JP2006039037A - 半導体光遅延干渉器 - Google Patents

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Abstract

【課題】受光素子との集積化が可能であり、かつ、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得る。
【解決手段】半導体光遅延干渉器は、半導体基板上に積層成長された半導体導波層構造を有し、分波光の一方を導波する接続導波路と、分波光の他方を導波し、差動位相変調光である入射光の1タイムスロットに相当する遅延長だけ接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路とを備える。さらに、接続導波路は、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、光通信システムの光伝送装置において、差動位相変調信号を復調する際に用いる光遅延干渉装置の小型化、高性能化を実現する半導体光遅延干渉器に関する。
近年、2値信号として光の相対位相を用いるDPSK(Differential Phase Shift Keying)変調方式が注目を浴びている。2値信号として光の強度を用いる従来のOOK(On Off Keying)方式と比較して、受信感度を2倍に向上させることができるため、特に、10Gbit/s以上の伝送速度において、この方式の有効性が確認されている。
一般的に、DPSK光信号の復調には、1ビット遅延干渉計と2つの受光素子からなるバランスド光受信器が用いられる。隣接ビット間の相対位相として符号化された位相信号は,マッハ・ツェンダー干渉計の2つのアーム間に設けられた1ビットの遅延差によって、干渉による強め合いが生じるポート(Constructive port)と、干渉による弱め合いが生じるポート(Destructive port)とに、強度信号として変換して振り分けることで復調を実現している(例えば、非特許文献1参照)。
一方,半導体材料を用いた光導波路に関する研究も、近年盛んに行われている。半導体の代表であるシリコン(Si)、あるいは化合物半導体であるインジウム・リン(InP)またはガリウム・砒素(GaAs)の屈折率は、3から4という大きな値をとる。これにより、同じ遅延差を得るにも石英に比べて1/2から1/3の長さで済む上、比屈折率差を大きくし、曲率半径を小さくすることができ、デバイスの小型化が可能となる(例えば、非特許文献2参照)。
さらに、光通信波長帯における受光素子には、インジウム・リン系フォトダイオードが用いられることが多く、半導体材料を用いた光導波路を採用することにより、光導波路と受光素子との集積化が容易となり、光遅延干渉装置の小型化、低コスト化が可能となる。
T.Yamada et. al., "A hybrid integrated differential photoreceiver module using a PLC platform for a bit-synchronous intensity modulated DPSK system," Proc. of Seventh Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2002), Yokohama, Kanagawa, Japan, 10C1-3, pp.138-139, 2002. T.Tsuchizawa et. al., "Fabrication and evaluation of submicron-square Si wire waveguides with spot size converters," Proc. of the 15th Annual Meeting of the IEEE Lasers and Electro=Optics Society (IEEE, Piscataway NJ), pp.287-288, 2002.
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来のDPSK変調方式を用いた1ビット遅延干渉計は、伝搬損失が小さい点と、伝送路である光ファイバとの整合性の観点とから、石英系導波路を用いることが多かった。しかし、石英の屈折率は、1.47程度と小さいため、所望の遅延差を得るには、ある程度の光路長差が必要となる。
例えば、伝送速度10Gbit/sの信号における1ビットは100psであり、石英上での長さに換算すると約2cm必要となる。加えて、導波路の被屈折率差を大きく確保できないため、曲げによる放射損失を増加させない導波路構造を実現するには、曲率半径5cm以上で設計する必要があり、結果として、非常に大きなデバイスとなってしまう。また,半導体であるバランスド受信器用の受光素子との集積化も非常に困難である。
また、半導体材料を用いた光導波路の伝搬損失は、石英に比べて大きい。非特許文献2に記載されているシリコン導波路において、伝搬損失の最良値は、6dB/cm程度もある。したがって、100ps遅延時間を得るためには、6dB程度の損失差が両アーム間に生じることとなる。このように、導波路の伝搬損失が大きい場合には、感度劣化が問題となってくる。例えば、6dB程度の損失差に対しては、1dB近い感度劣化が生じることになり、これによりDPSK方式の優位性がなくなってしまう。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、受光素子との集積化が可能であるとともに、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得ることを目的とする。
本発明に係る半導体光遅延干渉器は、差動位相変調光である入射光を導波する入力導波路と、入射光を分波する分波部と、分波光の一方を導波する接続導波路と、分波光の他方を導波し、入射光の1タイムスロットに相当する遅延長だけ接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路と、接続導波路を導波する分波光と、遅延導波路を導波する分波光とを合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて、干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部と、合分波部から相対位相が一致する場合に出力される光強度信号を導波する第1の出力導波路と、合分波部から相対位相が一致しない場合に出力される光強度信号を導波する第2の出力導波路とを含む半導体導波層構造を半導体基板上に積層成長させ、差動位相変調光を復調するための光強度信号を出力する半導体光遅延干渉器であって、接続導波路は、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えたものである。
本発明によれば、半導体基板上に積層成長された2本の導波路を有する半導体導波層構造部を備え、2本の導波路を伝搬する光の損失差を低減するために、一方の導波路に放射損失を与える損失付加部を設けることにより、受光素子との集積化が可能になるとともに、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得ることができる。
以下、本発明の半導体光遅延干渉器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の半導体光遅延干渉器は、半導体基板上に積層成長された遅延導波路及び接続導波路を備え、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を接続導波路内に設けることにより、受光素子との集積化が可能になることに加えて、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができることを特徴とする。なお、以下の説明においては、半導体光遅延干渉器に入射する差動位相変調光として、DPSK変調信号光を想定している。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度10Gbit/sのDPSK光受信器である。
本実施の形態1における半導体光遅延干渉器は、半導体基板1上に積層成長された半導体導波層構造部で構成される。この半導体導波層構造部は、入力導波路2、入力分岐用多モード干渉カプラ3、合分波用多モード干渉カプラ4、接続導波路5、遅延導波路6、第1の出力導波路7a及び第2の出力導波路7bで構成される。
入力導波路2は、差動位相変調光である入射光を導波する導波路である。入力分岐用多モード干渉カプラ3は、入射光を2つの分波光に分波するための分波部である。合分波用多モード干渉カプラ4は、入力分岐用多モード干渉カプラ3で分波された2つの分波光を一旦合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部である。
接続導波路5は、入力分岐用多モード干渉カプラ3で分波された2つの分波光のうちの一方を合分波用多モード干渉カプラ4へ伝搬する導波路である。この接続導波路5は、伝搬する光に放射損失を与えるための損失付加部として、部分的に断面積が小さくなっている狭断面部51を有している。
遅延導波路6は、入力分岐用多モード干渉カプラ3で分波された2つの分波光のうちのもう一方を合分波用多モード干渉カプラ4へ伝搬する導波路であり、接続導波路5を伝搬する光との間に位相差を有する導波路である。第1の出力導波路7aは、相対位相が一致する場合に光強度信号が出力される合分波用多モード干渉カプラ4のポートにつながれた出力導波路である。さらに、第2の出力導波路7bは、相対位相が一致しない場合に光強度信号が出力される合分波用多モード干渉カプラ4のポートにつながれた出力導波路である。
また、半導体光遅延干渉器の後段には、差動位相変調光の復調手段が接続されており、第1のフォトダイオード8a、第2のフォトダイオード8b及び引き算回路9で構成される。第1のフォトダイオード8aと第2のフォトダイオード8bは、それぞれ第1の出力導波路7aと第2の出力導波路7bを介して出力される光強度信号を電気信号に変換する受光素子である。引き算回路9は、第1のフォトダイオード8a及び第2のフォトダイオード8bからのそれぞれの電気信号から差動信号を生成し、差動位相変調光の復調を行う引き算回路である。
次に、本実施の形態1の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路2から入射したDPSK変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ3によって2つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ3は、分岐を1対1、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった2つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路5および遅延導波路6を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ4に入射する。
遅延導波路6を伝搬する信号光は、接続導波路5を伝搬する信号光に対して、伝送速度10Gbit/sにおける1タイムスロット分に相当する100ps分の遅延が与えられる。この時、接続導波路5及び遅延導波路6に用いたInPの屈折率は、3.2程度であるため、これらの導波路の中を光が100psの間に伝搬する長さは、9.4mmとなる。したがって、遅延導波路6の経路長は、接続導波路5よりも9.4mm分長くなっている。
接続導波路5を伝搬したDPSK信号と遅延導波路6を伝搬したDPSK信号とは、1タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ4によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ4は、接続導波路5からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路6からの信号光を1タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
さらに、合分波用多モード干渉カプラ4は、2つの導波路を出力先として有しており、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第1の出力導波路7aに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第2の出力導波路7bに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
第1のフォトダイオード8a及び第2のフォトダイオード8bは、第1の出力導波路7a及び第2の出力導波路7bから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路9は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、DPSK変調信号光を復調することができる。
ここで、InP導波路の伝搬損失を6dB/cmと仮定すると、長さ9.4mmの遅延に相当する5.4dB分だけ遅延導波路6の損失が接続導波路5の損失よりも大きくなる。図2は、本発明の実施の形態1における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を示した図である。損失差が大きくなるにしたがって、感度劣化も大きくなり、5.4dBの損失差に対しては、1dB近い感度劣化が生じることを示している。
そこで、この感度劣化の問題を解決するために、本実施の形態1の接続導波路5は、断面積を他の導波路部分よりも小さくした狭断面部51を有している。狭断面部51は、断面積を小さくすることで、放射損失を増加させることができ、この結果、接続導波路5と遅延導波路6との光信号の損失差を低減させることができる。導波路内を厚さ方向に閉じ込められる光強度は、導波路の実際の厚さとエバネセント深さとの和として表される導波路の実効厚さに比例する。したがって、接続導波路5内の狭断面部51の厚さを薄くすることで、放射光を増加させることができる。
ここで、損失差を相殺するための精度は、あまり重要ではなく、損失差が必ずしも0dBでなくても、例えば1dB程度あったとしても感度劣化を抑える効果がある。図3は、図2における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を部分的に拡大した図である。図3において、例えば、損失差が1dBのときの感度劣化は、約0.03dBと無視できるほど小さいことがわかる。
実施の形態1によれば、損失付加部に相当する狭断面部を設けて接続導波路の断面積を部分的に小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らすことができ、光信号の復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
実施の形態2.
実施の形態1は、接続導波路5と遅延導波路6との伝搬損失差を減らす目的で、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部51を用いた。実施の形態2は、このような狭断面部51に対して、電極を設けてポッケルス効果あるいは量子閉じ込めシュタルク効果によって生じる屈折率変化によって光の位相制御を行う機能をさらに追加した場合の遅延干渉計に関するものである。
図4は、本発明の実施の形態2における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度10Gbit/sのDPSK光受信器である。実施の形態1における図1の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態2における図4の半導体光遅延干渉器は、p側電極10及びn側電極11をさらに備えている。
p側電極10は、接続導波路5の狭断面部51の上に設けられ、Ti/Au等で形成されたp側の電極である。また、n側電極11は、半導体基板1の裏面に設けられ、Ti/Au等で形成されたn側の電極である。このp側電極10とn側電極11は、一対の電極に相当する。
次に、本実施の形態2の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路2から入射したDPSK変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ3によって2つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ3は、分岐を1対1、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった2つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路5および遅延導波路6を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ4に入射する。
遅延導波路6を伝搬する信号光は、接続導波路5を伝搬する信号光に対して、伝送速度10Gbit/sにおける1タイムスロット分に相当する100ps分の遅延が与えられる。この時、接続導波路5及び遅延導波路6に用いたInPの屈折率は、3.2程度であるため、これらの導波路の中を光が100psの間に伝搬する長さは、9.4mmとなる。したがって、遅延導波路6の経路長は、接続導波路5よりも9.4mm分長くなっている。
接続導波路5を伝搬したDPSK信号と遅延導波路6を伝搬したDPSK信号とは、1タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ4によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ4は、接続導波路5からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路6からの信号光を1タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
さらに、合分波用多モード干渉カプラ4は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第1の出力導波路7aに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第2の出力導波路7bに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
しかし、実際には、接続導波路5と遅延導波路6の屈折率の違いあるいはそれぞれの導波路内での偏波の違いによる伝搬定数の違いなどによって、信号光のキャリア周波数の位相が2つの経路で異なるため、十分な干渉作用を得られなくなる懸念がある。
そこで、実施の形態2における半導体光遅延干渉器は、接続導波路5上に形成したp側電極10と半導体基板1の裏面に形成したn側電極11との間の電圧を調整し、接続導波路5の狭断面部51に生じる電界を変えることで屈折率を変化させ、光のキャリア周波数の位相を調整することにより、十分な干渉作用を得ようとするものである。
例えば、量子井戸構造を最適化したInGaAs/InAlAs多重量子井戸構造を用いて、吸収端波長を1.47μmとすることによって、信号光波長である1.55μm帯での量子閉じ込めシュタルク効果による吸収変化量を抑え、かつ、同効果の屈折率変化量だけを大きくするような導波路を得ることができる。
位相が調整された光信号に基づいて合分波用多モード干渉カプラ4によって分岐された出力光は、その後、実施の形態1と同様に処理される。すなわち、第1のフォトダイオード8a及び第2のフォトダイオード8bは、第1の出力導波路7a及び第2の出力導波路7bから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路9は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、DPSK変調信号光を復調することができる。
実施の形態2によれば、狭断面部を設けて接続導波路の断面積を小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らし、かつ、狭断面部と半導体基板裏面とに一対の電極を設けて印加電圧を調整することにより、量子閉じ込めシュタルク効果による屈折率制御による光キャリアの位相を調整することができ、位相の違いによる干渉作用の劣化を低減した、より高性能で安定した特性を有する半導体光遅延干渉器を得ることができる。
実施の形態3.
実施の形態1及び2は、遅延干渉計における接続導波路5と遅延導波路6との伝搬損失差を減らす目的で、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部51を用いた。実施の形態3は、接続導波路内に急峻な曲率半径の曲げ損失部を設けることによって放射損失を増加させた場合の遅延干渉計に関するものである。
図5は、本発明の実施の形態3における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度10Gbit/sのDPSK光受信器である。実施の形態1における図1の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態3における図5の半導体光遅延干渉器は、接続導波路5内に急峻な曲率半径を有する曲げ損失部52をさらに備えている。
次に、本実施の形態3の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路2から入射したDPSK変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ3によって2つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ3は、分岐を1対1、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった2つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路5および遅延導波路6を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ4に入射する。
遅延導波路6を伝搬する信号光は、接続導波路5を伝搬する信号光に対して、伝送速度10Gbit/sにおける1タイムスロット分に相当する100ps分の遅延が与えられる。この時、接続導波路5及び遅延導波路6に用いたInPの屈折率は、3.2程度であるため、これらの導波路の中を光が100psの間に伝搬する長さは、9.4mmとなる。したがって、遅延導波路6の経路長は、接続導波路5よりも9.4mm分長くなっている。
接続導波路5を伝搬したDPSK信号と遅延導波路6を伝搬したDPSK信号とは、1タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ4によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ4は、接続導波路5からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路6からの信号光を1タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
さらに、合分波用多モード干渉カプラ4は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第1の出力導波路7aに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第2の出力導波路7bに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
第1のフォトダイオード8a及び第2のフォトダイオード8bは、第1の出力導波路7a及び第2の出力導波路7bから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路9は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、DPSK変調信号光を復調することができる。
ここで、InP導波路の伝搬損失を6dB/cmと仮定すると、長さ9.4mmの遅延に相当する5.4dB分だけ遅延導波路6の損失が接続導波路5の損失よりも大きくなる。そこで、このような損失差を減らすために、本実施の形態3の接続導波路5は、非常に小さな曲率半径からなる曲げ損失部52を有している。曲げ損失部52は、導波路の曲率半径を小さくすることで、放射損失を増加させることができ、この結果、接続導波路5と遅延導波路6との光信号の損失差を低減させることができる。
実施の形態3によれば、損失付加部に相当する曲げ損失部を設けて接続導波路に急峻な曲げを部分的に加えることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らすことができ、光信号の復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
実施の形態4.
実施の形態1及び実施の形態2では、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部51を用いた。また、実施の形態3では、放射損失を与えるための導波路構造として曲げ損失部52を用いた。このように放射損失を増加させた場合には、損失となる放射光が再び導波路に結合するとクロストーク光となって伝送品質を劣化させることとなる。そこで、実施の形態4では、このような伝送品質の劣化を防止するために、放射光の再結合を抑えた場合の遅延干渉計に関して説明する。
図6は、本発明の実施の形態4における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度10Gbit/sのDPSK光受信器である。実施の形態1における図1の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態4における図6の半導体光遅延干渉器は、接続導波路5の狭断面部51の近傍に光吸収層12をさらに備えている。
次に、本実施の形態4の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路2から入射したDPSK変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ3によって2つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ3は、分岐を1対1、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった2つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路5および遅延導波路6を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ4に入射する。
遅延導波路6を伝搬する信号光は、接続導波路5を伝搬する信号光に対して、伝送速度10Gbit/sにおける1タイムスロット分に相当する100ps分の遅延が与えられる。この時、接続導波路5及び遅延導波路6に用いたInPの屈折率は、3.2程度であるため、これらの導波路の中を光が100psの間に伝搬する長さは、9.4mmとなる。したがって、遅延導波路6の経路長は、接続導波路5よりも9.4mm分長くなっている。
接続導波路5を伝搬したDPSK信号と遅延導波路6を伝搬したDPSK信号とは、1タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ4によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ4は、接続導波路5からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路6からの信号光を1タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
さらに、合分波用多モード干渉カプラ4は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第1の出力導波路7aに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第2の出力導波路7bに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
第1のフォトダイオード8a及び第2のフォトダイオード8bは、第1の出力導波路7a及び第2の出力導波路7bから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路9は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、DPSK変調信号光を復調することができる。
ここで、接続導波路5における狭断面部51からの放射光が、再び接続導波路5あるいは遅延導波路6に結合すると、クロストーク光となってしまう。このクロストーク光は、信号と同一波長であり、コヒーレンスが高いため、たとえ−30dB以下の光強度であったとしても、伝送品質を大幅に劣化させることになる。
そこで、このような放射光の影響を抑えるために、本実施の形態4の半導体光遅延干渉器は、接続導波路5の狭断面部51の近傍に形成された光吸収層12を有している。光吸収層12は、吸収端波長を信号光波長帯付近とすることで、このような放射光を吸収することができ、この結果、クロストーク光による伝送品質劣化を低減させることができる。
実施の形態4によれば、狭断面部を設けて接続導波路の断面積を小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らし、かつ、狭断面部で放射損失を増加させることに伴って生じる放射光が、再び導波路に入射するのを防ぐための光吸収層を備えることにより、クロストーク光の影響による伝送品質劣化を低減し、復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
なお、上述において、光吸収層12を設ける場所は、接続導波路5の狭断面部51の近傍として干渉計の内側に配置しているが、本実施の形態4は、これに限定されるものではない。放射光を効果的に吸収し、かつ、伝搬光の伝搬損失が著しく大きくならない場所であれば、光吸収層12をどこに配置してもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
さらに、上述において、損失付加部の一例として狭断面部51を用いた場合を説明したが、曲げ損失部52などその他の損失付加部に対しても、光吸収層12を設けることにより同様の効果を得ることができる。
さらに、上述の実施の形態1〜4において、光を2つに分岐したり、2つの光を1つに合波したりするために多モード干渉カプラを用いているが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。多モード干渉カプラの代わりとして、方向性結合器あるいはY分岐カプラを用いることによっても、同様の効果を得ることができる。
本発明の実施の形態1における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。 本発明の実施の形態1における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を示した図である。 図2における損失差と受信感度劣化との関係を部分的に拡大した図である。 本発明の実施の形態2における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。 本発明の実施の形態3における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。 本発明の実施の形態4における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。
符号の説明
1 半導体基板、2 入力導波路、3 入力分岐用多モード干渉カプラ(分波部)、4 合分波用多モード干渉カプラ(合分波部)、5 接続導波路、6 遅延導波路、7a 第1の出力導波路、7b 第2の出力導波路、8a 第1のフォトダイオード、8b 第2のフォトダイオード、9 引き算回路、10 p側電極(一対の電極)、11 n側電極(一対の電極)、12 光吸収層(光吸収手段)、51 狭断面部(損失付加部)、52 曲げ損失部(損失付加部)。

Claims (8)

  1. 差動位相変調光である入射光を導波する入力導波路と、
    前記入射光を分波する分波部と、
    前記分波光の一方を導波する接続導波路と、
    前記分波光の他方を導波し、前記入射光の1タイムスロットに相当する遅延長だけ前記接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路と、
    前記接続導波路を導波する分波光と、前記遅延導波路を導波する分波光とを合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて、前記干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部と、
    前記合分波部から相対位相が一致する場合に出力される前記光強度信号を導波する第1の出力導波路と、
    前記合分波部から相対位相が一致しない場合に出力される前記光強度信号を導波する第2の出力導波路と
    を含む半導体導波層構造を半導体基板上に積層成長させ、前記差動位相変調光を復調するための前記光強度信号を出力する半導体光遅延干渉器において、
    前記接続導波路は、前記接続導波路内を導波する分波光に対して、前記遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  2. 請求項1に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記接続導波路は、前記接続導波路内を導波する分波光の位相を調整する位相調整部を備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  3. 請求項2に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記位相調整部は、前記損失付加部近傍に設けられた一対の電極を有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記分波光の位相を調整することを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  4. 請求項3に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記位相調整部は、多重量子井戸構造であるInGaAs/InAlAs層を有することを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記損失付加部は、前記接続導波路内に設けられ、導波路の断面積を部分的に小さくした狭断面部であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  6. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記損失付加部は、前記接続導波路内に設けられ、導波路の曲率半径を部分的に小さくした曲げ損失部であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記損失付加部の近傍に放射損失の増加に伴う放射光を吸収する光吸収手段をさらに備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
  8. 請求項7に記載の半導体光遅延干渉器において、
    前記光吸収手段は、吸収端波長を信号光波長帯の近傍にした光吸収層であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
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