JP2548768B2 - 導波路型光分波器 - Google Patents
導波路型光分波器Info
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- JP2548768B2 JP2548768B2 JP6525988A JP6525988A JP2548768B2 JP 2548768 B2 JP2548768 B2 JP 2548768B2 JP 6525988 A JP6525988 A JP 6525988A JP 6525988 A JP6525988 A JP 6525988A JP 2548768 B2 JP2548768 B2 JP 2548768B2
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- Japan
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- optical waveguide
- optical
- region
- waveguide
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光伝送システムあるいは光集積回路におい
て用いられる光導波路型のTM及びTEモード光の分波器に
関するものである。
て用いられる光導波路型のTM及びTEモード光の分波器に
関するものである。
（従来の技術） 従来、偏波面が90゜異なる直線偏波光を分離する素子
としては複屈折結晶からなるプリズム、例えば、ウォラ
ストン・プリズム、ロション・プリズム等が知られてお
り、これらのプリズムに平行光を入射すると、プリズム
を通過した後の光の進行方向は２つに分かれ、各々が互
いに垂直に振動する直線偏波光となる。しかしながら、
これらのプリズムはバルク構造であり、導波路化されて
いないため、光伝送システムあるいは光集積回路に適用
することは困難であった。
としては複屈折結晶からなるプリズム、例えば、ウォラ
ストン・プリズム、ロション・プリズム等が知られてお
り、これらのプリズムに平行光を入射すると、プリズム
を通過した後の光の進行方向は２つに分かれ、各々が互
いに垂直に振動する直線偏波光となる。しかしながら、
これらのプリズムはバルク構造であり、導波路化されて
いないため、光伝送システムあるいは光集積回路に適用
することは困難であった。
そこで、光ファイバあるいは光導波路等の導波構造中
を伝搬する光波に対して、偏波方向の違いにより光分波
の作用を有する光分波器として、光導波路の表面に金属
膜を装荷した構造を有するデバイス、あるいはニオブ酸
リチウム単結晶を用いた方向性結合型のデバイス等が用
いられてきた。
を伝搬する光波に対して、偏波方向の違いにより光分波
の作用を有する光分波器として、光導波路の表面に金属
膜を装荷した構造を有するデバイス、あるいはニオブ酸
リチウム単結晶を用いた方向性結合型のデバイス等が用
いられてきた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記金属膜を装荷したデバイスによれ
ば、基板に垂直な偏波面を持つTMモードの伝搬光に対し
て、金属膜は非常に大きな吸収を生ずる一方、基板に平
行な偏波面をもつTEモード光に対しては吸収をほとんど
生じることはないので、TEモード通過フィルタとして作
用するが、TMモード通過フィルタとしては作用しないた
め、TM及びTEモード光を分波することはできないという
問題点があった。
ば、基板に垂直な偏波面を持つTMモードの伝搬光に対し
て、金属膜は非常に大きな吸収を生ずる一方、基板に平
行な偏波面をもつTEモード光に対しては吸収をほとんど
生じることはないので、TEモード通過フィルタとして作
用するが、TMモード通過フィルタとしては作用しないた
め、TM及びTEモード光を分波することはできないという
問題点があった。
また、上記ニオブ酸リチウム単結晶を用いたデバイス
によれば、TM及びTEモード光を分波することはできる
が、この分波方法は外部から電界を印加し電気光学効果
により、TM及びTEモード光に対する結合度をそれぞれ独
立に制御する方法によるため、外部電源を必要とする不
便があるという問題点があった。
によれば、TM及びTEモード光を分波することはできる
が、この分波方法は外部から電界を印加し電気光学効果
により、TM及びTEモード光に対する結合度をそれぞれ独
立に制御する方法によるため、外部電源を必要とする不
便があるという問題点があった。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、外部電源を用い
ることなく、TM及びTEモード光を空間的に分波すること
のできる導波路型光分波器を提供することにある。
ることなく、TM及びTEモード光を空間的に分波すること
のできる導波路型光分波器を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、光を閉じ込める
コア領域が超格子構造の半導体結晶よりなる第１のスト
ライプ状光導波路と、コア領域が前記超格子を混晶化し
た半導体結晶よりなる第２のストライプ状光導波路とを
有し、前記第１のストライプ状光導波路の一側のクラッ
ド領域が前記第２のストライプ状光導波路のコア領域で
構成され、かつ前記第２のストライプ状光導波路の一側
のクラッド領域が前記第１のストライプ状光導波路のコ
ア領域で構成されるよう一体形成してストライプ状光分
波領域となした。
コア領域が超格子構造の半導体結晶よりなる第１のスト
ライプ状光導波路と、コア領域が前記超格子を混晶化し
た半導体結晶よりなる第２のストライプ状光導波路とを
有し、前記第１のストライプ状光導波路の一側のクラッ
ド領域が前記第２のストライプ状光導波路のコア領域で
構成され、かつ前記第２のストライプ状光導波路の一側
のクラッド領域が前記第１のストライプ状光導波路のコ
ア領域で構成されるよう一体形成してストライプ状光分
波領域となした。
また、光分波領域の一端側に第１または第２の光導波
路と同一物質から構成される入力部を接続した。さらに
光分波領域の他端側に同じく第１または第２の光導波路
と同一物質から構成される出力部を接続した。
路と同一物質から構成される入力部を接続した。さらに
光分波領域の他端側に同じく第１または第２の光導波路
と同一物質から構成される出力部を接続した。
（作 用） 本発明によれば、ある偏波光、例えばTEモード光につ
いては光を閉じ込めるコア領域が超格子構造を有する半
導体結晶よりなる第１のストライプ状光導波路と、それ
と直交する偏波光、例えばTMモード光に対してはコア領
域が前記超格子を混晶化した半導体結晶よりなる第２の
ストライプ状光導波路とを互いに隣接させ２つのストラ
イプ状光導波路からなる光分波領域を形成したことによ
り、光分波領域に入射された光は、その偏波方向によっ
て自動的に超格子構造のコア領域あるいは混晶構造のコ
ア領域に分かれて伝搬することになり、TE及びTMモード
光を空間的に分波することができる。
いては光を閉じ込めるコア領域が超格子構造を有する半
導体結晶よりなる第１のストライプ状光導波路と、それ
と直交する偏波光、例えばTMモード光に対してはコア領
域が前記超格子を混晶化した半導体結晶よりなる第２の
ストライプ状光導波路とを互いに隣接させ２つのストラ
イプ状光導波路からなる光分波領域を形成したことによ
り、光分波領域に入射された光は、その偏波方向によっ
て自動的に超格子構造のコア領域あるいは混晶構造のコ
ア領域に分かれて伝搬することになり、TE及びTMモード
光を空間的に分波することができる。
また、光分波領域の一端に入力部を接続することによ
り、当該光分波器に入力された光は該入力部を伝搬した
後、光分波領域に入射し、分波され、さらに光分波領域
の他端に出力部を接続することにより、光分波領域で分
波されたTE及びTMモード光は該出力部を伝搬した後、当
該光分波器から出力される。
り、当該光分波器に入力された光は該入力部を伝搬した
後、光分波領域に入射し、分波され、さらに光分波領域
の他端に出力部を接続することにより、光分波領域で分
波されたTE及びTMモード光は該出力部を伝搬した後、当
該光分波器から出力される。
（実施例） 第１図は、本発明による導波路型光分波器の第１の実
施例を示す斜視図である。第１図において、１は基板
で、例えばGaAs単結晶よりなる、２はバッファ層で、Ga
As基板より低屈折率を有するAlxGa1-xAs（例えば、ｘ＝
0.3）よりなる。３は第１のストライプ状光導波路で、
バッファ層２よりも高屈折率を有するGaAs及びAlyGa1-y
As（例えばｙ＝0.3）の100Å程度の薄層の繰り返し構造
の超格子層よりなる。４は第２のストライプ状光導波路
で、第１の光導波路３の超格子構造を後記する方法で破
壊した平均Al組成ｚを持ち、同じくバッファ層２よりも
高屈折率を有するAlzGa1-zAs（例えば、同じ層厚の繰り
返しの場合ｚ＝0.15）混晶からなり、これら第１及び第
２の光導波路３及び４は、第１の光導波路３が第２の光
導波路４の一側のクラッド領域となり、第２の光導波路
４が第１の光導波路３の一側のクラッド領域となり、高
さＨ（1000Å〜１μｍ）、幅Ｗ（数μｍ）のリッジ構造
を有するストライプ状光分波領域５を構成するよう後記
する方法で一体形成されている。
施例を示す斜視図である。第１図において、１は基板
で、例えばGaAs単結晶よりなる、２はバッファ層で、Ga
As基板より低屈折率を有するAlxGa1-xAs（例えば、ｘ＝
0.3）よりなる。３は第１のストライプ状光導波路で、
バッファ層２よりも高屈折率を有するGaAs及びAlyGa1-y
As（例えばｙ＝0.3）の100Å程度の薄層の繰り返し構造
の超格子層よりなる。４は第２のストライプ状光導波路
で、第１の光導波路３の超格子構造を後記する方法で破
壊した平均Al組成ｚを持ち、同じくバッファ層２よりも
高屈折率を有するAlzGa1-zAs（例えば、同じ層厚の繰り
返しの場合ｚ＝0.15）混晶からなり、これら第１及び第
２の光導波路３及び４は、第１の光導波路３が第２の光
導波路４の一側のクラッド領域となり、第２の光導波路
４が第１の光導波路３の一側のクラッド領域となり、高
さＨ（1000Å〜１μｍ）、幅Ｗ（数μｍ）のリッジ構造
を有するストライプ状光分波領域５を構成するよう後記
する方法で一体形成されている。
次に、上記構成による導波路型光分波器の作製方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
まず、分子線エピタキシィ（MBE）あるいは有機金属
気相成長法（MOCVD）等の原子層レベルでの膜厚制御が
可能な結晶成長法を用いて、基板１上に、バッファ層
２、続いて第１の光導波路３となる前記超格子層を前面
にエピタキシィ成長する。次に、第２の光導波路４とな
る領域のみにGaイオン注入、あるいはSiO2膜の選択的堆
積等の後、高温アニール処理を行ない混晶化させる。次
に、反応性イオンエッチングあるいは湿式エッチング等
のエッチング方法により高さＨ及び幅Ｗのリッジ構造を
有するストライプ状光分波領域５を形成することにより
作製が完了する。
気相成長法（MOCVD）等の原子層レベルでの膜厚制御が
可能な結晶成長法を用いて、基板１上に、バッファ層
２、続いて第１の光導波路３となる前記超格子層を前面
にエピタキシィ成長する。次に、第２の光導波路４とな
る領域のみにGaイオン注入、あるいはSiO2膜の選択的堆
積等の後、高温アニール処理を行ない混晶化させる。次
に、反応性イオンエッチングあるいは湿式エッチング等
のエッチング方法により高さＨ及び幅Ｗのリッジ構造を
有するストライプ状光分波領域５を形成することにより
作製が完了する。
第２図は、第１図の光分波領域５における横方向の屈
折率分布を示す図である。第２図において、実線は偏
波方向が基板１面に対して平行なTEモード光の屈折率、
破線は偏波方向が基板１面に対して垂直なTMモード光
の屈折率、Ａ及びＤは空気領域、Ｂは第２の光導波路４
の領域、Ｃは第１の光導波路３の領域を示している。
折率分布を示す図である。第２図において、実線は偏
波方向が基板１面に対して平行なTEモード光の屈折率、
破線は偏波方向が基板１面に対して垂直なTMモード光
の屈折率、Ａ及びＤは空気領域、Ｂは第２の光導波路４
の領域、Ｃは第１の光導波路３の領域を示している。
ここで第１の光導波路３の屈折率をNs、第２の光導波
路４の屈折率をNaとすると、屈折率Nsと屈折率Naとの間
には下記のような関係がある。バンドギャップに相当す
る波長より長波長、即ち、半導体結晶に対して透明な光
に対して、第２の光導波路４の屈折率NaはTE及びTMモー
ド光に対してほぼ同一である。即ち、 Na（TE）＝Na（TM） であるが、第１の光導波路３の屈折率Nsには偏波依存性
があり、次のように TEモード光:Ns（TE）＞Na（TE） TMモード光:Ns（TM）＜Na（TM） の関係を有し、またその屈折率差は約２×10-3である
（1987年開催のレーザ電子光学国際会議（CLEO）での発
表論文WQ−４）。
路４の屈折率をNaとすると、屈折率Nsと屈折率Naとの間
には下記のような関係がある。バンドギャップに相当す
る波長より長波長、即ち、半導体結晶に対して透明な光
に対して、第２の光導波路４の屈折率NaはTE及びTMモー
ド光に対してほぼ同一である。即ち、 Na（TE）＝Na（TM） であるが、第１の光導波路３の屈折率Nsには偏波依存性
があり、次のように TEモード光:Ns（TE）＞Na（TE） TMモード光:Ns（TM）＜Na（TM） の関係を有し、またその屈折率差は約２×10-3である
（1987年開催のレーザ電子光学国際会議（CLEO）での発
表論文WQ−４）。
従って、第２図より光分波領域５の横方向の屈折率分
布において、TEモード光に対しては、屈折率のピーク値
は第１の光導波路３の領域Ｃにあり、TMモード光に対す
るピーク値は第２の光導波路４の領域Ｂにあることがわ
かる。
布において、TEモード光に対しては、屈折率のピーク値
は第１の光導波路３の領域Ｃにあり、TMモード光に対す
るピーク値は第２の光導波路４の領域Ｂにあることがわ
かる。
一般的に、高屈折率の物質からなるコア部分を低屈折
率の物質からなるクラッドで囲んだ光導波路において、
光は高屈折率のコア領域を伝搬する特性を有するので、
上記第２図から明らかのように、TEモード光は超格子構
造部をコア領域とする第１の光導波路３に沿って伝搬
し、一方、TMモード光は混晶部をコア領域とする第２の
光導波路に沿って伝搬し、これらTEモード光及びTMモー
ド光は空間的に分波されることになる。
率の物質からなるクラッドで囲んだ光導波路において、
光は高屈折率のコア領域を伝搬する特性を有するので、
上記第２図から明らかのように、TEモード光は超格子構
造部をコア領域とする第１の光導波路３に沿って伝搬
し、一方、TMモード光は混晶部をコア領域とする第２の
光導波路に沿って伝搬し、これらTEモード光及びTMモー
ド光は空間的に分波されることになる。
第３図は、光分波領域５を通過した後の光出力分布を
示す図であり、実線′がTEモード光の出力分布、破線
′がTMモード光の出力分布を示し、またＡ及びＤは空
気領域、Ｂは第２の光導波路４の領域、Ｃが第１の光導
波路３の領域を示している。第３図によれば、TEモード
光のピーク値は第１の光導波路３の領域Ｃ近傍にあり、
TMモード光のピーク値は第２の光導波路４の領域Ｂの近
傍にあることがわかる。
示す図であり、実線′がTEモード光の出力分布、破線
′がTMモード光の出力分布を示し、またＡ及びＤは空
気領域、Ｂは第２の光導波路４の領域、Ｃが第１の光導
波路３の領域を示している。第３図によれば、TEモード
光のピーク値は第１の光導波路３の領域Ｃ近傍にあり、
TMモード光のピーク値は第２の光導波路４の領域Ｂの近
傍にあることがわかる。
以上のように、本第１の実施例によれば、TE及びTMモ
ード光を外部電源を用いることなく、空間的に分波する
ことができ、また超格子構造を有する半導体結晶を用い
て、Gaをイオン注入したり、あるいはSiO2を装荷した後
のアニール処理という非常に簡単なプロセスで当該光分
波器を作製でき、小型化、高効率化を実現できる。
ード光を外部電源を用いることなく、空間的に分波する
ことができ、また超格子構造を有する半導体結晶を用い
て、Gaをイオン注入したり、あるいはSiO2を装荷した後
のアニール処理という非常に簡単なプロセスで当該光分
波器を作製でき、小型化、高効率化を実現できる。
第４図は、本発明による導波路型光分波器の第２の実
施例を示す斜視図である。本第２の実施例と前記第１の
実施例との相違は、光分波器５の一端側にほぼ同一寸
法、即ち高さＨ、幅Ｗを有する前記第１の光導波路３と
同一物質のストライプ状光導波路からなる光の入力部６
を接続したことにある。本第２の実施例によれば、入力
部６を設けたことにより、当該光分波器への光の入力が
容易となる。その他の効果は第１の実施例と同一であ
る。尚、入力部６を第２の光導波路４と同一物質で構成
してもよい。
施例を示す斜視図である。本第２の実施例と前記第１の
実施例との相違は、光分波器５の一端側にほぼ同一寸
法、即ち高さＨ、幅Ｗを有する前記第１の光導波路３と
同一物質のストライプ状光導波路からなる光の入力部６
を接続したことにある。本第２の実施例によれば、入力
部６を設けたことにより、当該光分波器への光の入力が
容易となる。その他の効果は第１の実施例と同一であ
る。尚、入力部６を第２の光導波路４と同一物質で構成
してもよい。
第５図は、本発明による導波路型光分波器の第３の実
施例を示す斜視図である。本第３の実施例と前記第２の
実施例との相違は分光波領域５の他端側において、第１
の光導波路３にはこの第１の光導波路３と同一物質で幅
がほぼW/2のストライプ状光導波路からなる出力部７が
接続されているとともに、第２の光導波路４にはこの第
２の光導波路４と同一物質で幅がほぼW/2のストライプ
状光導波路からなる出力部８が接続されており、これら
出力部7,8は略Ｖ字形状をなす如く、空間的に互いに分
離されている。本第３の実施例によれば、光分波領域５
で分波されたTE及びTMモード光は空間的に離れていくこ
とができ、従ってTE及びTMモード光の空間的分離の大幅
な改善を実現できる。その他の効果は前記第２の実施例
と同様である。
施例を示す斜視図である。本第３の実施例と前記第２の
実施例との相違は分光波領域５の他端側において、第１
の光導波路３にはこの第１の光導波路３と同一物質で幅
がほぼW/2のストライプ状光導波路からなる出力部７が
接続されているとともに、第２の光導波路４にはこの第
２の光導波路４と同一物質で幅がほぼW/2のストライプ
状光導波路からなる出力部８が接続されており、これら
出力部7,8は略Ｖ字形状をなす如く、空間的に互いに分
離されている。本第３の実施例によれば、光分波領域５
で分波されたTE及びTMモード光は空間的に離れていくこ
とができ、従ってTE及びTMモード光の空間的分離の大幅
な改善を実現できる。その他の効果は前記第２の実施例
と同様である。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、TEモード光及
びTMモード光を外部電源を用いることなく、空間的に分
波することができるのみならず、超格子構造を有する半
導体結晶を用いてGaイオン注入あるいはSiO2を装荷した
後のアニール処理という非常に簡単なプロセスにより作
製が可能であり、小型で高効率であり、しかも光伝送シ
ステムあるいは光集積回路に適用できる優れた導波路型
光分波器を実現できる利点がある。
びTMモード光を外部電源を用いることなく、空間的に分
波することができるのみならず、超格子構造を有する半
導体結晶を用いてGaイオン注入あるいはSiO2を装荷した
後のアニール処理という非常に簡単なプロセスにより作
製が可能であり、小型で高効率であり、しかも光伝送シ
ステムあるいは光集積回路に適用できる優れた導波路型
光分波器を実現できる利点がある。
また、光分波領域の一端側に第１の光導波路または第
２の光導波路と同一物質からなる入力部を接続すること
により、当該光分波器への光の入射が容易となり、さら
に光分波領域の他端側に同じく第１の光導波路または第
２の光導波路と同一物質からなる出力部を接続すること
で、TE及びTMモード光の空間的分離の大幅な改善ができ
る。
２の光導波路と同一物質からなる入力部を接続すること
により、当該光分波器への光の入射が容易となり、さら
に光分波領域の他端側に同じく第１の光導波路または第
２の光導波路と同一物質からなる出力部を接続すること
で、TE及びTMモード光の空間的分離の大幅な改善ができ
る。
第１図は本発明による導波路型光分波器の第１の実施例
を示す斜視図、第２図は光分波領域の横方向の屈折率分
布を示す図、第３図は光分波領域通過後の光出力分布を
示す図、第４図は本発明による導波路型光分波器の第２
の実施例を示す斜視図、第５図は本発明による導波路型
光分波器の第３の実施例を示す斜視図である。 図中、１……基板、２……バッファ層、３……第１のス
トライプ状光導波路、４……第２のストライプ状光導波
路、５……光分波領域、６……入力部、7,8……出力
部。
を示す斜視図、第２図は光分波領域の横方向の屈折率分
布を示す図、第３図は光分波領域通過後の光出力分布を
示す図、第４図は本発明による導波路型光分波器の第２
の実施例を示す斜視図、第５図は本発明による導波路型
光分波器の第３の実施例を示す斜視図である。 図中、１……基板、２……バッファ層、３……第１のス
トライプ状光導波路、４……第２のストライプ状光導波
路、５……光分波領域、６……入力部、7,8……出力
部。
Claims (3)
- 【請求項１】光を閉じ込めるコア領域が超格子構造の半
導体結晶よりなる第１のストライプ状光導波路と、 コア領域が前記超格子を混晶化した半導体結晶よりなる
第２のストライプ状光導波路とを有し、 前記第１のストライプ状光導波路の一側のクラッド領域
が前記第２のストライプ状光導波路のコア領域で構成さ
れ、かつ前記第２のストライプ状光導波路の一側のクラ
ッド領域が前記第１のストライプ状光導波路のコア領域
で構成されるよう一体形成してストライプ状光分波領域
となした ことを特徴とする導波路型光分波器。 - 【請求項２】ストライプ状光分波領域の一端に第１また
は第２のストライプ状光導波路と同一物質からなる入力
部を接続した請求項１記載の導波路型光分波器。 - 【請求項３】ストライプ状光分波領域の他端に第１また
は第２のストライプ状光導波路と同一物質からなる出力
部を接続した請求項２記載の導波路型光分波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6525988A JP2548768B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 導波路型光分波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6525988A JP2548768B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 導波路型光分波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01237603A JPH01237603A (ja) | 1989-09-22 |
| JP2548768B2 true JP2548768B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=13281738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6525988A Expired - Lifetime JP2548768B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 導波路型光分波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548768B2 (ja) |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP6525988A patent/JP2548768B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01237603A (ja) | 1989-09-22 |
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