JP2003233040A

JP2003233040A - 光変調器

Info

Publication number: JP2003233040A
Application number: JP2002032328A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yagyu; 栄治柳生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】チャープが少なく光の長距離伝送を可能とす
るような光変調器を得る。【解決手段】２つのクラッド層１０，１１の間に光が
透過する光透過層５を備え、上記クラッド層１０、１１
間に電極７および裏面電極９を用いて電圧を印加する構
造を有した光変調器において、上記光透過層の上記光が
透過する方向の両端に光を反射する反射構造１、２を有
するようにし、外部から電極７および裏面電極９間に逆
バイアス電圧を印加して電気光学効果により屈折率を変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いる光
変調器において半導体内部に電圧を印加し入射光が受け
る吸収量を増大させて出力光強度を変調する光変調器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えばＮＴＴＲ＆ＤＶｏｌ．４
９Ｎｏ．８、Ｐ．４５０に記載の従来の電界吸収型光変
調器の断面構造である．ここで、１０１、１０２はクラ
ッド層であり１０３は光を透過する光導波路層である。
また、１０４、１０５はこの光導波路層１０３に電圧を
印加するための電極である。図の矢印は光の進行方向を
示している。

【０００３】このような電界吸収型光変調器は光導波路
である半導体内部に電界を誘起させられる光変調器構造
であって、入射光は光導波路を導波する。その際に、入
射光の波長を光導波路に電圧を印加しない時の吸収端波
長より５０〜７０ｎｍ程度長波長側に設定する。変調信
号である外部逆バイアス電圧の印加により光導波路であ
る半導体内部に電界を誘起し吸収端波長を長波長側にシ
フトさせることにより、入射光が受ける吸収量を増大さ
せる。

【０００４】このことにより外部から印加する電気信号
によって、入射光が出力される際の光の強度を制御、す
なわち変調することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の電界
吸収型光変調器では吸収量を変化させるために電圧を印
加した際に吸収量が変化するとともに屈折率も変化す
る。その屈折率の変化は通常の電界吸収型光変調器にお
いて用いられる消光比１３ｄｂ程度の場合、最小でも約
０．００１程度となる。そのように屈折率が変化した場
合、光信号に位相変調すなわち波長変動が発生する。こ
の現象を一般にチャープあるいはチャーピングと称す
る。このチャープは光伝送後の波形劣化の要因となり長
距離伝送の際に受信不能となる欠点があった。

【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、チャープが少なく光の長距離
伝送を可能とするような光変調器を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は前記課題を
解決するためになされたもので、２つのクラッド層の間
に光が透過する光透過層を備え、上記クラッド層間に電
圧を印加する構造を有した光変調器において、上記光透
過層の上記光が透過する方向の両端に光を反射する反射
部を有するようにしたものである。

【０００８】第２の発明は反射部がブラッグ反射器であ
り、該ブラッグ反射器に電圧を印加できるようにしたも
のである。

【０００９】第３の発明は光透過層を光を透過する方向
に分割し、分割されたそれぞれの部位に電圧を印加する
ようにしたものである。

【００１０】第４の発明は光透過層の分割された部位
の、少なくとも１つが他の部位と絶縁されているように
したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の形
態１にかかる光変調器について、図１を用いながら説明
する。図１は本実施の形態１にかかる光変調器の断面図
である。この光変調器は光透過層５を光透過層５より屈
折率の小さい物質よりなるクラッド層１０、１１ではさ
みこみ光が透過する方向の垂直方向に屈折率が分布する
よう構成している。さらに反射部すなわち分布反射領域
１、２が光を透過する方向の両端に位置している。な
お、図において矢印は光の透過する方向を示している。
この実施の形態の場合、分布反射領域１、２はブラッグ
反射器であり、回折格子３、４を有する。回折格子３、
４の間隔および深さは透過したい光の周波数および必要
とされる反射率によって異なる。ここで分布反射領域
１，２および光透過層５はIII−Ｖ族化合物半導体から
なるたとえばＧａＩｎＡｓＰからなる。また、クラッド
層１０、１１は分布反射領域１、２および光透過層５よ
り屈折率の小さいIII−Ｖ族化合物半導体からなり、通
常はＩｎＰが用いられる。この光導波路のクラッド層１
０の光透過層５と接している面と反対面上の分布反射領
域１，２および光透過層５に逆バイアス電圧を印加でき
る領域にそれぞれ電極６、７、８を設けている。クラッ
ド層１１の光透過層５と接している面と反対面上には裏
面電極９が形成される。この裏面電極９は電極６、７、
８に対応した場所に位置している。また、電極６、７、
８はそれぞれ互いに電気的に絶縁されている構造となっ
ている。この電極６、７、８、９に用いられる材料とし
ては半導体の導電型に応じた合金が用いられ、通常はＡ
ｌ、多結晶シリコンなどが用いられるがそれに限定され
るものではない。

【００１２】次に動作原理について説明する。本光変調
器は光を透過する方向の両端を分布反射領域にかこまれ
た光共振器構造をとっている。光共振器は入射する光の
波長に対して急峻な透過特性を有する。その透過する光
の波長は分布反射領域間の距離である共振器長とその共
振器の屈折率によって決定される。そこで外部から電極
７、９間に逆バイアス電圧を印加して電気光学効果によ
り屈折率を変化させれば透過する光の波長が変化するの
で、光変調器が実現できる。

【００１３】本実施の形態１にかかる光変調器において
光の出力振幅ｉは以下の式（１）で表される。 i＝t_１t_２EXP（-αL-ｊδ）／｛１-r_１r_２EXP（-２αＬ-２ｊδ）｝（１）ここでｔ１、ｔ２はそれぞれ入射側、出射側の透過率ｒ１、ｒ２はそれぞれ入射側、出射側の反射率ａは吸収係数Ｌは共振器長光の真空中での波長λ、共振器の屈折率ｎとするとδ＝
２πｎＬ／λ である。

【００１４】図２は式（１）にもとづき、電気光学効果
によって生じる屈折率変化をΔｎとし、ｎ＝ｎ０＋Δｎ
とした場合、代表的なIII―Ｖ族化合物半導体ＧａＩｎ
ＡｓＰにおいて波長１．５５μｍとした場合の横軸をΔ
ｎ、縦軸を消光比としたグラフである。Δｎ＝０．００
０２の場合で１４ｄＢ程度の消光比が得られる。

【００１５】本実施の形態では変調に電圧の印加による
光吸収率の変化を用いていないので、変調したい光の波
長近傍に吸収端波長を有する材料を導波路に用いる必要
がない。そのためΔｎ＝０．０００２と従来の電界吸収
型光変調器の屈折率変化０．００１程度に比べて微小な
屈折率変化で従来の電界吸収型光変調器と同等の消光比
を得ることができる。そのため、変調に吸収率変化を用
いる場合に比べて屈折率変化を小さくすることができ
る。このことによりチャープが少なくなり高ビットレー
トの長距離伝送が可能となる光変調器を得ることができ
る。

【００１６】さらに、電極６または８と裏面電極９の間
に逆バイアス電圧をかけることによりブラッグ反射器の
屈折率を変化させ、そのことによりブラッグ反射器の反
射波長を変化させることにより動作波長を調整すること
もできる。ここでは、光反射領域として回折格子３、４
を持つブラッグ反射器の分布反射領域１、２を用いてい
るが、光反射領域には光を反射する金属膜、誘電体多層
膜あるいは素子端面を用いても良い。ブラッグ反射器を
用いた場合と同様の動作、効果がある。

【００１７】実施の形態２．実施の形態２にかかる光変
調器について、図３を用いて説明する。図３は本実施の
形態２にかかる光変調器の断面図である。図３において
は光導波路のうち分布反射領域１、２にはさまれた光透
過層５を位相調整領域１２と屈折率変調領域１４と分離
して動作するようにクラッド層１０の光透過層と接して
いる面と反対面上の位相調整領域１２に逆バイアス電圧
を印加できる位置に電極１３を設けている。その他の構
造は前記実施の形態１と同じでありここでは説明を省略
する。電極７と電極１３は絶縁されている。電極７と電
極１３を分離することにより光透過層５を位相調整領域
１２と屈折率変調領域１４とに分離している。光透過層
５を位相調整領域１２と屈折率変調領域１４に分離する
ことにより、光変調器の作製上の要因で有効動作波長が
設計値と異なった場合でも動作波長を設計値となるよう
に補正することが可能となる。つまり、電極９と電極１
３の間に逆バイアス電圧を印加することにより位相調整
領域の屈折率を変化せしめ、有効動作波長を変化させ
る。このことにより、光変調器の動作波長を微調整する
とともに、電極７と電極９間に逆バイアス電圧を印加し
屈折率を変調させて透過する光の変調を行なうことがで
きる。それにより、動作範囲の制御、調整が容易となる
効果がある。

【００１８】なお、ここでは光が屈折率変調領域１４か
ら位相調整領域１２に透過するように両領域を設定して
いるが、これに限定されるものではなく逆でも良い。ま
た、位相調整領域１２を屈折率変調領域１４の光の透過
する方向の両側に配置しても良い。

【００１９】実施の形態３．図４は実施の形態３を説明
するための光変調器の断面図である。ここでは位相調整
領域１２およびその領域に対応したクラッド１０を絶縁
領域１５で屈折率変調領域１４および分布反射領域１、
２と電気的に絶縁していることが特徴である。絶縁領域
１５は例えばＦｅをドープした化合物半導体（ＩｎＰ）
などの絶縁体で形成される。絶縁領域１５を設ける事に
より位相調整領域１２に順バイアス電流を印加すること
ができる。順バイアス電流を印加することにより逆バイ
アス電圧を印加する場合より屈折率の変化を約５倍とす
ることができる。そのことにより、より動作範囲の制
御、調整が容易となる効果がある。

【００２０】さらにブラッグ反射器を用いた分布反射領
域１、２を光透過層５と絶縁することによりブラッグ反
射器に順バイアス電流を印可することもできる。そうす
ることによりブラッグ反射器の反射波長をより容易に調
整することもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
発明では２つのクラッド層の間に光が透過する光透過層
を備え、上記クラッド層間に電圧を印加する構造を有し
た光変調器において、上記光透過層の上記光が透過する
方向の両端に光を反射する反射部を有することにより光
変調器において光共振構造を実現することにより、従来
の電界吸収型変調器とは異なり、屈折率の変化が小さく
チャープの少ない高ビットレートの長距離伝送が可能と
なる光変調器を得る効果がある。

【００２２】第２の発明では反射部がブラッグ反射器で
あり該ブラッグ反射器に電圧を印加できるようにするこ
とにより、ブラッグ反射器の反射波長を変化させること
により動作波長を容易に調整することができる光変調器
を得る効果がある。

【００２３】第３の発明では光透過層を光を透過する方
向に分割し、分割されたそれぞれの部位に電圧を印加す
ることにより光変調器の作製上の要因で有効動作波長が
設計値と異なった場合でも動作波長を設計値となるよう
に補正することが可能となり動作範囲の制御、調整が容
易となる効果がある。

【００２４】第４の発明では光透過層の分割された部位
の、少なくとも１つが他の部位と絶縁されていることに
より、分割した部分に順バイアス電流を印加することが
できる。順バイアス電流を印加することにより逆バイア
ス電圧を印加する場合より屈折率の変化を大きくするこ
とができ、そのことにより、より動作範囲の制御、調整
が容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る光変調器の断面
図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る波長と透過率の
関係を示すグラフである。

【図３】本発明の実施の形態２に係る光変調器の断面
図である。

【図４】本発明の実施の形態３に係る光変調器の断面
図である。

【図５】本発明の従来例に係る光変調器の断面図であ
る。

【符号の説明】

１、２分布反射領域、３、４回折格子、５光透過
層、６、７、８、１３電極、９裏面電極、１０、１１
クラッド、１２位相調整領域、１４屈折率変調領
域、１５絶縁領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つのクラッド層の間に光が透過する光
透過層を備え、上記クラッド層間に電圧を印加する構造
を有した光変調器において、上記光透過層の上記光が透
過する方向の両端に光を反射する反射部を有することを
特徴とする光変調器。
【請求項２】反射部がブラッグ反射器であり、該ブラ
ッグ反射器に電圧を印加できることを特徴とする請求項
１の光変調器。
【請求項３】光透過層を光を透過する方向に分割し、
分割されたそれぞれの部位に電圧を印加することを特徴
とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】光透過層の分割された部位の、少なくと
も１つが他の部位と絶縁されていることを特徴とする請
求項３に記載の光変調器。