 1988-12-05 1990-05-08 Gte Laboratories Incorporated Optical fiber shift register
JPH02184828A (ja) * 1989-01-12 1990-07-19 Toshiba Corp 半導体光増幅器
JP2656598B2 (ja) * 1989-01-30 1997-09-24 株式会社日立製作所 半導体光スイッチ及び半導体光スイッチアレイ
US5394491A (en) * 1989-01-30 1995-02-28 Hitachi, Ltd. Semiconductor optical switch and array of the same
US5004447A (en) * 1989-09-06 1991-04-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Low loss semiconductor directional coupler switches including gain method of switching light using same
US5002354A (en) * 1989-10-16 1991-03-26 Gte Laboratories Incorporated High-extinction 2×2 integrated optical changeover switches
US5146518A (en) 1990-03-30 1992-09-08 The Furukawa Electric Co., Ltd. Optical directional coupler device and a method of driving same
CA2058777A1 (en) * 1991-01-07 1992-07-08 Hon-Ming Mak Directional coupler type optical function element
US5255334A (en) * 1991-06-03 1993-10-19 The Furukawa Electric Co., Ltd. Directional coupler type optical device and a driving method therefor
CA2101066A1 (en) * 1991-11-22 1993-05-23 Takahiro Ono Semiconductor optical component and manufacturing method therefor
JPH05142590A (ja) * 1991-11-22 1993-06-11 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体光部品の製造方法
JP3425964B2 (ja) * 1992-03-19 2003-07-14 富士通株式会社 誘導ブリルアン散乱を用いた光信号生成装置及び光伝送システム
EP0617314A4 (de) * 1992-09-10 1995-10-18 Fujitsu Ltd System mit optischer schaltung und dessen komponenten.
JPH0720506A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Mitsubishi Electric Corp 光スイッチ及びその製造方法
US5394489A (en) * 1993-07-27 1995-02-28 At&T Corp. Wavelength division multiplexed optical communication transmitters
JP3203611B2 (ja) * 1994-02-14 2001-08-27 日本電信電話株式会社 雑音指数測定方法および装置
JPH07326820A (ja) * 1994-05-30 1995-12-12 Mitsubishi Electric Corp 波長可変半導体レーザ装置
US5604628A (en) * 1994-12-30 1997-02-18 Cornell Research Foundation, Inc. Optical laser amplifier combined with a spontaneous emission filter
JPH08211342A (ja) * 1995-02-03 1996-08-20 Hitachi Ltd 半導体光機能素子
FR2736473B1 (fr) * 1995-07-06 1997-09-12 Boumedienne Mersali Dispositif laser a structure enterree pour circuit photonique integre et procede de fabrication
JP3036424B2 (ja) * 1996-01-12 2000-04-24 日本電気株式会社 信号再生機能を有する光中継器
US5657148A (en) * 1996-05-07 1997-08-12 Lucent Technologies Inc. Apparatus and method for a single-port modulator having amplification
US5889898A (en) * 1997-02-10 1999-03-30 Lucent Technologies Inc. Crosstalk-reduced integrated digital optical switch
US5859611A (en) * 1997-02-21 1999-01-12 Hughes Electronics Corporation Mixing and modulating methods and structures using nonlinear optical amplifiers
US6078417A (en) * 1997-05-29 2000-06-20 Lucent Technologies Inc. Spectral compaction via cross-modulation wavelength conversion
JP4174182B2 (ja) * 1999-01-26 2008-10-29 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 光共振器を備えた光電子発振装置
TW523615B (en) * 2000-02-17 2003-03-11 L3 Optics Inc Guided wave optical switch based on an active semiconductor amplifier and a passive optical component
US20010036009A1 (en) * 2000-02-17 2001-11-01 Xun Li Surface-emitting semiconductor optical amplifier
KR100353419B1 (ko) * 2000-03-10 2002-09-18 삼성전자 주식회사 편광 무의존 반도체 광증폭기
FR2813449B1 (fr) * 2000-08-22 2003-01-17 Cit Alcatel Dispositif optique amplificateur
JP2002116419A (ja) * 2000-10-06 2002-04-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調装置及びその製造方法
KR100361034B1 (ko) * 2000-12-19 2002-11-21 한국과학기술연구원 마흐젠더 간섭기형 전광 파장변환기의 전광 앤드 논리연산방법
JP4485745B2 (ja) * 2001-04-19 2010-06-23 独立行政法人科学技術振興機構 光機能素子および光機能装置
JP2002323628A (ja) * 2001-04-25 2002-11-08 Nec Corp 多波長半導体光源およびその製造方法
US7005669B1 (en) * 2001-08-02 2006-02-28 Ultradots, Inc. Quantum dots, nanocomposite materials with quantum dots, devices with quantum dots, and related fabrication methods
JP2003163406A (ja) 2001-11-28 2003-06-06 Kyocera Corp 光モジュール
US6603599B1 (en) * 2002-02-19 2003-08-05 Finisar Corporation Linear semiconductor optical amplifier with broad area laser
US6836573B2 (en) * 2002-09-05 2004-12-28 Fibest Kk Directional coupler type optical modulator with traveling-wave electrode
JP4090402B2 (ja) * 2003-07-30 2008-05-28 日本オプネクスト株式会社 半導体光増幅器及びそれを用いた光モジュ−ル

Also Published As

Publication number Publication date
EP1507166A1 (de) 2005-02-16
DE60314745D1 (de) 2007-08-16
JP2005064051A (ja) 2005-03-10
US7911686B2 (en) 2011-03-22
US20050052726A1 (en) 2005-03-10
EP1507166B1 (de) 2007-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3210980C2 (de) Optisches Schaltelement und optische Schaltmatrix
DE69133344T2 (de) Optische Wellenleitervorrichtung
DE60318161T2 (de) Optischer Modulator mit Richtkopplern
DE69532083T2 (de) Optische vorrichtung
EP0373541A2 (de) Optischer Transistor
CA2007747C (en) Semiconductor optical switch and array of the same
DE60314745T2 (de) Integriertes optisches Verstärkungs- und Schaltmodul auf Halbleiterbasis
DE4327103A1 (de) Interferometrisch abstimmbares optisches Filter
EP0415225A2 (de) Integriert optische Anordnung mit wenigstens einem auf einem Substrat aus Halbleitermaterial integrierten optischen Wellenleiter
WO1998011461A1 (de) Anordnung zum aneinanderkoppeln von wellenleitern
DE69837977T2 (de) Herstellungsverfahren von integrierten optischen Schaltungen zur Minimierung der optischen Kopplungsverluste
DE69814650T2 (de) Anordnung zur optischen verstärkung und kopplung nach dem multimoden-interferenz-prinzip und deren anwendungen
DE69734377T2 (de) Nichtlineares optisches Verzweigungselement
DE60312595T2 (de) Resonanter elekro-optischer Modulator zur Erzeugung kurzer optischer Pulse
DE19809887A1 (de) Optisches Signalübertragungssystem
DE60109045T2 (de) Integrierte optische Weglenkungs- und Wellenlängenkonversionsmatrix
EP0948752B1 (de) Optoelektronischer modul
DE69633550T2 (de) Optische Koppelvorrichtung und optischer Schalter zur Verwendung in dieser Koppelvorrichtung
EP0598855B1 (de) Optisch steuerbarer halbleiterlaser
EP0610857B1 (de) Integriert optische Anordnung aus Rippenwellenleitern auf einem Substrat
DE19637696A1 (de) Optischer Schalter
EP0382682B1 (de) Integrierte optische Schaltung
DE102005054670B4 (de) Optischer Koppler zur Überkopplung beliebig einstellbarer Leistungsanteile zwischen Lichtwellenleitern
DE60127045T2 (de) Optische Schwellwert- und Vergleichsvorrichtung und -verfahren
DE3442988A1 (de) Elektrisch steuerbarer optischer richtkoppler

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition