JP2001215542A - 非線形光素子 - Google Patents
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マークレベル及びスペースレベルの強度雑音
を共に低減でき、安定で小型安価な非線形光素子を実現
する。提示することを目的とする。 【解決手段】 光導波路層１４に信号光を入力する。半
導体導波路層１４は、信号光の波長より短いバンドギャ
ップ波長を具備する。半導体導波路層１４に隣接して、
信号光の波長に近接するブラッグ波長を有する回折格子
１２を設ける。半導体導波路層１４に直流電圧を印加す
る。
を共に低減でき、安定で小型安価な非線形光素子を実現
する。提示することを目的とする。 【解決手段】 光導波路層１４に信号光を入力する。半
導体導波路層１４は、信号光の波長より短いバンドギャ
ップ波長を具備する。半導体導波路層１４に隣接して、
信号光の波長に近接するブラッグ波長を有する回折格子
１２を設ける。半導体導波路層１４に直流電圧を印加す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光素子に関
し、より具体的には、光伝送システム、光ネットワーク
システム及び光交換システム等で用いられる高速の光信
号の波形整形に利用可能な非線形光素子に関する。
し、より具体的には、光伝送システム、光ネットワーク
システム及び光交換システム等で用いられる高速の光信
号の波形整形に利用可能な非線形光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超大容量超高速の光通信システムを実現
するには、光信号を電気信号に変換することなく、信号
波形を整形する技術が重要である。特に、１波長当たり
の信号伝送速度が毎秒１０ギガビットを超えると、電気
信号で処理することが動作速度及び消費エネルギーの点
で困難になってくる。そこで、劣化した光信号波形を光
信号のままで波形整形したり、マークレベル及び／又は
スペースレベルの強度変動（強度雑音）を低減する光波
形整形素子又は装置の研究開発が、近年、盛んに行われ
ている。
するには、光信号を電気信号に変換することなく、信号
波形を整形する技術が重要である。特に、１波長当たり
の信号伝送速度が毎秒１０ギガビットを超えると、電気
信号で処理することが動作速度及び消費エネルギーの点
で困難になってくる。そこで、劣化した光信号波形を光
信号のままで波形整形したり、マークレベル及び／又は
スペースレベルの強度変動（強度雑音）を低減する光波
形整形素子又は装置の研究開発が、近年、盛んに行われ
ている。
【０００３】高速の光波形整形素子として、光しきい値
特性を持つ可飽和吸収素子がある。半導体導波路に逆方
向バイアスを印加した電気吸収型可飽和吸収素子では、
吸収回復時間が２０ピコ秒程度であり、高速の光信号に
も対応できる。しかし、電気吸収型可飽和吸収素子は、
光しきい値特性として、スペースレベルの雑音レベルの
抑制には効果があるが、マークレベルの雑音抑制には効
果がない。
特性を持つ可飽和吸収素子がある。半導体導波路に逆方
向バイアスを印加した電気吸収型可飽和吸収素子では、
吸収回復時間が２０ピコ秒程度であり、高速の光信号に
も対応できる。しかし、電気吸収型可飽和吸収素子は、
光しきい値特性として、スペースレベルの雑音レベルの
抑制には効果があるが、マークレベルの雑音抑制には効
果がない。
【０００４】マークレベルの雑音を抑制するには、光リ
ミッタ特性が必要である。マッハツェンダ干渉系の２つ
の光パス又はアームの一方又は両方に半導体光アンプを
挿入した構造の波長変換素子は、位相の干渉による非線
形特性を用いるので、光しきい値特性と光リミッタ特性
を兼ね備えている。しかし、２つの半導体光アンプ、マ
ッハツェンダ干渉回路、及び波長変換のための別の光源
等が必要であり、構成が複雑である。良好な信号を得る
ためには、２つの半導体光アンプの動作状態（例えば、
利得）を精度よくバランスさせると共に、信号光強度を
一定の範囲に制限しておく必要がある。
ミッタ特性が必要である。マッハツェンダ干渉系の２つ
の光パス又はアームの一方又は両方に半導体光アンプを
挿入した構造の波長変換素子は、位相の干渉による非線
形特性を用いるので、光しきい値特性と光リミッタ特性
を兼ね備えている。しかし、２つの半導体光アンプ、マ
ッハツェンダ干渉回路、及び波長変換のための別の光源
等が必要であり、構成が複雑である。良好な信号を得る
ためには、２つの半導体光アンプの動作状態（例えば、
利得）を精度よくバランスさせると共に、信号光強度を
一定の範囲に制限しておく必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、マークレ
ベル及びスペースレベルの両方の強度雑音を低減できる
従来の非線形光素子又は波形整形装置は、構造が複雑で
あり、寸法も大きく、動作制御が複雑で動作が不安定で
あるという問題があった。また、光通信システムに必要
な長期的な環境変化に対する安定性が低く、また、大量
生産に向いていない。
ベル及びスペースレベルの両方の強度雑音を低減できる
従来の非線形光素子又は波形整形装置は、構造が複雑で
あり、寸法も大きく、動作制御が複雑で動作が不安定で
あるという問題があった。また、光通信システムに必要
な長期的な環境変化に対する安定性が低く、また、大量
生産に向いていない。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決する非
線形光素子を提示することを目的とする。
線形光素子を提示することを目的とする。
【０００７】本発明は、マークレベル及びスペースレベ
ルの強度雑音を共に低減できる非線形光素子を提示する
ことを目的とする。
ルの強度雑音を共に低減できる非線形光素子を提示する
ことを目的とする。
【０００８】本発明はまた、長期的な環境変化に対して
安定に動作する非線形光素子を提示することを目的とす
る。
安定に動作する非線形光素子を提示することを目的とす
る。
【０００９】本発明はまた、単独の素子で実現でき、寸
法の小さい非線形光素子を提示することを目的とする。
法の小さい非線形光素子を提示することを目的とする。
【００１０】本発明はまた、大量生産に適した低コスト
の非線形光素子を提示することを目的とする。
の非線形光素子を提示することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る非線形光素
子は、信号光を導波する半導体導波路であって、当該信
号光の波長より短いバンドギャップ波長を具備する半導
体導波路層と、当該半導体導波路層を伝搬する当該信号
光に作用する回折格子であって、当該信号光の光強度に
応じて反射波長がシフトする回折格子と、当該半導体導
波路層に電界を印加する電界印加手段とを有することを
特徴とする。
子は、信号光を導波する半導体導波路であって、当該信
号光の波長より短いバンドギャップ波長を具備する半導
体導波路層と、当該半導体導波路層を伝搬する当該信号
光に作用する回折格子であって、当該信号光の光強度に
応じて反射波長がシフトする回折格子と、当該半導体導
波路層に電界を印加する電界印加手段とを有することを
特徴とする。
【００１２】半導体導波路層が、それ自体の可飽和吸収
特性により信号光に光しきい値特性を与え、信号光の低
強度レベル部分の光強度変動を抑圧する。また、信号光
の強度に応じて回折格子のブラッグ反射の波長特性がシ
フトすることにより、信号光の高強度レベル部分の光強
度変動を抑圧する。この結果、マークレベル及びスペー
スレベルの強度雑音を共に低減できる。勿論、信号光の
光強度、信号波長及び回折格子の反射特性を適切に選択
することで、その他の非線形入出力特性、例えば、従来
よりも急峻な光しきい値特性を得ることも可能になる。
特性により信号光に光しきい値特性を与え、信号光の低
強度レベル部分の光強度変動を抑圧する。また、信号光
の強度に応じて回折格子のブラッグ反射の波長特性がシ
フトすることにより、信号光の高強度レベル部分の光強
度変動を抑圧する。この結果、マークレベル及びスペー
スレベルの強度雑音を共に低減できる。勿論、信号光の
光強度、信号波長及び回折格子の反射特性を適切に選択
することで、その他の非線形入出力特性、例えば、従来
よりも急峻な光しきい値特性を得ることも可能になる。
【００１３】単独の素子として実現できるので、長期に
わたり安定した特性を期待でき、大量生産、小型化及び
低価格化が容易である。
わたり安定した特性を期待でき、大量生産、小型化及び
低価格化が容易である。
【００１４】電界印加手段を具備することで、不要な残
存キャリアを高速に排出できる。すなわち、高速応答性
が得られる。
存キャリアを高速に排出できる。すなわち、高速応答性
が得られる。
【００１５】回折格子の周期及び振幅の少なくとも一方
を信号光の伝搬方向に連続的に変化させることで、異な
る入出力特性が得られる。
を信号光の伝搬方向に連続的に変化させることで、異な
る入出力特性が得られる。
【００１６】また、回折格子の周期及び振幅の少なくと
も一方が当該信号光の伝搬方向に不連続的に変化させる
ことで、それぞれ異なる波長の複数の信号光を一括し
て、非線形処理できる。これは、光波長分割多重伝送シ
ステムで非常に有益である。
も一方が当該信号光の伝搬方向に不連続的に変化させる
ことで、それぞれ異なる波長の複数の信号光を一括し
て、非線形処理できる。これは、光波長分割多重伝送シ
ステムで非常に有益である。
【００１７】半導体導波路層の温度を調節する温度調節
手段を備えることにより、より精密に入出力特性を制御
できる。
手段を備えることにより、より精密に入出力特性を制御
できる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例の斜視図を示
す。内部構造を理解しやすいように、一部を切り欠いて
図示してある。図２は、図１のＡ−Ａ線から見た断面
図、図３は、図１のＢ−Ｂ線から見た断面図をそれぞれ
示す。
す。内部構造を理解しやすいように、一部を切り欠いて
図示してある。図２は、図１のＡ−Ａ線から見た断面
図、図３は、図１のＢ−Ｂ線から見た断面図をそれぞれ
示す。
【００２０】ｎ型ＩｎＰ基板１０上にピッチ２４０ｎ
ｍ、深さ１００ｎｍの回折格子１２を形成し、更にその
上に、バンドギャップ波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰ
導波路層１４を積層する。導波路層１４の断面は、幅が
１．５μｍ、厚み０．４μｍ厚の矩形である。導波路層
１４の両側には、導波路層１４に電界を集中するための
半絶縁性ＩｎＰ層１６が配置される。導波路層１４の上
に、バンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰパ
イルアップ防止層１８及びｐ−ＩｎＰクラッド層２０が
積層される。層１６及び層２０の上にｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層２２が積層される。この素子の上面及び
下面には、電極２４，２６が形成されている。無反射コ
ート膜２８，３０を両端面に被覆してある。
ｍ、深さ１００ｎｍの回折格子１２を形成し、更にその
上に、バンドギャップ波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰ
導波路層１４を積層する。導波路層１４の断面は、幅が
１．５μｍ、厚み０．４μｍ厚の矩形である。導波路層
１４の両側には、導波路層１４に電界を集中するための
半絶縁性ＩｎＰ層１６が配置される。導波路層１４の上
に、バンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰパ
イルアップ防止層１８及びｐ−ＩｎＰクラッド層２０が
積層される。層１６及び層２０の上にｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層２２が積層される。この素子の上面及び
下面には、電極２４，２６が形成されている。無反射コ
ート膜２８，３０を両端面に被覆してある。
【００２１】勿論、導波路層１４、パイルアップ防止層
１８及びクラッド層２０を積層し、メサ状にエッチング
した後に、その脇にＩｎＰ層１６を成長して、層１４，
１８，２０を埋め込む。
１８及びクラッド層２０を積層し、メサ状にエッチング
した後に、その脇にＩｎＰ層１６を成長して、層１４，
１８，２０を埋め込む。
【００２２】図１に示す非線形光素子の長さは５００μ
ｍであり、１．５５μｍ帯信号光が前端面から導波路層
１４に入射し、後端面から出射される。本素子はまた、
温度調節装置３２上に載置される。温度調節装置３２は
例えば、ペルチェ素子又は薄膜ヒータからなる。直流電
源３４が電極２４，２６間に直流電圧を印加する。
ｍであり、１．５５μｍ帯信号光が前端面から導波路層
１４に入射し、後端面から出射される。本素子はまた、
温度調節装置３２上に載置される。温度調節装置３２は
例えば、ペルチェ素子又は薄膜ヒータからなる。直流電
源３４が電極２４，２６間に直流電圧を印加する。
【００２３】図４及び図５を参照して、本実施例の動作
を説明する。図４は、回折格子１２の有無に応じた入出
力特性の模式図を示す。横軸は入力光強度、横軸は出力
光強度をそれぞれ示す。４０は、回折格子１２の無い場
合の入出力特性、即ち導波路層１４自体の可飽和吸収特
性に基づく入出力特性を示す。４２，４４は回折格子１
２が存在するときの入出力特性を示す。４２は、光強度
の大きな信号光が入力したときに回折格子１２が信号光
をブラッグ反射するように信号光波長を設定した場合の
入出力特性を示し、４４は、光強度の小さな信号光が入
力したときに回折格子１２が信号光をブラッグ反射する
ように信号光波長を設定した場合の入出力特性を示す。
を説明する。図４は、回折格子１２の有無に応じた入出
力特性の模式図を示す。横軸は入力光強度、横軸は出力
光強度をそれぞれ示す。４０は、回折格子１２の無い場
合の入出力特性、即ち導波路層１４自体の可飽和吸収特
性に基づく入出力特性を示す。４２，４４は回折格子１
２が存在するときの入出力特性を示す。４２は、光強度
の大きな信号光が入力したときに回折格子１２が信号光
をブラッグ反射するように信号光波長を設定した場合の
入出力特性を示し、４４は、光強度の小さな信号光が入
力したときに回折格子１２が信号光をブラッグ反射する
ように信号光波長を設定した場合の入出力特性を示す。
【００２４】理解を容易にするために、先ず、回折格子
１２を設けなかった場合の入出力特性を説明する。直流
電源３４から電圧を出力しない場合、導波路層１４のバ
ンドギャップ波長は１．４μｍのままであり、導波路層
１４は波長１．５５μｍ帯の信号光にとって透明であ
る。しかし、直流電源３４から電極２４，２６間に直流
電圧、例えば、３Ｖを出力して、導波路層１４に電界を
印加すると、導波路層１４では、フランツケルディシュ
効果により吸収端が長波側にシフトし、１．５５μｍ帯
信号光を吸収できるようになり、この結果、導波路層１
４を可飽和吸収媒体と見なせるようになる。入力光強度
が大きい場合、吸収が飽和するので、信号光に対する吸
収係数は、入力光の強度が強くなるに従い減少する。す
なわち、回折格子１２が存在しない場合の入出力特性
は、図４の特性曲線４０に示すように、光しきい値機能
を示す。
１２を設けなかった場合の入出力特性を説明する。直流
電源３４から電圧を出力しない場合、導波路層１４のバ
ンドギャップ波長は１．４μｍのままであり、導波路層
１４は波長１．５５μｍ帯の信号光にとって透明であ
る。しかし、直流電源３４から電極２４，２６間に直流
電圧、例えば、３Ｖを出力して、導波路層１４に電界を
印加すると、導波路層１４では、フランツケルディシュ
効果により吸収端が長波側にシフトし、１．５５μｍ帯
信号光を吸収できるようになり、この結果、導波路層１
４を可飽和吸収媒体と見なせるようになる。入力光強度
が大きい場合、吸収が飽和するので、信号光に対する吸
収係数は、入力光の強度が強くなるに従い減少する。す
なわち、回折格子１２が存在しない場合の入出力特性
は、図４の特性曲線４０に示すように、光しきい値機能
を示す。
【００２５】次に、回折格子１２が存在する場合の入出
力特性を説明する。回折格子１２のブラッグ波長λｂ
は、入力光強度に応じて変化する。図５は、導波路層１
４の相対透過率の波長特性を示す。横軸は波長、縦軸は
相対透過率をそれぞれ示す。強度の小さい信号光が入力
する場合、例えば、ブラッグ波長が１５５０ｎｍ（＝λ
ｂ１）であり、図５（ａ）に示すようにブラッグ波長λ
ｂ１を中心とする０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの範囲で相対
透過率が低下（反射率が増大）する。入力信号光の強度
が大きくなると、ブラッグ波長が低波長側にシフトし、
例えば、図５（ｂ）に示すように、ブラッグ波長が１５
４９．５ｎｍ（＝λｂ２）になる。これは、入力光強度
の増大に従い、吸収量も増大するので、導波路層１４内
のキャリア密度が増大し、その屈折率が減少することに
よる。回折格子導波路のブラッグ波長λｂは、次式で与
えられる。すなわち、 λｂ＝２・ｎｅｆｆ・Λ 但し、ｎｅｆｆは導波路の等価屈折率、Λは回折格子の
ピッチである。従って、等価屈折率ｎｅｆｆの減少によ
り、ブラッグ波長λｂが短波側にシフトする。
力特性を説明する。回折格子１２のブラッグ波長λｂ
は、入力光強度に応じて変化する。図５は、導波路層１
４の相対透過率の波長特性を示す。横軸は波長、縦軸は
相対透過率をそれぞれ示す。強度の小さい信号光が入力
する場合、例えば、ブラッグ波長が１５５０ｎｍ（＝λ
ｂ１）であり、図５（ａ）に示すようにブラッグ波長λ
ｂ１を中心とする０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの範囲で相対
透過率が低下（反射率が増大）する。入力信号光の強度
が大きくなると、ブラッグ波長が低波長側にシフトし、
例えば、図５（ｂ）に示すように、ブラッグ波長が１５
４９．５ｎｍ（＝λｂ２）になる。これは、入力光強度
の増大に従い、吸収量も増大するので、導波路層１４内
のキャリア密度が増大し、その屈折率が減少することに
よる。回折格子導波路のブラッグ波長λｂは、次式で与
えられる。すなわち、 λｂ＝２・ｎｅｆｆ・Λ 但し、ｎｅｆｆは導波路の等価屈折率、Λは回折格子の
ピッチである。従って、等価屈折率ｎｅｆｆの減少によ
り、ブラッグ波長λｂが短波側にシフトする。
【００２６】本実施例は、導波路層１４自体の可飽和吸
収特性４０に、回折格子１２のブラッグ反射特性の波長
シフトを融合した特性を示す。これにより、高速に動作
する非線形性特性又は波形整形特性を実現できる。
収特性４０に、回折格子１２のブラッグ反射特性の波長
シフトを融合した特性を示す。これにより、高速に動作
する非線形性特性又は波形整形特性を実現できる。
【００２７】図４の特性４２は、入力信号光の波長λｓ
を、高強度入力時のブラッグ波長１５４９．５ｎｍ（λ
ｂ２）と一致させた場合の入出力特性である。入力信号
光強度が小さいときには、図５（ａ）に示すように、信
号光波長λｓがブラッグ反射帯域外にあるので、導波路
層１４の透過率が高くなり、可飽和吸収特性４０とほぼ
同じ光しきい値特性を示す。しかし、入力信号光強度の
増大とともに、ブラッグ波長が信号光波長λｓに近付く
ので、透過率が低下する。そして、信号波長λ ｓが反射
帯域内に入るほどに入力光強度が増大すると、以後、出
力光強度が増加しなくなる。すなわち、光リミッタ特性
が得られる。この場合には、光しきい値特性と光リミッ
タ特性が融合し、スペースレベル及びマークレベルの強
度雑音を共に抑制する非線形特性が得られる。
を、高強度入力時のブラッグ波長１５４９．５ｎｍ（λ
ｂ２）と一致させた場合の入出力特性である。入力信号
光強度が小さいときには、図５（ａ）に示すように、信
号光波長λｓがブラッグ反射帯域外にあるので、導波路
層１４の透過率が高くなり、可飽和吸収特性４０とほぼ
同じ光しきい値特性を示す。しかし、入力信号光強度の
増大とともに、ブラッグ波長が信号光波長λｓに近付く
ので、透過率が低下する。そして、信号波長λ ｓが反射
帯域内に入るほどに入力光強度が増大すると、以後、出
力光強度が増加しなくなる。すなわち、光リミッタ特性
が得られる。この場合には、光しきい値特性と光リミッ
タ特性が融合し、スペースレベル及びマークレベルの強
度雑音を共に抑制する非線形特性が得られる。
【００２８】図５の特性４４は、信号光波長λｓが低強
度入力時のブラッグ波長１５５０ｎｍ（λｂ１）に一致
する場合の入出力特性である。信号光の強度が低い時に
は信号光波長λｓがブラッグ反射帯域内に位置するの
で、透過率が低くなり、出力光強度はほぼゼロになる。
入力光強度の増大とともに、信号光波長がブラッグ反射
帯域の外に相対的に移動するので、透過率が増加し、出
力光強度が急激に増加する。すなわち、光しきい値特性
が得られる。この場合、導波路層１４自体の可飽和吸収
特性では得ることのできないほど急峻な光しきい値特性
が得られる。
度入力時のブラッグ波長１５５０ｎｍ（λｂ１）に一致
する場合の入出力特性である。信号光の強度が低い時に
は信号光波長λｓがブラッグ反射帯域内に位置するの
で、透過率が低くなり、出力光強度はほぼゼロになる。
入力光強度の増大とともに、信号光波長がブラッグ反射
帯域の外に相対的に移動するので、透過率が増加し、出
力光強度が急激に増加する。すなわち、光しきい値特性
が得られる。この場合、導波路層１４自体の可飽和吸収
特性では得ることのできないほど急峻な光しきい値特性
が得られる。
【００２９】説明を簡単にするため、信号光波長をブラ
ッグ波長に設定した例を示したが、入力光強度の変化に
応じたフィルタ特性のシフトにより信号光の透過特性が
変化する波長帯であれば、必ずしも信号光波長とブラッ
グ波長を一致させる必要はない。
ッグ波長に設定した例を示したが、入力光強度の変化に
応じたフィルタ特性のシフトにより信号光の透過特性が
変化する波長帯であれば、必ずしも信号光波長とブラッ
グ波長を一致させる必要はない。
【００３０】本実施例では、回折格子１２のブラッグ波
長と信号光波長との相関関係の設定が必要となる。半導
体導波路のブラッグ波長λｂは０．１ｎｍ／゜Ｃ程度の
温度依存性を持つので、ペルチェ素子や集積ヒータ等に
よる温度制御で回折格子１２のブラッグ波長λｂを容易
に精度よく設定することができる。温度調節装置３２が
回折格子１２のブラッグ波長λｂを調節するのに使用さ
れる。
長と信号光波長との相関関係の設定が必要となる。半導
体導波路のブラッグ波長λｂは０．１ｎｍ／゜Ｃ程度の
温度依存性を持つので、ペルチェ素子や集積ヒータ等に
よる温度制御で回折格子１２のブラッグ波長λｂを容易
に精度よく設定することができる。温度調節装置３２が
回折格子１２のブラッグ波長λｂを調節するのに使用さ
れる。
【００３１】本実施例では、信号光がなくなると、吸収
飽和で生じたキャリアが電界により外部回路に吐き出さ
れる。これにより、非常に高速な応答性が得られる。
飽和で生じたキャリアが電界により外部回路に吐き出さ
れる。これにより、非常に高速な応答性が得られる。
【００３２】このように、本実施例では、可飽和吸収導
波路１４に回折格子１２を設けることにより、高速、小
型且つ自由度の高い非線形特性を容易に実現できる。
波路１４に回折格子１２を設けることにより、高速、小
型且つ自由度の高い非線形特性を容易に実現できる。
【００３３】図６は、本発明の第２実施例の信号伝搬方
向での断面図を示す。図１乃至図３に示す実施例では回
折格子１２が信号伝搬方向に一定のピッチを具備する
が、図６に示す実施例では、その代わりに、信号伝搬方
向でピッチ及び振幅が変化する回折格子１２ａを使用す
る。すなわち、回折格子１２ａは、信号入射側から信号
出射側にいくに従って周期が徐々に長くなり、且つ振幅
も徐々に大きくなるチャープトグレーティングである。
回折格子１２ａ以外の構造は、図１乃至図３に示す実施
例と同じであり、図１乃至図３に示す実施例と同じ構成
要素には同じ符号を付してある。
向での断面図を示す。図１乃至図３に示す実施例では回
折格子１２が信号伝搬方向に一定のピッチを具備する
が、図６に示す実施例では、その代わりに、信号伝搬方
向でピッチ及び振幅が変化する回折格子１２ａを使用す
る。すなわち、回折格子１２ａは、信号入射側から信号
出射側にいくに従って周期が徐々に長くなり、且つ振幅
も徐々に大きくなるチャープトグレーティングである。
回折格子１２ａ以外の構造は、図１乃至図３に示す実施
例と同じであり、図１乃至図３に示す実施例と同じ構成
要素には同じ符号を付してある。
【００３４】図７は、図６に示す実施例で、低強度の信
号光に対する透過率の波長依存性を示す。縦軸は相対透
過率を示し、横軸は波長を示す。チャープトグレーティ
ングにより広い帯域に亘り反射率を制御できるようにな
る。ここでは、信号光波長λ ｓをブラッグ反射帯域外の
短波長側に設定する。入力光強度の増大により透過スペ
クトル特性が図１に示す実施例と同様にシフトするが、
図７に示すように透過率が、図７に示すように波長に対
して傾斜する傾向を示すので、図８に特性４６として示
すように、入力光強度が大きい部分で出力光強度が平坦
になるような入出力特性が得られる。図８の横軸は入力
光強度、横軸は出力光強度をそれぞれ示す。
号光に対する透過率の波長依存性を示す。縦軸は相対透
過率を示し、横軸は波長を示す。チャープトグレーティ
ングにより広い帯域に亘り反射率を制御できるようにな
る。ここでは、信号光波長λ ｓをブラッグ反射帯域外の
短波長側に設定する。入力光強度の増大により透過スペ
クトル特性が図１に示す実施例と同様にシフトするが、
図７に示すように透過率が、図７に示すように波長に対
して傾斜する傾向を示すので、図８に特性４６として示
すように、入力光強度が大きい部分で出力光強度が平坦
になるような入出力特性が得られる。図８の横軸は入力
光強度、横軸は出力光強度をそれぞれ示す。
【００３５】図９は、第３の実施例の縦断面図を示す。
図９に示す実施例では、回折格子１２ｂは、信号伝搬方
向で２種類のピッチΛ１，Λ２を具備する。即ち、信号
入射側から中間までの範囲のピッチΛ１が２３９．６ｎ
ｍ、中間から信号出射側までの範囲のピッチΛ２が２４
０ｎｍである。回折格子１２ａ以外の構造は、図１乃至
図３に示す実施例と同じであり、図１乃至図３に示す実
施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
図９に示す実施例では、回折格子１２ｂは、信号伝搬方
向で２種類のピッチΛ１，Λ２を具備する。即ち、信号
入射側から中間までの範囲のピッチΛ１が２３９．６ｎ
ｍ、中間から信号出射側までの範囲のピッチΛ２が２４
０ｎｍである。回折格子１２ａ以外の構造は、図１乃至
図３に示す実施例と同じであり、図１乃至図３に示す実
施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００３６】図１０は、図９に示す実施例で、低強度の
信号光に対する透過率の波長依存性を示す。縦軸は相対
透過率を示し、横軸は波長を示す。導波路層１４の透過
スペクトルは、２つの回折格子周期により２つのディッ
プを持つＷ型の特性となる。ここでは、信号光波長λｓ
を短波側のブラッグ反射帯域の長波端に設定する。入力
光強度の増大により透過スペクトル特性が図１に示す実
施例と同様にシフトする。その結果、全体の入出力特性
は、低光強度の部分と高光強度の部分で透過率が低くな
り、中間の光強度で透過率が高くなる非線形特性と、導
波路層１４の持つ可飽和吸収特性とを融合したものとな
る。図１１は、図９に示す実施例の入出力特性を示す。
横軸は入力光強度を示し、縦軸は出力光強度を示す。特
性４８が図９に示す実施例の入出力特性である。図９か
ら容易に理解できるように、図９に示す実施例では、光
しきい値動作及び光リミッタ動作とも良好であり、スペ
ースレベル及びマークレベルの強度雑音を抑制するのに
適した非線形特性が得られる。
信号光に対する透過率の波長依存性を示す。縦軸は相対
透過率を示し、横軸は波長を示す。導波路層１４の透過
スペクトルは、２つの回折格子周期により２つのディッ
プを持つＷ型の特性となる。ここでは、信号光波長λｓ
を短波側のブラッグ反射帯域の長波端に設定する。入力
光強度の増大により透過スペクトル特性が図１に示す実
施例と同様にシフトする。その結果、全体の入出力特性
は、低光強度の部分と高光強度の部分で透過率が低くな
り、中間の光強度で透過率が高くなる非線形特性と、導
波路層１４の持つ可飽和吸収特性とを融合したものとな
る。図１１は、図９に示す実施例の入出力特性を示す。
横軸は入力光強度を示し、縦軸は出力光強度を示す。特
性４８が図９に示す実施例の入出力特性である。図９か
ら容易に理解できるように、図９に示す実施例では、光
しきい値動作及び光リミッタ動作とも良好であり、スペ
ースレベル及びマークレベルの強度雑音を抑制するのに
適した非線形特性が得られる。
【００３７】図９に示す実施例では、２種類の周期を具
備する回析格子１２ｂを使用したが、３種類以上の周期
を具備する回析格子を使用することで、より複雑な非線
形特性を実現できる。また、２種類以上の周期を具備す
る回折格子を使用することで、波長分割多重信号光の各
信号光を一括して波形整形することも可能となる。
備する回析格子１２ｂを使用したが、３種類以上の周期
を具備する回析格子を使用することで、より複雑な非線
形特性を実現できる。また、２種類以上の周期を具備す
る回折格子を使用することで、波長分割多重信号光の各
信号光を一括して波形整形することも可能となる。
【００３８】以上の説明では、信号光波長を１．５５μ
ｍ帯としたが、他の波長帯、例えば、通常の光通信シス
テムで使われている１．３μｍ帯、０．９８μｍ帯、
０．７８μｍ帯及び０．６８μｍ帯、並びに、電気吸収
可能な半導体材料と組み合わせ可能なその他の波長帯で
も同様の作用効果を得ることができる。
ｍ帯としたが、他の波長帯、例えば、通常の光通信シス
テムで使われている１．３μｍ帯、０．９８μｍ帯、
０．７８μｍ帯及び０．６８μｍ帯、並びに、電気吸収
可能な半導体材料と組み合わせ可能なその他の波長帯で
も同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】導波路層１４の材料としてＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系を挙げたが、その他の材料でも良い。例え
ば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰ系、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系、並びに、その他のＩ
ＩＩ−Ｖ属半導体及びＩＩ−ＶＩ属半導体を使用しても
良い。
／ＩｎＰ系を挙げたが、その他の材料でも良い。例え
ば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰ系、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系、並びに、その他のＩ
ＩＩ−Ｖ属半導体及びＩＩ−ＶＩ属半導体を使用しても
良い。
【００４０】活性層をバルク材料としたが、ＱＣＳＥ効
果を用いた多重量子井戸構造としてもよい。均一ピッチ
の回折格子１２，１２ｂに代えて、フィルタ帯域を広げ
るためピッチを連続的に変化させた回折格子を用いても
よい。
果を用いた多重量子井戸構造としてもよい。均一ピッチ
の回折格子１２，１２ｂに代えて、フィルタ帯域を広げ
るためピッチを連続的に変化させた回折格子を用いても
よい。
【００４１】導波路層１４の下に回折格子１２，１２
ａ，１２ｂを形成しているが、導波路層の上部又は側部
に回折格子を形成してもよい。
ａ，１２ｂを形成しているが、導波路層の上部又は側部
に回折格子を形成してもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、マークレベル及びスペースレベル
の強度雑音を低減でき、高速に動作する非線形光素子を
提供できる。加えて、回折格子の形状を制御すること
で、より複雑な非線形特性を容易に実現できる。更に、
電気吸収効果を用いているので、数１０Ｇｂｉｔ／ｓの
高速動作にも十分応答可能である。従来の干渉系型非線
形光素子と比較して、寸法が小さく、長期的な環境変化
に対する安定作に優れ、自由度の高い非線形性を具備
し、高速に動作する非線形光素子を実現できる。
に、本発明によれば、マークレベル及びスペースレベル
の強度雑音を低減でき、高速に動作する非線形光素子を
提供できる。加えて、回折格子の形状を制御すること
で、より複雑な非線形特性を容易に実現できる。更に、
電気吸収効果を用いているので、数１０Ｇｂｉｔ／ｓの
高速動作にも十分応答可能である。従来の干渉系型非線
形光素子と比較して、寸法が小さく、長期的な環境変化
に対する安定作に優れ、自由度の高い非線形性を具備
し、高速に動作する非線形光素子を実現できる。
【図１】 本発明の第１実施例の斜視図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線から見た断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線から見た断面図である。
【図４】 第１実施例の入出力特性を示す図である。
【図５】 低入力強度の信号光と高入力強度の信号光に
対する透過率の波長依存性を示す図である。
対する透過率の波長依存性を示す図である。
【図６】 本発明の第２実施例の縦断面図である。
【図７】 第２実施例における低入力光強度の信号光に
対する透過率の波長依存性を示す図である。
対する透過率の波長依存性を示す図である。
【図８】 第２実施例の入出力特性を示す図である。
【図９】 第３実施例の縦断面図である。
【図１０】 第３実施例における低入力強度の信号光に
対する透過率の波長依存性を示す図である。
対する透過率の波長依存性を示す図である。
【図１１】 第３実施例の入出力特性を示す図である。
１０：ｎ型ＩｎＰ基板 １２，１２ａ，１２ｂ：回折格子 １４：導波路層 １６：半絶縁性ＩｎＰ層 １８：パイルアップ防止層 ２０：クラッド層 ２２：コンタクト層 ２４，２６：電極 ２８，３０：無反射コート膜 ３２：温度調節装置 ３４：直流電源 ４０：導波路層１４自体の可飽和吸収特性に基づく入出
力特性 ４２：高強度の入力信号光に対する入出力特性 ４４：低強度の入力信号光に対する入出力特性 ４６：図６に示す実施例の入出力特性 ４８：図９に示す実施例の入出力特性
力特性 ４２：高強度の入力信号光に対する入出力特性 ４４：低強度の入力信号光に対する入出力特性 ４６：図６に示す実施例の入出力特性 ４８：図９に示す実施例の入出力特性
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 英明 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会 社ケイディディ研究所内 (72)発明者 西村 公佐 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会 社ケイディディ研究所内 (72)発明者 鶴澤 宗文 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会 社ケイディディ研究所内 (72)発明者 坂田 治久 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会 社ケイディディ研究所内 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA14 BA04 CA04 DA16 EA03 EA07 EA08 EB04 KA08 2K002 AA02 AB40 BA06 CA13 CA25 DA06 EA28 GA10 HA30
Claims (5)
- 【請求項１】 信号光を導波する半導体導波路であっ
て、当該信号光の波長より短いバンドギャップ波長を具
備する半導体導波路層と、 当該半導体導波路層を伝搬する当該信号光に作用する回
折格子であって、当該信号光の光強度に応じて反射波長
がシフトする回折格子と、 当該半導体導波路層に電界を印加する電界印加手段とを
有することを特徴とする非線形光素子。 - 【請求項２】 当該反射波長は、当該信号光の所定光強
度範囲内のどこかの光強度において当該信号光の波長と
実質的に等しい請求項１に記載の非線形光素子。 - 【請求項３】 当該回折格子の周期及び振幅の少なくと
も一方が当該信号光の伝搬方向に連続的に変化する請求
項１に記載の非線形光素子。 - 【請求項４】 当該回折格子の周期及び振幅の少なくと
も一方が当該信号光の伝搬方向に不連続的に変化する請
求項１に記載の非線形光素子。 - 【請求項５】 更に、当該半導体導波路層の温度を調節
する温度調節手段を備える請求項１乃至４の何れか１項
に記載の非線形光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028134A JP2001215542A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 非線形光素子 |
| EP01102327A EP1122582B1 (en) | 2000-02-04 | 2001-02-01 | Nonlinear optical element |
| US09/777,066 US20010012430A1 (en) | 2000-02-04 | 2001-02-05 | Nonlinear optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028134A JP2001215542A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 非線形光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001215542A true JP2001215542A (ja) | 2001-08-10 |
Family
ID=18553590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000028134A Withdrawn JP2001215542A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 非線形光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20010012430A1 (ja) |
| EP (1) | EP1122582B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001215542A (ja) |
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| JP2006251128A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | 画像形成装置 |
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| US8131157B2 (en) * | 2007-01-22 | 2012-03-06 | Finisar Corporation | Method and apparatus for generating signals with increased dispersion tolerance using a directly modulated laser transmitter |
| WO2008097928A1 (en) | 2007-02-02 | 2008-08-14 | Finisar Corporation | Temperature stabilizing packaging for optoelectronic components in a transmitter module |
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