JP2002232083A - Optical amplifier - Google Patents

Optical amplifier

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JP2002232083A
JP2002232083A JP2001030424A JP2001030424A JP2002232083A JP 2002232083 A JP2002232083 A JP 2002232083A JP 2001030424 A JP2001030424 A JP 2001030424A JP 2001030424 A JP2001030424 A JP 2001030424A JP 2002232083 A JP2002232083 A JP 2002232083A
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JP
Japan
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active layer
light
optical
polarization
region
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Application number
JP2001030424A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Kikuchi
順裕 菊池
Toshio Ito
敏夫 伊藤
Yasuo Shibata
泰夫 柴田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplifier where the same active layer is used in a wafer plane, having a structure in which increase of the number of electrodes is suppressed as low as possible, to adjust gain against a TE polarization input light and TM polarization input light, while a polarization dependency of gain characteristics is compensated against the polarized input lights which is caused by deviation, etc., of a parameter of an active layer from a design value at manufacturing, for larger tolerance in manufacturing precision and higher yield. SOLUTION: The width of a distortion semiconductor active layer varies at three stages: a region where a TE polarization is mainly amplified, a region for amplifying independent of polarization, and a region for amplifying a TM polarization.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光増幅器に関する。
例えば、光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システ
ムに適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical amplifier.
For example, the present invention relates to a technology effective when applied to an optical transmission system such as optical communication, optical switching, and optical information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信、光交換、光情報処理といった光
を利用した光伝送システムの構築を考えると、光ファイ
バや光スイッチでの光損失が大きな問題となり、減衰し
た光信号を光増幅器によって補償することが必要不可欠
となる。特に半導体レーザ型の光増幅器(光増幅素子)
は小型で高効率であり、また光スイッチ等の半導体光デ
バイスとの集積が可能といった利点を持つために大変有
望である。
2. Description of the Related Art When considering the construction of an optical transmission system using light such as optical communication, optical switching, and optical information processing, optical loss in an optical fiber or an optical switch becomes a serious problem, and an attenuated optical signal is converted by an optical amplifier. Compensation is essential. Especially semiconductor laser type optical amplifiers (optical amplifiers)
Is very promising because it has the advantages of being compact, highly efficient, and capable of being integrated with semiconductor optical devices such as optical switches.

【0003】ただし、光伝送システムで用いられる光増
幅器への要求の一つに光増幅利得に偏波依存性がないこ
とがある。そのために一つは、光増幅を担う活性層の断
面積を等方化し、TE偏波光とTM偏波光それぞれに対
する光閉じ込め係数を等しくする方法がある。しかしな
がらこの方法では、シングルモード条件により活性層幅
はサブミクロンオーダにする必要があるが、活性層幅に
関してはエッチング技術を基本としているので、制御性
や歩留まりなどプロセス上で難しくなるという問題があ
った。
However, one of the requirements for an optical amplifier used in an optical transmission system is that the optical amplification gain has no polarization dependence. One method is to make the cross-sectional area of the active layer responsible for optical amplification isotropic and equalize the optical confinement coefficients for the TE polarized light and the TM polarized light. However, in this method, the active layer width needs to be on the order of submicron under single mode conditions. However, since the active layer width is based on an etching technique, there is a problem in that it becomes difficult in controllability, yield and other processes. Was.

【0004】このために、活性層幅のずれに対して利得
特性の偏波依存性の変化が小さくプロセス上のトレラン
スが大きい幅広の活性層と伸張歪活性層を組み合わせた
例(文献: J.Y. Emery, P. Doussiere, L. Goldstein,
F. Pommereau, C. Fortin, R. Ngo, N. Tsherptner, J.
L. Lafragette, P. Aubert, F. Brillouet, G. Laubean
d J. Barrau : " New, Process Tolerant, High Perfor
mance 1.55μm Polarization Insensitive Semiconduct
or Optical Amplifier Based on Low TensileBulk GaIn
AsP" Ecoc'96, vol.3, pp.165-168) が報告され、TE
偏波入力光とTM偏波入力光に対する利得特性の差が1
dBを切るような半導体レーザ型の光増幅器が報告され
ている。
[0004] For this purpose, an example in which a wide active layer having a large change in polarization dependence of gain characteristics and a large process tolerance and an extensional strain active layer with respect to a shift of the active layer width (reference: JY Emery). , P. Doussiere, L. Goldstein,
F. Pommereau, C. Fortin, R. Ngo, N. Tsherptner, J.
L. Lafragette, P. Aubert, F. Brillouet, G. Laubean
d J. Barrau: "New, Process Tolerant, High Perfor
mance 1.55μm Polarization Insensitive Semiconduct
or Optical Amplifier Based on Low TensileBulk GaIn
AsP "Ecoc'96, vol.3, pp.165-168) was reported and TE
The difference in gain characteristics between the polarization input light and the TM polarization input light is 1
A semiconductor laser type optical amplifier that cuts dB has been reported.

【0005】また、別の例として利得特性の偏波依存性
を調整する機構を設けることによって、偏波無依存化を
図った例も報告されている(特開平8−64904号公
報、特開平11−17260号公報)。
As another example, there has been reported an example in which a mechanism for adjusting the polarization dependence of the gain characteristic is provided to make the polarization independent (see JP-A-8-64904 and JP-A-8-64904). No. 11-17260).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来、前記文献に開示
されているように、例えばTE偏波入力光とTM偏波入
力光に対する利得特性の差が1dBを切るような半導体
レーザ型の光増幅器が実現されている。しかしながらシ
ステムの大規模化に伴って光増幅器(光増幅素子)を多
段に縦列接続することを考えた場合には、より利得特性
の差が小さい(例えば0〜0.1dB)半導体レーザ型
光増幅素子が望まれている。
Conventionally, as disclosed in the above document, for example, a semiconductor laser type optical amplifier in which the difference in gain characteristics between TE-polarized light and TM-polarized light is less than 1 dB. Has been realized. However, when considering the cascade connection of optical amplifiers (optical amplifying elements) with the increase in the scale of the system, the difference in the gain characteristic is smaller (for example, 0 to 0.1 dB). Devices are desired.

【0007】この場合、一つ目の文献の半導体レーザ型
光増幅器では、活性層の歪量をウェハ面内均一に0.0
1%以下のオーダで制御しなければならなくなり、結晶
成長技術上非常に難しくなる。また、特開平8−649
04号公報の例では、TE偏波光を選択的に増幅する活
性層とTM偏波光の選択的に増幅する活性層を縦続に接
続し、それぞれの活性層の光利得を独立に制御すること
によって偏波無依存化を図られているが、複数の活性層
構造を作製するため、作製工程が増えるという問題があ
る。
In this case, in the semiconductor laser type optical amplifier of the first document, the amount of strain of the active layer is reduced to 0.0
It must be controlled on the order of 1% or less, which is very difficult in crystal growth technology. Also, JP-A-8-649
In the example of Japanese Patent Application Publication No. 04-204, an active layer for selectively amplifying TE polarized light and an active layer for selectively amplifying TM polarized light are connected in cascade, and the optical gain of each active layer is controlled independently. Although polarization independence is attempted, there is a problem that the number of manufacturing steps increases because a plurality of active layer structures are manufactured.

【0008】また、特開平11−17260号公報の例
では、選択成長技術を用いて光のストライプ方向に断面
構造及び結晶組成が連続的に変化させ、電流注入時のT
E偏波光、TM偏波光に対する利得差がストライプ方向
で異なる構造を作製し、そのストライプ方向に電流注入
領域を変化させることにより偏波無依存化を図られてい
るが、より微小な利得特性の偏波依存性調整を行おうと
すれば、電極の数がそれに比例して増大してワイヤボン
ディングの工程もそれに伴い増えることになり製造コス
トの面で問題がある。
In the example of Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-17260, the sectional structure and the crystal composition are continuously changed in the stripe direction of light by using a selective growth technique, so that the T
A structure in which the gain difference with respect to the E-polarized light and the TM-polarized light is different in the stripe direction is fabricated, and the polarization injection is made independent by changing the current injection region in the stripe direction. If the polarization dependence is to be adjusted, the number of electrodes will increase in proportion to this, and the number of wire bonding steps will increase accordingly, which is problematic in terms of manufacturing cost.

【0009】本発明の目的は、ウェハ面内で同一の活性
層を用い、また、電極数の増加も極力抑えた構造で、T
E偏波入力光とTM偏波入力光に対する利得の調整がで
き、且つ、作製時における活性層のパラメータの設計値
からのずれ等に起因するそれぞれの偏波入力光に対する
利得特性の偏波依存性も補償できる、即ち、作製精度ト
レランスが大きく、歩留まりの高い光増幅器を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a structure in which the same active layer is used in the plane of the wafer and the number of electrodes is minimized.
The gain for the E-polarized light and the TM-polarized light can be adjusted, and the polarization characteristics of the gain characteristics for the respective polarized input light due to deviations of the parameters of the active layer from the design values during fabrication. An object of the present invention is to provide an optical amplifier that can compensate for the problem, that is, has a high manufacturing tolerance and a high yield.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項1に係る光増幅器は、歪み半導体活性層を
有し、前記歪み半導体活性層は個別の電極を有する第
1,2,3の領域を有し、前記第1の領域は前記歪み半
導体活性層の光増幅が偏波無依存となる幅であり、前記
第2の領域の幅は前記第1の領域の幅より狭く、前記第
3の領域の幅は前記第1の領域の幅より広いことを特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical amplifier having a strained semiconductor active layer, wherein the strained semiconductor active layer has first and second electrodes having individual electrodes. , 3 regions, wherein the first region has a width such that the optical amplification of the strained semiconductor active layer is polarization-independent, and the width of the second region is smaller than the width of the first region. The width of the third region is wider than the width of the first region.

【0011】上記目的を達成する本発明の請求項2に係
る光増幅器は、請求項1記載の前記活性層に光閉じ込め
層が設けられていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical amplifier according to the second aspect, wherein the active layer according to the first aspect is provided with a light confinement layer.

【0012】上記目的を達成する本発明の請求項3に係
る光増幅器は、請求項1及び請求項2の前記光増幅器を
他の光デバイスと集積すること特徴とする。
An optical amplifier according to a third aspect of the present invention that achieves the above object is characterized in that the optical amplifier according to the first and second aspects is integrated with another optical device.

【0013】上記目的を達成する本発明の請求項4に係
る光増幅器は、請求項1及び請求項2の前記光増幅器の
出力端に出力光の一部を分岐する光カプラと、分岐され
た出力光をTE偏波光成分とTM偏波光成分に分ける偏
波ビームスプリッタと前記TE偏波成分とTM偏波成分
の光強度をそれぞれ測定する2つの受光器と、2つの受
光器の受光電流値を比較する手段を備え、前記2つの受
光電流値の差を最小にするように前記第2の領域及び第
3の領域に流す電流を調整することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical amplifier for branching a part of output light to an output terminal of the optical amplifier according to the first and second aspects. A polarization beam splitter that divides output light into a TE polarized light component and a TM polarized light component, two light receivers for measuring the light intensities of the TE polarized light component and the TM polarized light component, and light receiving current values of the two light receivers And adjusting a current flowing through the second region and the third region so as to minimize the difference between the two light receiving current values.

【0014】〔作用〕上記した手段によれば、本発明の
光増幅器は、同一導波路に信号光に所望の光利得を与え
る領域以外に、選択的にTM偏波入力光を増幅する領域
と、選択的にTE偏波入力光を増幅する領域を有し、そ
れぞれの領域は独立して駆動制御できることから、TM
偏波及びTE偏波入力光に対する利得を別々に調整する
ことができる。
According to the above-described means, the optical amplifier of the present invention has a region for selectively amplifying the TM-polarized input light in addition to a region for providing a desired optical gain to the signal light in the same waveguide. Has a region for selectively amplifying the TE-polarized input light, and each region can be independently driven and controlled.
The gain for polarization and TE polarization input light can be adjusted separately.

【0015】よって、例えば、実際に作製したとき活性
層に加えられた歪量や活性層幅の設計値からのずれ等に
起因する利得特性の偏波依存性を補償することができ、
光増幅器全体としてTM偏波入力光の利得特性とTE偏
波入力光の利得特性の差を零に近い0.1dB以下にで
きる。
Therefore, for example, it is possible to compensate for the polarization dependence of the gain characteristic caused by the amount of strain applied to the active layer and the deviation of the active layer width from the design value when actually manufactured,
As a whole, the difference between the gain characteristics of the TM-polarized input light and the gain characteristics of the TE-polarized input light can be reduced to 0.1 dB or less close to zero.

【0016】また、本発明の光増幅器を他の光デバイス
と集積して新たな光部品を作製する場合は、この光増幅
器で集積する光デバイスの偏波依存性を補償することに
よって光部品全体の偏波無依存化をはかることができ
る。
When a new optical component is manufactured by integrating the optical amplifier of the present invention with another optical device, the polarization dependence of the optical device integrated by this optical amplifier is compensated for, so that the entire optical component is compensated. Can be made polarization independent.

【0017】また、本発明の光増幅器の出力端に出力光
の一部を分岐する光カプラと、分岐された出力光の一部
をTE偏波光成分とTM偏波光成分に分ける偏波ビーム
スプリッタと前記TE偏波成分とTM偏波成分の光強度
をそれぞれ測定する2つの受光器と、2つの受光器の受
光電流値を比較する手段を備え、前記2つの受光電流値
の差を最小にするように第2の領域及び第3の領域に流
す電流を調整すれば、本発明の光増幅器を偏波無依存化
することができる。
Further, an optical coupler for branching a part of the output light to an output terminal of the optical amplifier of the present invention, and a polarization beam splitter for dividing a part of the branched output light into a TE polarization light component and a TM polarization light component And two light receivers for measuring the light intensities of the TE polarization component and the TM polarization component, respectively, and means for comparing the light reception current values of the two light receivers, and minimizing the difference between the two light reception current values. By adjusting the current flowing in the second region and the third region as described above, the optical amplifier of the present invention can be made polarization independent.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明は、歪み半導体活性層の幅
を3段階に変化させることを特徴とし、主にTE偏波を
増幅する領域、偏波無依存に増幅する領域、TM偏波を
増幅する領域を持たせるものであり、以下、この実施の
形態を図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is characterized in that the width of a strained semiconductor active layer is changed in three steps, and mainly includes a region for amplifying TE polarization, a region for amplification independent of polarization, and a region for TM polarization. This embodiment will be described below with reference to the drawings.

【0019】〔実施の形態1〕本発明の光増幅器の請求
項1に関する実施の形態を図1に示す。図1(a)は光
の伝搬方向に沿った面における断面を示し、図1(b)
は図1(a)に直交する方向のB−B’断面を示し、図
1(c)は図1(a)に直交する方向のC−C’断面を
示し、図1(d)は図1(a)に直交する方向のD−
D’断面を示している。この実施の形態は、1.5μm
帯用の偏波依存性調整機構付き半導体レーザ型光増幅素
子となっており、InP−InGaAsP系の化合物半導体
材料によって形成されている。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an embodiment according to claim 1 of the optical amplifier of the present invention. FIG. 1A shows a cross section in a plane along the light propagation direction, and FIG.
1A shows a BB ′ section in a direction orthogonal to FIG. 1A, FIG. 1C shows a CC ′ section in a direction orthogonal to FIG. 1A, and FIG. D- in the direction orthogonal to 1 (a)
The D 'section is shown. This embodiment is 1.5 μm
It is a semiconductor laser type optical amplifying device with a polarization dependence adjusting mechanism for a band, and is formed of an InP-InGaAsP-based compound semiconductor material.

【0020】即ち、厚さ100μm程度のn形InPか
らなる基板102裏面に、AuGeNi/Auからなる厚さ
1μmのn側電極101が形成されている。また、基板
102上には厚さ0.5μmのn−InPからなるバッ
ファ層103が形成され、この上には、例えば厚さ0.
2μmの活性層104,105,106が形成されてい
る。
That is, a 1 μm thick n-side electrode 101 made of AuGeNi / Au is formed on the back surface of a substrate 102 made of n-type InP having a thickness of about 100 μm. Further, a buffer layer 103 made of n-InP having a thickness of 0.5 μm is formed on the substrate 102, and a buffer layer 103 having a thickness of, for example, 0.
Active layers 104, 105 and 106 each having a thickness of 2 μm are formed.

【0021】また、活性層104は、光の伝搬方向に沿
ってW2の幅でL2の長さに、また、活性層105は、
光の伝搬方向に沿ってW1の幅でL1の長さに、また、
活性層106は、光の伝搬方向に沿ってW3の幅でL3
の長さに形成されている。ここで、活性層104,10
5,106には、活性層105の幅W1で偏波無依存と
なるように歪が加えられている。さらに、これら活性層
104,105,106の上に厚さ1.5μmのp形I
nPからなるオーバクラッド層107が形成され、その
上に厚さ0.4μmのp形のInGaAsからなるコンタ
クト層108が形成されている。
The active layer 104 has a width of W2 and a length of L2 along the light propagation direction.
Along the light propagation direction, the width of W1 is equal to the length of L1, and
The active layer 106 has a width of W3 and a width of L3 along the light propagation direction.
The length is formed. Here, the active layers 104 and 10
The strains 5 and 106 are applied so as to be polarization independent at the width W1 of the active layer 105. Further, a 1.5 μm-thick p-type I layer is formed on these active layers 104, 105 and 106.
An over cladding layer 107 made of nP is formed, and a contact layer 108 made of p-type InGaAs with a thickness of 0.4 μm is formed thereon.

【0022】また、コンタクト層108上に活性層10
4,105,106の領域に電流を注入するための電極
109,110,111が形成されている。また、電極
109,110,111は厚さ1μmのAuZnNi/Au
で構成されている。そして、活性層104が形成されて
いる側の光信号入力端面及び活性層106が形成されて
いる側の光信号出力端面には、無反射コート面112,
113が形成されている。
The active layer 10 is formed on the contact layer 108.
Electrodes 109, 110, and 111 for injecting current into regions 4, 105, and 106 are formed. The electrodes 109, 110 and 111 are made of AuZnNi / Au having a thickness of 1 μm.
It is composed of The optical signal input end face on the side where the active layer 104 is formed and the optical signal output end face on the side where the active layer 106 is formed are provided with a non-reflection coated face 112,
113 are formed.

【0023】なお、図1(b),(c),(d)に示す
ように、バッファ層103、活性層104,105、1
06、オーバクラッド層107及びコンタクト層108
の側面には、埋め込み用の絶縁層114が形成されてい
る。さてここで、それぞれの偏波入力光に対する利得特
性の差(ΔGTE-TM)は、GTEをTE偏波入力光に対す
る利得特性、ΓTE,ΓTMをそれぞれの偏波光に対する光
閉じ込め係数、gTE,gTMをそれぞれの偏波光に対する
材料利得とすると、下式(1)で表せる。 ΔGTE-TM(dB)=GTE(1−ΓTMTM/ΓTETE) …(1) それぞれの偏波光に対する材料利得gTE,gTMの比gTM
/gTEは、活性層の加える歪の量により変化させる事が
でき、伸張歪の場合は偏波光に対する材料利得比gTM
TEは1以上に、圧縮歪の場合は1以下と次る。
As shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D, the buffer layer 103, the active layers 104, 105, and 1
06, over cladding layer 107 and contact layer 108
Is formed with an insulating layer 114 for embedding. Now, here, the difference (ΔG TE-TM ) of the gain characteristics with respect to each polarization input light is as follows: G TE is the gain characteristic with respect to the TE polarization input light, Γ TE and Γ TM are the optical confinement coefficients for each polarization light, If g TE and g TM are material gains for the respective polarized lights, they can be expressed by the following equation (1). ΔG TE-TM (dB) = G TE (1−Γ TM g TM / Γ TE g TE ) (1) Ratio g TM between material gains g TE and g TM for each polarized light.
/ G TE can be changed depending on the amount of strain applied to the active layer. In the case of extensional strain, the material gain ratio g TM /
g TE is 1 or more, and in the case of compressive strain, it is 1 or less.

【0024】よって、活性層105の領域における光閉
じ込め係数比ΓTE/ΓTMと偏波光に対する材料利得比g
TM/gTEを等しくなる(偏波無依存条件)ように全活性
層の歪量を設計すると、活性層105より幅の狭い活性
層104の領域では、光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMが活
性層105の光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMより小さくな
り、前記式によりTM偏波入力光をより選択的に増幅
し、活性層105より幅の広い活性層106の領域で
は、光閉じ込め係数比ΓTE/ΓTMが活性層105の光閉
じ込め係数比ΓTE/ΓTMより大きくなり、前記式により
TE偏波入力光をより選択的に増幅することができる。
Therefore, the light confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM in the region of the active layer 105 and the material gain ratio g for polarized light
When the strain amount of all the active layers is designed so that TM / g TE becomes equal (polarization independent condition), in the region of the active layer 104 that is narrower than the active layer 105, the light confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM becomes The light confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM of the active layer 105 is smaller than the above, and the TM-polarized input light is more selectively amplified by the above equation. In the area of the active layer 106 wider than the active layer 105, the light confinement coefficient is the ratio gamma TE / gamma TM is larger than the light confinement coefficient ratio gamma TE / gamma TM of the active layer 105, the it can be more selectively amplify TE polarized input light by formula.

【0025】即ち、この実施の形態によれば、活性層1
05では信号光に所望の光利得を与え、活性層104,
106によって素子全体における偏波間の利得特性の差
を調整することが可能となる。よって、例えば、活性層
における歪量のウェハ面内分布や、活性層幅のプロセス
上生じたずれを補償して偏波間の利得特性の差を0.1
dB以下とほぼ0に近い値にすることができるため、結
晶成長技術上やプロセス技術上の精度のトレランスを広
げることとなり、歩留まり向上につながる他、本発明の
半導体レーザ型光増幅素子を他の光デバイスと集積して
新たな光部品を作製する場合には、その集積する光デバ
イス自体や結合損に多少偏波依存性があっても、それを
補償することが可能となる。
That is, according to this embodiment, the active layer 1
In step 05, a desired optical gain is given to the signal light, and the active layer 104,
106 makes it possible to adjust the difference in gain characteristics between polarizations in the entire device. Therefore, for example, the difference in the gain characteristic between the polarizations is reduced by 0.1% by compensating the in-plane distribution of the amount of strain in the active layer and the shift caused by the process of the active layer width.
Since it can be set to a value close to 0, which is less than or equal to dB, tolerance of accuracy in crystal growth technology and process technology is widened, which leads to improvement in yield, and the semiconductor laser type optical amplifying device of the present invention can be used for other purposes. When a new optical component is manufactured by integrating with an optical device, even if the integrated optical device itself and coupling loss have some polarization dependence, it is possible to compensate for it.

【0026】〔実施の形態2〕本発明の光増幅器の請求
項2に関する実施の形態を図2に示す。図2(a)は光
の伝搬方向に沿った面における断面を示し、図2(b)
は図2(a)に直交する方向のB−B’断面を示し、図
2(c)は図2(a)に直交する方向のC−C’断面を
示し、図2(d)は図2(a)に直交する方向のD−
D’断面を示している。この実施の形態は、第1の実施
の形態における活性層に光閉じ込め層を設けた構成とな
っている。
[Embodiment 2] FIG. 2 shows an optical amplifier according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a cross section in a plane along the light propagation direction, and FIG.
2A shows a BB ′ cross section in a direction orthogonal to FIG. 2A, FIG. 2C shows a CC ′ cross section in a direction orthogonal to FIG. 2A, and FIG. D- in the direction orthogonal to 2 (a)
The D 'section is shown. This embodiment has a configuration in which a light confinement layer is provided in the active layer in the first embodiment.

【0027】また、この実施の形態は、1.5μm帯用
の偏波依存性調整機構付き半導体レーザ型光増幅素子と
なっており、InP−InGaAsP系の化合物半導体材料
によって形成されている。即ち、図2に示すように、厚
さ100μm程度のn形InPからなる基板202裏面
にAuGeNi/Anからなる厚さ1μmのn側電極201
が形成されている。
This embodiment is a semiconductor laser type optical amplifying device having a polarization dependency adjusting mechanism for 1.5 μm band, and is made of InP-InGaAsP-based compound semiconductor material. That is, as shown in FIG. 2, a 1 μm thick n-side electrode 201 made of AuGeNi / An is formed on the back surface of a substrate 202 made of n-type InP having a thickness of about 100 μm.
Are formed.

【0028】また、基板202上には厚さ0.5μmの
n−InPからなるバッファ層203が形成され、この
上には、バンドギャップ波長1.58μmとなる組成の
厚さ0.2μmのバルク活性層207,208,209
とそれを上下に挟むようにバンドギャップ波長1.2μ
mとなる組成の厚さ0.1μmのInGaAsPからなる
光閉じ込め層204,205,206が形成されてい
る。また、バルク活性層207及び光閉じ込め層204
は、光の伝搬方向に沿って0.4μmの幅で200μm
の長さに、また、バルク活性層208及び光閉じ込め層
205は、光の伝搬方向に沿って0.55μmの幅で2
00μmの長さに、また、バルク活性層209及び光閉
じ込め層206は、光の伝搬方向に沿って1.0μmの
幅で200μmの長さに形成されている。
A buffer layer 203 made of n-InP having a thickness of 0.5 μm is formed on the substrate 202, and a 0.2 μm-thick bulk layer having a composition having a bandgap wavelength of 1.58 μm is formed thereon. Active layers 207, 208, 209
And a band gap wavelength of 1.2μ so as to sandwich it above and below
Light confinement layers 204, 205, and 206 made of InGaAsP having a composition of 0.1 m and a thickness of 0.1 m are formed. Also, the bulk active layer 207 and the light confinement layer 204
Is 200 μm in width of 0.4 μm along the light propagation direction.
, And the bulk active layer 208 and the optical confinement layer 205 have a width of 0.55 μm along the light propagation direction.
The bulk active layer 209 and the light confinement layer 206 are formed with a width of 1.0 μm and a length of 200 μm along the light propagation direction.

【0029】ここで、バルク活性層207,208,2
09には、バルク活性層208の幅0.55μmで偏波
無依存となるように歪が加えられている。さらに、これ
らバルク活性層207,208,209と光閉じ込め層
204,205,206の上に厚さ1.5μmのp形I
nPからなるオーバクラッド層210が形成され、その
上に厚さ0.4μmのp形のInGaAsからなるコンタ
クト層211が形成されている。また、コンタクト層2
11上に活性層207,208,209の領域に電流を
注入するための電極212,213,214が形成され
ている。
Here, the bulk active layers 207, 208, 2
09 is strained so that the width of the bulk active layer 208 is 0.55 μm and is polarization independent. Further, a p-type I layer having a thickness of 1.5 μm is formed on the bulk active layers 207, 208, 209 and the optical confinement layers 204, 205, 206.
An over cladding layer 210 made of nP is formed, and a contact layer 211 made of p-type InGaAs with a thickness of 0.4 μm is formed thereon. Also, contact layer 2
Electrodes 212, 213, and 214 for injecting current into the regions of the active layers 207, 208, and 209 are formed on the substrate 11.

【0030】また、電極212,213,214は厚さ
1μmのAuZnNi/Auで構成されている。そして、バ
ルク活性層207が形成されている側の光信号入力端面
及びバルク活性層209が形成されている側の光信号出
力端面には、無反射コート面215,216が形成され
ている。なお、図2(b),(c),(d)に示すよう
に、バッファ層203、バルク活性層207,208,
209、光閉じ込め層204,205,206、オーバ
クラッド層210及びコンタクト層211の側面には、
埋め込み用の絶縁層217が形成されている。
The electrodes 212, 213 and 214 are made of AuZnNi / Au having a thickness of 1 μm. The non-reflection coated surfaces 215 and 216 are formed on the optical signal input end face on the side where the bulk active layer 207 is formed and on the optical signal output end face on the side where the bulk active layer 209 is formed. As shown in FIGS. 2B, 2C, and 2D, the buffer layer 203, the bulk active layers 207, 208,
209, light confinement layers 204, 205, 206, over cladding layer 210 and contact layer 211
A buried insulating layer 217 is formed.

【0031】上記構造でそれぞれの偏波光に対する光閉
じ込め係数比ΓTE/ΓTMを図3に示す。図3に示すよう
に、バルク活性層207の領域ではその比は1.07
5、バルク活性層209の領域ではその比は1.13
5、バルク活性層209の領域ではその比は1.2とな
る。
FIG. 3 shows the optical confinement coefficient ratio Γ TE / Γ TM for each polarized light in the above structure. As shown in FIG. 3, in the region of the bulk active layer 207, the ratio is 1.07.
5. In the region of the bulk active layer 209, the ratio is 1.13.
5, in the region of the bulk active layer 209, the ratio is 1.2.

【0032】即ち、バルク活性層208の領域における
光閉じ込め係数比1.135で偏波光に対する材料利得
比が1.135(偏波無依存条件)となるように全活性
層に伸張歪を設計すると、バルク活性層207の領域で
は、光閉じ込め係数比が1.135より小さいので、前
記式によりTM偏波入力光をより効果的に増幅し、バル
ク活性層209では逆に光閉じ込め係数比が1.135
より大きいので、前記式によりTE偏波入力光をより効
果的に増幅することができる。よって、前述した第1の
実施の形態と同様な効果を有している。特に、この光閉
じ込め層を有する構成によれば、活性層幅に対する光閉
じ込め係数比の変化がゆるやかであるため、活性層の歪
量や活性層幅の設計値からのずれに対してトレランスが
大きいという特徴がある。
That is, when the tensile strain is designed in all the active layers so that the material gain ratio with respect to the polarized light is 1.135 (polarization independent condition) at the optical confinement coefficient ratio of 1.135 in the region of the bulk active layer 208. In the region of the bulk active layer 207, the light confinement coefficient ratio is smaller than 1.135. Therefore, the TM-polarized light is more effectively amplified by the above equation, and conversely, the light confinement coefficient ratio is 1 in the bulk active layer 209. .135
Since it is larger, the TE-polarized input light can be more effectively amplified by the above equation. Therefore, the third embodiment has the same effects as those of the first embodiment. In particular, according to the configuration having the light confinement layer, the change in the light confinement coefficient ratio with respect to the width of the active layer is gradual. There is a feature.

【0033】〔実施の形態3〕本発明の光増幅器の請求
項4に関する実施の形態を図4に示す。この実施の形態
は、本発明の光増幅器の応用例である。即ち、光増幅器
401の出力端には、出力光の一部を分岐する光カプラ
402が接続され、その分岐された出力光の一方にはT
E偏波光成分とTM偏波光成分に分ける偏波ビームスプ
リッタ403とその後段に前記TE偏波成分とTM偏波
成分の光強度をそれぞれ測定する2つの受光器404,
405と、2つの受光器の受光電流値を比較する比較器
406が設けられている。
[Embodiment 3] FIG. 4 shows an embodiment of an optical amplifier according to claim 4 of the present invention. This embodiment is an application example of the optical amplifier of the present invention. That is, an optical coupler 402 for branching a part of the output light is connected to the output terminal of the optical amplifier 401, and one of the branched output lights is provided with T
A polarization beam splitter 403 for separating the E-polarized light component and the TM-polarized light component, and two photodetectors 404 for measuring the light intensity of the TE-polarized light component and the TM-polarized light component at the subsequent stage;
405 and a comparator 406 for comparing the light reception current values of the two light receivers.

【0034】従って、比較器406により前記2つの受
光電流値の差を最小にするように第2の領域及び第3の
領域に流す電流を調整すれば、偏波依存性調整機構付き
半導体レーザ型光増幅素子を偏波無依存化することがで
きる。以上、本発明者によってなされた発明を、前記実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記
実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の変更可能であることは勿論で
ある。
Therefore, if the current flowing in the second region and the third region is adjusted by the comparator 406 so as to minimize the difference between the two received light current values, the semiconductor laser type with the polarization dependence adjusting mechanism can be obtained. The optical amplification element can be made polarization independent. As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. Of course, it is possible.

【0035】例えば、前記第1及び第2の実施の形態に
おいては、信号光の伝搬方向に対して入力端面側の活性
層の幅が一番狭く、出力端面側の活性層幅が一番広い場
合について説明したが、第1,2,3の領域の順番はど
のように変えても同様な効果が得られる。また、前記第
1及び第2実施の形態においては、活性層の幅はステッ
プ状に変化する場合について説明したが、信号光の伝搬
方向に沿って連続的に変化させても良い。
For example, in the first and second embodiments, the width of the active layer on the input end face side is narrowest and the width of the active layer on the output end face side is widest in the signal light propagation direction. Although the case has been described, a similar effect can be obtained regardless of the order of the first, second, and third regions. In the first and second embodiments, the case where the width of the active layer changes stepwise has been described. However, the width may be changed continuously along the signal light propagation direction.

【0036】また、前記第2実施の形態においては、特
にバルク活性層の場合について説明したが、歪多重量子
井戸活性層を用いても同様な効果が得られるし、また、
活性層や光閉じ込め層の厚さを変えたり、光閉じ込め層
の上下片側だけにしても、もちろんよい。また、前記第
1及び第2実施の形態では、n形のInP基板を使用し
た半導体レーザ型光増幅素子について説明したが、p形
のInP基板や他の化合物半導体基板を使用しても同様
な効果を得ることができる。
In the second embodiment, the case of a bulk active layer has been particularly described. However, a similar effect can be obtained by using a strained multiple quantum well active layer.
Of course, the thickness of the active layer or the optical confinement layer may be changed, or only the upper and lower sides of the optical confinement layer may be used. Further, in the first and second embodiments, the semiconductor laser type optical amplifying device using the n-type InP substrate has been described. However, the same applies to the case where a p-type InP substrate or another compound semiconductor substrate is used. The effect can be obtained.

【0037】また、活性層の材料としてInGaP系、I
nGaAlAs系、InAlAs系、AlGaAs系等の他の化合
物半導体材料系を使用しても同様な効果が得られる。ま
た、前記第1及び第2実施の形態では、各領域は連続し
た構造となっているが、電圧印加効果を有効とならしめ
るために、前記各領域の電極間に、分離溝或いは絶縁領
域を設け、各傾城の電極の間で電気的絶縁を行っても良
いことは言うまでもない。
The active layer is made of InGaP-based material,
Similar effects can be obtained by using other compound semiconductor materials such as nGaAlAs, InAlAs, and AlGaAs. In the first and second embodiments, each region has a continuous structure. However, in order to make the voltage application effect effective, an isolation groove or an insulating region is provided between the electrodes of each region. Needless to say, it is possible to provide and electrically insulate between the electrodes of each inclined plane.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光増幅
器は、信号光全体の光増幅に寄与する領域とともにTE
偏波入力光とTM偏波入力光に対する利得を別々に調整
することができる領域を兼ね備えているため、作製時に
おける活性層の歪量や活性層幅の設計値からのずれを補
償することができ、結晶成長技術上やプロセス技術上の
精度のトレランスを広げることが可能な偏波依存性調整
機構付き半導体レーザ型光増幅素子となる。
As described above, the optical amplifier of the present invention can be used in the TE amplifier together with the region contributing to the optical amplification of the entire signal light.
Since it has a region in which the gain for the polarized light input and the gain for the TM polarized light can be separately adjusted, it is possible to compensate for the amount of distortion of the active layer and the deviation of the active layer width from the design values during fabrication. As a result, a semiconductor laser type optical amplifying device with a polarization dependent adjusting mechanism capable of widening the tolerance of accuracy in crystal growth technology and process technology is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における光増幅器に
関し、図1(a)は光の伝搬方向に沿った面における断
面図、図1(b)は図1(a)第2領域に直交するB−
B’断面図、図1(c)は図1(a)第1領域に直交す
るC−C’断面図、図1(d)は図1(a)第3領域に
直交するD−D’断面図、図1(e)は図1(a)の長
さ方向に対する活性層の幅の変化を示すグラフである。
FIG. 1A is a cross-sectional view of an optical amplifier according to a first embodiment of the present invention in a plane along a light propagation direction, and FIG. 1B is a second region in FIG. 1A. B- orthogonal to
FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a line CC ′ orthogonal to the first region in FIG. 1A, and FIG. 1D is a cross-sectional view taken along a line DD ′ orthogonal to the third region in FIG. FIG. 1 (e) is a cross-sectional view, and FIG. 1 (e) is a graph showing a change in the width of the active layer in the length direction of FIG. 1 (a).

【図2】本発明の第2の実施の形態における光増幅器に
関し、図2(a)は光の伝搬方向に沿った面における断
面図、図2(b)は図1(a)第2領域に直交するB−
B’断面図、図2(c)は図1(a)第1領域に直交す
るC−C’断面図、図2(d)は図1(a)第3領域に
直交するD−D’断面図、図2(e)は図1(a)の長
さ方向に対する活性層及び光閉じ込め層の幅の変化を示
すグラフである。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the optical amplifier according to a second embodiment of the present invention in a plane along a light propagation direction, and FIG. 2B is a second region in FIG. B- orthogonal to
FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ orthogonal to the first region of FIG. 1A, and FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line DD ′ orthogonal to the third region of FIG. FIG. 2E is a graph showing a change in the width of the active layer and the light confinement layer in the length direction of FIG. 1A.

【図3】本発明の第2の実施の形態における光増幅器に
おいてバルク活性層及び光閉じ込め層の幅の変化させた
場合の光閉じ込め係数の変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in an optical confinement coefficient when the widths of a bulk active layer and an optical confinement layer are changed in the optical amplifier according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態における光増幅器の
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical amplifier according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n側電極 102 基板 103 バッファ層 104,105,106 バルク活性層 107 オーバクラッド層 108 コンタクト層 109,110,111 電極 112,113 無反射コート面 114 埋め込み用絶縁層 201 n側電極 202 基板 203 バッファ層 204,205,206 光閉じ込め層 207,208,209 バルク活性層 210 オーバクラッド層 211 コンタクト層 212,213,214 電極 215,216 無反射コート面 217 埋め込み用絶縁層 401 光増幅器 402 光カプラ 403 偏波ビームスプリッタ 404,405 受光器 406 比較器 Reference Signs List 101 n-side electrode 102 substrate 103 buffer layer 104, 105, 106 bulk active layer 107 over cladding layer 108 contact layer 109, 110, 111 electrode 112, 113 non-reflective coating surface 114 burying insulating layer 201 n-side electrode 202 substrate 203 buffer Layers 204, 205, 206 Optical confinement layer 207, 208, 209 Bulk active layer 210 Over cladding layer 211 Contact layer 212, 213, 214 Electrode 215, 216 Non-reflective coating surface 217 Embedding insulating layer 401 Optical amplifier 402 Optical coupler 403 Polarization Wave beam splitter 404, 405 Receiver 406 Comparator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 泰夫 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA07 BA01 BA04 CA12 CB02 EA22  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yasuo Shibata F-term (reference) in Nippon Telegraph and Telephone Corporation 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo 5F073 AA07 BA01 BA04 CA12 CB02 EA22

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 歪み半導体活性層を有し、前記歪み半導
体活性層は個別の電極を有する第1,2,3の領域を有
し、前記第1の領域は前記歪み半導体活性層の光増幅が
偏波無依存となる幅であり、前記第2の領域の幅は前記
第1の領域の幅より狭く、前記第3の領域の幅は前記第
1の領域の幅より広いことを特徴とする光増幅器。
1. A semiconductor device comprising: a strained semiconductor active layer, the strained semiconductor active layer having first, second, and third regions each having an individual electrode, wherein the first region is provided for optical amplification of the strained semiconductor active layer. Is a width that is polarization independent, the width of the second region is smaller than the width of the first region, and the width of the third region is wider than the width of the first region. Optical amplifier.
【請求項2】 請求項1記載の前記活性層に光閉じ込め
層が設けられていることを特徴とする光増幅器。
2. The optical amplifier according to claim 1, wherein an optical confinement layer is provided on the active layer.
【請求項3】 請求項1及び請求項2の前記光増幅器を
他の光デバイスと集積すること特徴とする光増幅器。
3. An optical amplifier, wherein the optical amplifier according to claim 1 and 2 is integrated with another optical device.
【請求項4】 請求項1及び請求項2の前記光増幅器の
出力端に出力光の一部を分岐する光カプラと、分岐され
た出力光をTE偏波光成分とTM偏波光成分に分ける偏
波ビームスプリッタと前記TE偏波成分とTM偏波成分
の光強度をそれぞれ測定する2つの受光器と、2つの受
光器の受光電流値を比較する手段を備え、前記2つの受
光電流値の差を最小にするように前記第2の領域及び第
3の領域に流す電流を調整することを特徴とする光増幅
器。
4. An optical coupler for branching a part of output light to an output terminal of the optical amplifier according to claim 1 and a polarization for separating the branched output light into a TE polarized light component and a TM polarized light component. A wave beam splitter, two light receivers for measuring the light intensities of the TE polarization component and the TM polarization component, respectively, and means for comparing the light reception current values of the two light receivers, and a difference between the two light reception current values. An optical amplifier characterized in that currents flowing through the second and third regions are adjusted so as to minimize.
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