JP2594352B2 - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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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、入射光に影響を与える屈折率変調器ととも
に使用されるグレーティングカプラを含む光デバイスに
係り、特に、光通信システムにおいて光処理を行い、情
報に従って符号化された光信号を生成する光デバイスに
関する。
［従来技術およびその問題点］ 1970年代初期に実用的な光通信媒体として発明された
低損失光ファイバは、光通信関連分野の急激な成長を招
来した。例えば、その光ファイバに続いて、多くの労力
が種々の光源および光検出器の開発に向けられた。さら
に、半導体技術の進歩に伴って、光源や光検出器を集積
したものが現れ、その製造を安価でかつ容易なものにし
た。なお、「光（optical）」という用語は、可視光だ
けでなく、誘導体ファイバ内を効率的に（通常2dB/kmよ
り低い損失で）伝搬し得る任意の電磁波をも意味する。
すなわち、この用語は波長0.1〜50μｍの間の一般的な
電磁波を意味する。
デバイス開発とともに、光通信システム用の種々のシ
ステムアーキテクチャが提案され、議論されている。し
かし、このようなシステムの多くは情報に従って変調さ
れる光源を必要とする。予想される長距離システムのた
めに、このような光源は毎秒10億回（１ギガビット／
秒）の高速度でパルス動作する必要がある。このパルス
化はONおよびOFFの状態を振幅で表現したものでも良い
し、ある周波数でONを、他の周波数でOFFを表現する周
波数シフトキーイングのようなものでも良い。いずれに
しても、このような光源はギガビット程度の高速度パル
ス動作を必要とするという観点から考察されなければな
らない。
注入レーザのような光源は直流変調によってギガビッ
ト速度でパルス動作し得るが、このような高速動作は
「チュープ」のような好ましくないスペクトル線の広が
りを引き起こす（T.L.コッホ、J.E.ボワーズ、Electro
n、Lett.第20巻1038ページ（1984年））。このような不
要な効果を低減させるには、外部変調器を用いて光源の
出力を変化させるか、あるいはレーザ内の内部キャビテ
ィ変調器を用いて情報を表すパルス光を生じさせれば良
い。
波長分割多重（WDM）に応用した場合、多数の異なる
波長のチャネルを光伝送または交換アーキテクチャで用
いることが検討されている。この場合、送信または受信
を行う波長チャネルの決定には、調整可能な光源または
調整可能な光フィルタデバイスを用いることができる。
このようなデバイスは与えられた信号を光通信ネットワ
ーク内へ再送出するために用いることも可能である。上
記調整可能性または波長チャネル選択性を達成するため
に、多くのデバイスはデバイス内で屈折率を変調または
制御し得る手段を設けている。
上記応用例で述べたように、変調を行うのに特に有用
な素子は電気光学デバイスである。電気光学デバイスの
光学的特性（例えば吸収率または屈折率）は、適当な電
気信号を印加することによって変化させることができ
る。このようなデバイスの例として量子井戸デバイスが
ある。なお、「量子井戸」とは１以上の量子井戸を意味
するものとする。
量子井戸は異なった半導体材料の層が交互に積層され
て構成される。すなわち、広禁制帯（wide bandgap）の
材料と狭禁制帯（narrow bandgap）の材料とが交互に積
層される。これにより、広禁制帯材料の価電子帯は狭禁
制帯材料の価電子帯よりエネルギ的に低くなり、広禁制
帯材料の伝導帯は狭禁制帯材料の伝導帯よりエネルギ的
に高くなる。このために、これらの「井戸」領域に形成
された電子および正孔、すなわちこれらの領域へ移動し
てきた電子および正孔は、これらの井戸領域のポテンシ
ャルエネルギが低いために、これらの領域内に閉じ込め
られる。このようなデバイスは、狭いポテンシャル井戸
を有するところから量子井戸デバイスと呼ばれ、電子お
よび正孔のエネルギレベルは量子効果によって変化す
る。励起子状態の場合は、励起子直径よりかなり狭い領
域（狭禁制帯材料層の厚さで規定される）に電子および
正孔を閉じ込めることで、フォノン広がりをさらに増大
させることなく、励起子束束縛エネルギをより大きくで
きる。この「量子閉じ込め」により、室温での共鳴の持
続が説明される。さらに、閉じ込められた電子および正
孔のエネルギは「閉じ込めエネルギ」のために増大す
る。この量子閉じ込めの結果として、当該半導体の価電
子帯の退化が防止され、そのめに２つの励起子共鳴が生
ずる。すなわち、「軽正孔」励起子と「重正孔」励起子
とである。
量子井戸層に垂直に電界を印加すると、励起子共鳴点
を含む光吸収端はより低いエネルギ側へ移動する。通常
のバルク半導体では、吸収端のシフトは、あるにしても
非常に僅かである。バルク半導体への電界印加によって
生じるのは、バンド端が比較的僅かなシフトを伴って広
がるフランツ−ケルディッシュ効果である。低い電界で
は励起子ピークは広がり消滅する。しかし、バルク半導
体とは異なり、量子井戸デバイスに垂直電界を印加する
ときには、励起子吸収ピークは高い電界で保持される。
MQW（多重量子井戸）デバイスに垂直電界を印加した
ときの励起子共鳴の持続は、閉じ込められた電子−正孔
対への電界の作用を考察することで説明される。通常、
電界を印加すると、イオン化によって励起子寿命が短く
なるために励起子の広がりが生ずる。しかし、量子井戸
による電子−正孔対の閉じ込めが励起子のイオン化を妨
げるために、非常に強い電界を印加してもイオン化が生
ぜず、従って励起子共鳴の広がりが生じない。さらに、
MQWデバイスを変調器として使用することを考えた場
合、印加電界による閉じ込めエネルギの変化とそれに伴
う井戸の歪みとによって吸収端が大きくシフトするとい
う現象がより重要となるであろう。この吸収端のシフト
は、MQWデバイスを変調器として使用するための基礎と
なる。すなわち、印加電界を変化させることで適当にバ
イアスされたMQWデバイスの光吸収特性が大きく変化す
るために、MQWを通過する光を変調することが可能とな
るからである。
このような電気光学的特性からすると、MQWデバイス
は光強度変調器として特に適していると思われるが、共
鳴領域において生ずる高い吸収度のために、変調器のON
状態およびOFF状態共に光エネルギの大きな損失が生じ
てしまう。これは最も好ましくないことであり、応用例
によっては許容できないこともある。そこで、MQWデバ
イスを吸収変調器としてではなく、「屈折率」または
「位相」変調器として使用することが研究されている。
この基礎となるクラマース−クローニッヒの関係は材料
の吸収特性の変化とその屈折率変化との間の相互作用を
支配する関係であるが、この関係によれば、屈折率の大
きな変化は吸収端からずれた領域において生ずる。従っ
て、MQWデバイスを吸収損失の小さい状態で位相または
屈折率の変調器として用いることができる。このような
MQW位相変調器をファブリ−ペローレーザと接続する利
用法はチェムラらに与えられた米国特許第4,525,687号
の第14欄第１〜19行に示唆されている。
初期のレーザはチェムラらによって引用されたファブ
リ−ペロー形がほとんどであったが、その後分布反射器
（多くは導波構造内に形成される）を有するレーザが開
発された。米国特許第3,760,292号で分布帰還型（DFB）
レーザの動作が述べられている。このようなレーザは
「グレーティング結合」現象を基礎としている。この現
象は、少なくとも１次元で周期的に伝送特性が変化して
いる領域、すなわち「グレーティング」を光が通過する
ことによって生じる。このグレーティングと光との相互
作用はある波長でのみ満たされる位相整合条件に関係す
る。周知のように、位相整合条件を満たすような波長
は、グレーティング結合の異なる「次数」によって与え
られる。位相整合条件を満たす最も長い波長λ０で結合
が生ずるとき、その結合は第１次の結合と呼ばれる。同
じく位相整合条件を満たす他の波長はλ0/Mである。こ
こで、Ｍ＝2,3,4,…はより高次の動作を示す。本応用例
では、グレーティングは一般に第１次（Ｍ＝１）で動作
していると考えられるが、より高次で動作することもあ
る。このようなグレーティングの代表的なものとして
は、屈折率変化領域や２つの異なる屈折率材料の境界を
波形にしたものがある。光はこのような領域を通ること
でフォワードまたはリバース結合する。グレーティング
結合の実例としてはブラッグ反射器がある。これは入射
光を反射した出射光束へとリバース結合するグレーティ
ングカプラである。ブラッグ反射器は利得手段の外部に
形成され、分布ブラッグ反射型（DBR）レーザを形成す
る。グレーティングカプラは結晶材料の集積部分として
形成され、DFBレーザを形成する。DFBレーザのグレーテ
ィングカプラはレーザキャビティを規定する単なる反射
器として見做される。しかし、厳密な分析によれば、DF
Bレーザの結合は位相効果のためにより複雑であること
がわかっている。例えば、DFBレーザはブラッグ反射バ
ンドの中心では発振せず、むしろ２つの第１の最小値の
近傍で発振する。
量子井戸デバイスおよびDFBレーザが組み合わされて
量子井戸レーザのようなデバイスが形成される。量子井
戸レーザは量子井戸の電気的性質を利用してレーザ遷移
として特に有利となるエネルギレベルを定める。
［発明の概要］ 本発明は、グレーティングカプラを逆バイアス量子井
戸屈折率変調器とモノリシック集積構造で組合わせるこ
とにより、特に効果的なデバイスが構成されるという理
解に基づいている。この構造は、その中を通過する光を
横方向または縦方向に閉じ込めるための１以上の光導波
路を有する。カプラおよび変調器の組合わせにより設計
自由度が増え、２つの異なる伝搬モード間のリバースま
たはフォワード結合特性を変化させることができ、それ
によって新規で有益な構造を得ることが可能となる。本
発明の実施例は、 （１）内部キャビティ逆バイアス量子井戸屈折率変調器
を有するDFBレーザと、 （２）同調可能量子井戸ブラッグ反射器と、 （３）同調可能リバース結合グレーティングフィルタ
と、 （４）同調可能フォワード結合グレーティングフィルタ
と、 （５）位相調整可能な波長選択結合デバイスを提供する
ためにグレーティングカプラと集積された量子井戸屈折
率変調器と、 からなる。これらのデバイスは光通信システムに適した
光デバイスとして有利である。
［実施例］ 本発明はグレーティングカプラと量子井戸屈折率変調
器とを組合わせたデバイスであるから、具体的実施例に
入る前に、量子井戸屈折率変調器およびグレーティング
カプラの説明をする。
A.量子井戸屈折率変調器 本発明が生じた背景には次のような知見がある。すな
わち、量子井戸デバイスにとって、吸収ピークから十分
に離れた（従って光損失が少ない）拡張動作領域が存在
し、しかも同時にその領域では、外部電界によって屈折
率の変調が可能になるという知見である。このような動
作領域は、ほとんどの半導体量子井戸構造に存在してい
る。われわれは実験によって、２成分、３成分、および
４成分材料の組合せの量子井戸構造に対して、前記動作
領域の特定を行った。
印加電界を固定した場合には、その電界による屈折率
の変化量は基底状態励起子共鳴点からの離調（デチュー
ニング：Δω）に反比例して変化することがわかった。
これを数学的に表すと次のようになる。
Δｎ〜1/Δω （１） また、離調を固定した場合には、印加電界による屈折
率の変化量はその電界の２乗に比例して変化することが
分かった。式で表せば次のようになる。
Δｎ〜E2 （２） そして、ほとんどの半導体量子井戸デバイスには、電
界による屈折率変化（Δｎ）、離調（Δω）および印加
電界の平方（E2）の間に次式のような一般的関係が存在
することも分かった。
（Δn/E）（Δω/E）＝κ （３） ただし、Δn/Eの単位をピコメートル／ボルトとし、
Δω/Eの単位をmeV・dm/kVとした場合に、κは100〜500
の範囲の値である。上式（３）によって、ある特定の電
圧および波長での電界による屈折率変化を単独に測定す
るだけで、任意の量子井戸デバイスにおける電界による
屈折率変化を波長または印加電界の関数として予測する
ことが可能となる。いくつかの異なる材料からなる量子
井戸デバイスに対して電界による屈折率変化の上記測定
を有る特定の電圧および波長で行った結果を第１図に示
す。
電界による屈折率変化量は基底状態励起子共鳴点から
の離調に反比例して変化するが、同じくその離調にとも
なって吸収損失は指数関数的に低下する。このことか
ら、その量子井戸デバイスへの電界の印加により吸収率
を変調できると同時に、唯一の最小吸収損失を有する拡
張波長動作領域が存在することが分かる。第２図は、上
記吸収損失と電界による屈折率変化との間のトレードオ
フを例示したグラフである。同グラフにおいて、離調は
横軸、伝搬損失は右縦軸、電界による屈折率変化に起因
する位相変化は左縦軸に示す。なお、左縦軸の単位は位
相変化πを得るのに必要な離調である。このグラフで
は、10Vが１μｍの入射領域に印加され、100kV/cmの電
界がかかっている。この距離は、 Ｌπ＝λ/2Δｎ （４） で与えられる。グラフに示すように、位相変化πは長さ
150μｍのデバイスで得られ、その場合の伝搬損失は5dB
より低くなる。
従来のデバイスは5dBの吸収損失で十分に動作してい
たことから、この程度の損失は許容し得ると考えられて
きた。しかし、利得デバイスを用いると、その以上の吸
収損失でも動作可能となる。本発明のデバイスは励起子
吸収ピークより低いところで、従って４Γより大きい動
作領域（２Γは励起子吸収ピークの最下線のｅ−1/2点
での全幅を示す）で通常動作するだろうが、利得デバイ
スでは共鳴ピークにより近いところで（おそらく１Γま
たは２Γほどのところで）動作することとなる。量子井
戸の成長方向に対する光偏波に存在して、最下線励起ピ
ークはTM偏波では軽正孔励起子、TE偏波では重正孔励起
子となる。以上、電界による屈折率変化と吸収損失との
関係についてのさらに詳細な説明は、「GaAs/AlGaAs量
子井戸光導波路における低電圧位相変調」Electronics
Letterrs第24巻第２号112ページ（1988年１月１日）に
記載されている。
B.グレーティングカプラ 本発明においては、逆バイアス量子井戸屈折率変調器
がグレーティングカプラと組み合わされて、結合光の位
相またはこの結合が生ずる波長を変化させる。このグレ
ーティングのピッチはある波長領域で位相整合グレーテ
ィング結合となるように設計される。この波長領域は当
該量子井戸デバイスの吸収端より実質的に低い領域であ
り、それによって量子井戸屈折率変調器を所望の屈折率
領域で動作させることができる。上述したところから、
この「吸収端より実質的に低い」ということは、３Γよ
り大きい離調であることを示している。しかしながら、
市販のデバイスは共鳴ピークからさらに５Γ,7Γまたは
10Γも離れて動作するように設計されている。
従来のデバイスでは、種々の伝搬モード間の結合が含
まれている。ここで用いられている「結合」という用語
は、ある導波構造における２以上の伝搬モード間のパワ
ー伝送を意味している。グレーティングカプラでは、こ
のグレーティングにより位相が整合し、２つの伝搬モー
ドの結合が可能となる。グレーティングがなければ、位
相整合もなく結合されないであろう。ここで「伝搬モー
ド」という用語は、この分野で共通に使用されているも
のと同じであり、伝搬方向と直交する相対的強度分布が
その伝搬方向に沿った距離にほとんど関係しないフォワ
ードまたはリバース伝搬波のことを意味する。例えば、
グレーティングによって結合される２つの伝搬モード
は、導波構造の２つの閉なる空間モード（spatial mode
s）、換言すれば２つの異なる偏波モードあるいは同一
空間モードのフォワード形およびリバース形である。こ
こでは、ある空間モードのフォワード形およびリバース
形を２つの異なる伝搬モードとして取り扱う。上述した
ように、「グレーティング」という用語は、少なくとも
１次元で周期的に伝送特性が異なる領域を意味する。こ
のようなグレーティングとしては、屈折率が周期的に変
化している領域や、異なる屈折率の媒体の境界が波形に
形成された領域などがある。
グレーティングによって結合される２つのモードは、
一般に、異なる伝搬定数β１およびβ２を有する。この
モード１からモード２への結合が行われるためには、次
式に示す位相整合条件を満たすことが必要である。
β２＝β１±（２π／λｇ）・Ｍ （５） ただし、Λｇはグレーティングの空間周期、すなわち
ピッチであり、M1,2,3,…は結合次数である。ほとんど
の実施例において、グレーティングカプラのピッチ、量
子井戸デバイスの吸収端よりかなり低いエネルギの波長
領域におけるＭ＝１（１次）の位相整合結合である。モ
ード伝搬定数は、等価屈折率neff＝β・λ/2πによって
特徴づけられる。従って、等価屈折率neff1を有するあ
る空間モードのフォワード形およびリバース形の間を結
合するためには、上記位相整合条件は、グレーティング
ピッチΛｇが次式に満たすことが要求される。
Λｇ＝λ（２・neff1） （６） ただしλは位相整合結合を望む波長である。他の例と
して、等価屈折率neff1およびneff2（neff1＞neff2）を
有する２つの異なるフォワード伝搬モード間を結合する
ためには、グレーティングのピッチΛｇは Λｇ＝λ（neff1−neff2） （７） であることが必要である。ただしλは位相整合条件を望
む波長である。
グレーティング結合されたデバイスの従来例には次の
ものがある。
・DFBレーザ（H.コーゲルニック、C.V.シャンク、Appl.
Phys.第43巻2327ページ（1972年）、米国特許第3,760,2
92号） ・DBRレーザ（Y.スエマス、S.アライ、K.キシノ、J.Lig
htwave Tech.LT−1,161ページ（1983年）） ・ニオブ酸リチウムTE−TMモード変換フィルタ（R.C.ア
ルファネス、L.L.バール、Appl.Phys.Lett.第40巻861ペ
ージ（1982年）、米国特許第4,273,411号） ・モノリシック垂直グレーティングカプラ（T.L.コッ
ホ、P.L.コービニ、W.T.ツァン、U.コーレン、B.I.ミラ
ー、Appl.Phys.Lett.第51巻1060ページ（1987年）） C.本発明の実施例 以下に説明する実施例は次のものからなる。
（１）内部キャビティ逆バイアス量子井戸屈折率変調器
を有するDFBレーザ （２）同調可能量子井戸ブラッグ反射器 （３）同調可能リバース結合グレーティングフィルタ （４）同調可能フォワード結合グレーティングフィルタ （５）位相調整可能な波長選択結合デバイスを提供する
ためにグレーティングカプラととに集積された量子井戸
屈折率変調器 これらを順に説明する。
1.内部キャビティ逆バイアス量子井戸屈折率変調器を有
するDFBレーザ 本実施例は、屈折率（したがって位相）変調のために
４つの付加的な量子井戸を有する量子井戸レーザであ
る。
本実施例では、量子井戸位相変調器が量子井戸DFBレ
ーザキャビティの中心に組み込まれている。これを用い
て、変調器部での光位相シフトを逆および順バイアス印
加電圧の関数として測定した。すなわち、逆バイアスで
屈折率変化が生じ、また順バイアスでは量子井戸へのキ
ャリア注入によって同様に屈折率変化が生じる。なお、
このような順バイアス動作は本実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内の他の実施例でも実施され
る。
本実施例は単一モードレーザに特に有利である。DBF
レーザの縦モード動作は中央位相シフトによって制御さ
れるために、変調器バイアスを調整することで単一モー
ド動作を得ることができる。さらに、電気光学効果が高
速変調を可能にすることから、本実施例はレーザの高速
FM変調または高速周波数スイッチングが要求される場
合、例えば周波数シフトキーイング構成の場合などに用
いられる。
本実施例に代表されるデバイスは、レーザ部および変
調器部に各々用いられる厚さ80A（オングストローム）
および60Aの２つの量子井戸スタックを有する。レーザ
導波路部は双方のスタックを含む。また変調器導波路部
は厚さ60Aの量子井戸スタックのみを含み、他方のスタ
ックはエッチング除去されている。このような構造は次
の事実を利用したものである。すなわち、レーザは厚さ
80Aの量子井戸スタックのより低いエネルギギャップに
対応した波長で動作し、この波長では厚さ60Aの量子井
戸スタックは相対的に透明である、という事実を利用し
たものである。
しかしながら、60A量子井戸スタックの励起子吸収バ
ンド端は約70nmでレーザ発振波長より短く、印加電界に
よって強くシフトされ得る。従って、変調器部におい
て、屈折率および吸収率の双方で大きな変化が引き起こ
され得る。この変調器部（長さ80μｍ）の順逆双方のバ
イアスにより、約650度までの位相シフトが測定され
た。これは約１％の等価屈折率変化に相当し、我々の知
るかぎりでは、量子井戸形分離閉じ込め形ヘテロ構造導
波路における最大の屈折率変化である。
以上述べた本実施例の構造を第３図に示す。同図にお
いて、ウエハは大気圧有機金属化学蒸着法（MOCVD）に
よって形成された。導波路部は厚さ2500Aの1.3μｍ−In
GaAsP層から形成された。続いて、２つの量子井戸スタ
ックが形成された。第１のスタックは、100AのInGaAsP
バリア層で分離された60Aの４つのInGaAs量子井戸から
なる。このスタックに続いて、250AのInPストップエッ
チ層が形成され、100AのInGaAsPバリア層で分離された8
0Aの４つの量子井戸の第２のスタックが形成された。そ
して最後に形成される層は波長1.3μｍ厚さ1500AのInGa
AsP導波路層である。
これらエピタキシャル成長後、１次グレーティングカ
プラが最後の導波路層上にホログラフィ的に形成れた。
この導波路層および80Aの量子井戸スタックは、変調器
部において選択化学エッチングによりInPストップエッ
チ層まで除去された。
その他の工程は、半絶縁性ブロックプレーナ埋め込み
形ヘテロ構造（SIPBH）レーザの製造法と同様である。
（コーレン他、Electronics Letters第24巻138ページ
（1988年）参照。）この技術は、ブロッキング半絶縁性
層およびトップクラッド層およびキャップ層のために、
MOCVDによる２つのエピタキシャル再成長工程を用いて
いる。そして、最後に第３図に示すように、レーザおよ
び変調器部に２つの電極が形成された。この電極は化学
エッチングにより分離され、キャップ層およびクラッド
層を通して２電極間に約200Ωの抵抗を生じる。
このデバイスは、銅スタッド上にｐ側を上にしてクリ
ーブされマウントされる。全キャビティ長は500μｍ、
中央変調器部は80μｍの長さである。このデバイスは、
ミラー上の反射防止コーティングも高反射コーティング
の用いずに、クリープされたままで動作する。
変調器電極に印加された電圧に対する変動器導波路の
等価屈折率変化を第４図に示す。引き起こされた位相シ
フトは、コーレン他、Applied Physics Letters第50巻3
68ページ（1987年）に記載されているように測定され
た。この技術はしきい値以下でのレーザ駆動を含み、変
調器電圧の関数としてファブリーペローモードでのスペ
クトルシフトをモニターすることができる。位相シフト
πは完全な１周期のスペクトルシフトに対応し、もとの
モードスペクトルとのオーバーラップを引き起こす。変
調器バイアス電圧が０から変化するとき、キャビティに
加わる過剰光損失も第４図に示す。この損失はファブリ
ーペローモードのコントラスト変化から生ずる。等価屈
折率の１％以上の比較的大きな変化が得られる一方で、
過剰損失は40cm-1より小さいままであった。
変調器電圧のDFBレーザ動作への主な効果は、レーザ
動作をシングルモードとダブルモードとの間で（幾つか
の異なる変調器電圧で）繰り返し切り換えることであ
る。これら２つの状態の光電流特性を第５図に示す。
シングルモードDFB動作の電流しきい値は約10mAで、
ダブルモードの場合より低い。また、シングルモード動
作での出力電力10mW/ファセットが得られた。これら２
つの状態におけるしきい値の上下でのスペクトルの振舞
いを第６図に示す。禁止帯（stop band）がしきい値よ
り下で明瞭に観測され、レーザは変調器電圧によってシ
ングルモード動作とダブルモード動作の間でスイッチさ
れ得る。同様のスイッチング動作は、以前、２電極レー
ザの電流比の変化を用いて観測された。なお、変調器電
圧の高精度調整によって、40dBより低いサイドモード抑
制を持つシングルモード動作が得られた。
上記スイッチング動作は、DFBブラッグ波長がレーザ
の利得ピークに近いときに得られた。しかし、ブラッグ
波長が利得ピークより長いとき（15nm以上の離調）、DF
Bシングるモード動作とファブリーペロー動作との間で
スイッチングが観測された。これら２つの状態間のスイ
ッチングは、変調電圧が変化するにつれて数回生じた。
この種類のスイッチングン動作は、ファブリーペロー動
作のしきい値が、離調を伴い、ダブルモード動作より低
くなり得ることを示している。
第７図は、内部キャビティ位相変調形DFBレーザにお
いて、位相変調器電極に印加された信号の変調周波数の
関数として、周波数変調（FM）応答（GHz/V）を示すグ
ラフである。これは、ファブリーペロー干渉計を用いて
測定され、GHz変調スピードでの実質的FM応答を実証し
ている。
2.同調可能量子井戸ブラッグ反射器 本実施例において、グレーティング、量子井戸および
導波構造はモノリシックに製造され、導波構造の特定光
モードのフォワード形およびリバース形がグレーティン
グおよび量子井戸の双方に空間的にオーバーラップする
ように、空間的に配置される。導波構造が量子井戸およ
びカプラに隣接して垂直に配置され、また、グレーティ
ングが２つの異なる屈折率材料の境界に位置する波形状
であることは実施例に共通である。このデバイスの最も
一般的な応用例は、量子井戸材料の屈折率を変化させる
ことで（通常は適当な電界を印加することで）中央反射
波長が変化する狭帯域反射フィルタである。この実施例
は第３図に概略的に示される。ここで、量子井戸材料が
問題となっている伝搬モードにオーバーラップするなら
ば、量子井戸材料屈折率が変化するとき、当該モードの
等価屈折率は変化する。従って、チューニング（同調）
は式（６）から直接帰結する。本実施例は新規な同調可
能DFBレーザの、または新規な同調可能共鳴DBR増幅器の
「ミラー」として用いられる。
3.同調可能なリバース結合グレーティングフィルタ 本実施例は、上記番号２の実施例とかなり類似してい
るが、ある特定光モードのフォワード形およびリバース
形の間の結合ではなく、あるモードのフォワード形と他
のモードのリバース形との間のグレーティング結合であ
る点が異なる。本実施例は、異なる伝搬定数を有する２
つの直交する空間モードをサポートする導波構造と、両
モードを空間的にオーバーラップする結果として両モー
ドを結合するグレーティングとを含む。本実施例を第９
図に概略的に示す。量子井戸のない従来のデバイスは、
Appl.Phys.Lett.第51巻1060ページ（1987年）の「波長
選択性層間方向性グレーティングInP/InGaAsP導波路光
検出」に記載されている。第９図に示される本実施例の
一例では、量子井戸層は２つの空間モードの少なくとも
１つとオーバーラップする。量子井戸の屈折率が印加電
圧に従って変化するとき、各モードの等価屈折率neff1
およびneff2の一方または双方が変化する。これは、式
（７）に従って結合波長が変化するという効果を有し、
本実施例では次のようになる。
λ＝Λｇ・（neff1＋neff2） （８） 4.同等可能フォワード結合グレーティングフィルタ 第10図に示すように、本実施例は、２つの結合モード
が共にフォワード伝搬であることを除いて、上記番号３
の実施例と実質的に同じである。式（７）に従えば、フ
ォワード結合に必要なグレーティングのピッチは、リバ
ース結合で必要とされるよりも実質的に粗いものであ
る。本実施例の位相整合波長は次式となる。
λ＝Λｇ・（neff1−neff2） （９） 5.グレーティングカプラと集積されて位相調整可能な結
合デバイスを提供する量子井戸屈折率変調器 一般に、本実施例は空間的に分離した量子井戸屈折率
変調器を有するグレーティングカプラを含む。この変調
器は結合される光の位相を変化させるために用いられ
る。その位相変化は、結合が生じる前または後のいずれ
において、電界を印加することにより、屈折率の変化し
た量子井戸媒質の伝搬距離によって生ずる。グレーティ
ングカプラ自体は、上記番号１〜４の実施例におけるよ
うに、量子井戸屈折率変調器を含んでも良いし、含まな
くとも良い。従って、第11図には、本実施例の４つの態
様が示されている。第11a図は本実施例の一般的概略
図、第11b図〜第11d図は上記実施例１〜３と類似した例
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、量子井戸デバイスにおける電界による屈折率
変化を測定した結果を示す図表、 第２図は、吸収損失および屈折率変化を離調の関数とし
て表したグラフ、 第３図は、本発明による一実施例の概略斜視図、 第４図は、本実施例における屈折率変化および過剰損失
を印加電圧の関数として表したグラフ、 第５図は、レーザのシングルおよびダブルモード動作の
光電流特性を示すグラフ、 第６図は、しきい値の前後におけるレーザのスペクトル
変化を示すグラフ、 第７図は、内部キャビティ変調DFBレーザにおける変調
周波数に対する変調応答を示すグラフ、 第８図は、本発明の第２実施例の概略断面図、 第９図は、本発明の第３実施例の概略断面図、 第10図は、本発明の第４実施例の概略断面図、 第11a図〜第11d図は、各々本発明の第５〜第８実施例の
概略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ローソン コッチ アメリカ合衆国，07748 ニュージャー ジィ，ミドルタウン モーガン ロード 12 (72)発明者 ユズィエル コーレン アメリカ合衆国，07704 ニュージャー ジィ，フェア ヘィブン，フォレスト アベニュー 26 (72)発明者 ジェーン エリサ ズッカー アメリカ合衆国，07747 ニュージャー ジィ，アバーディーン，チルトン レー ン 35 (56)参考文献 特開 昭60−175025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30821（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】量子井戸構造と、導波構造と、導波構造の
    少なくとも２つの伝搬モードを結合するよう設計された
    グレーティングカプラと、を有する光デバイスにおい
    て、 グレーディングカプラのピッチが、量子井戸構造の吸収
    端より実質的に低いエネルギの波長領域において、位相
    整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチであり、 量子井戸構造は分布帰還型レーザのキャビティ内に設け
    られていることを特徴とする光デバイス。
  2. 【請求項２】量子井戸構造と、導波構造と、導波構造の
    少なくとも２つの伝搬モードを結合するよう設計された
    グレーティングカプラと、を有する光デバイスにおい
    て、 グレーティングカプラのピッチが、量子井戸構造の吸収
    端より実質的に低いエネルギの波長領域において、位相
    整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチであり、 グレーティングカプラ、量子井戸構造および導波構造
    は、導波構造におけるある特定の光モードのフォワード
    形およびリバース形がグレーティングカプラおよび量子
    井戸構造の双方と空間的にオーバーラップし、それによ
    って同調可能な量子井戸ブラッグ反射を生じさせるよう
    に設けられていることを特徴とする光デバイス。
  3. 【請求項３】量子井戸構造と、導波構造と、導波構造の
    少なくとも２つの伝搬モードを結合するよう設計された
    グレーティングカプラと、を有する光デバイスにおい
    て、 グレーティングカプラのピッチが、前記量子井戸構造の
    吸収端より実質的に低いエネルギの波長領域において、
    位相整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチであ
    り、 グレーティングカプラ、量子井戸構造および導波構造
    は、導波構造におけるある特定の光モードのフォワード
    形と導波構造における異なる特定の光モードのリバース
    形とがグレーティングカプラおよび量子井戸構造の双方
    と空間的にオーバーラップし、それによって同調可能な
    リバース結合グレーティングフィルタを構成するように
    設けられていることを特徴とする光デバイス。
  4. 【請求項４】量子井戸構造と、導波構造と、導波構造の
    少なくとも２つの伝搬モードを結合するよう設計された
    グレーティングカプラと、を有する光デバイスにおい
    て、 グレーティングカプラのピッチが、量子井戸構造の吸収
    端より実質的に低いエネルギの波長領域において、位相
    整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチであり、 グレーティングカプラ、量子井戸構造および導波構造
    は、導波構造における第１光モードのフォワード形と導
    波構造における第２光モードのフォワード形とがグレー
    ティングカプラおよび量子井戸構造の双方と空間的にオ
    ーバーラップし、それによって同調可能なフォワード結
    合グレーティングフィルタを構成するように設けられて
    いることを特徴とする光デバイス。
  5. 【請求項５】量子井戸構造と、導波構造と、導波構造の
    少なくとも２つの伝搬モードを結合するよう設計された
    グレーティングカプラと、を有する光デバイスにおい
    て、 グレーティングカプラのピッチが、量子井戸構造の吸収
    端より実質的に低いエネルギの波長領域において、位相
    整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチであり、 グレーティングガプラは、導波方向に沿って量子井戸構
    造から空間的に離れていることを特徴とする光デバイ
    ス。
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Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2733248B2 (ja) * 1988-06-21 1998-03-30 松下電器産業株式会社 光デバイスおよび受光素子
US5140149A (en) * 1989-03-10 1992-08-18 Canon Kabushiki Kaisha Optical apparatus using wavelength selective photocoupler
US5411895A (en) * 1989-10-10 1995-05-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Hybrid multiple quantum well spatial light modulator
DE3934998A1 (de) * 1989-10-20 1991-04-25 Standard Elektrik Lorenz Ag Elektrisch wellenlaengenabstimmbarer halbleiterlaser
JP2808562B2 (ja) * 1990-02-27 1998-10-08 キヤノン株式会社 半導体光増幅素子
JP2873856B2 (ja) * 1990-04-03 1999-03-24 キヤノン株式会社 光増幅器
JP2574927B2 (ja) * 1990-05-21 1997-01-22 シャープ株式会社 レーザプリンタ用光ヘッド
US5051617A (en) * 1990-06-29 1991-09-24 National Research Council Canada Multilayer semiconductor waveguide device for sum frequency generation from contra-propagating beams
DE69125888T2 (de) * 1990-07-09 1997-11-20 Canon Kk Verfahren zur Lichtmodulation und optischer Modulator
US5067828A (en) * 1990-08-09 1991-11-26 Rockwell International Corporation Transferred electron effective mass modulator
JP2741629B2 (ja) * 1990-10-09 1998-04-22 キヤノン株式会社 カンチレバー型プローブ、それを用いた走査型トンネル顕微鏡及び情報処理装置
US5233187A (en) * 1991-01-22 1993-08-03 Canon Kabushiki Kaisha Multi-wavelength light detecting and/or emitting apparatuses having serially arranged grating directional couplers
EP0496348B1 (en) * 1991-01-22 1997-07-02 Canon Kabushiki Kaisha Multi-wavelength light detecting apparatuses having serially arranged grating directional couplers
US5117469A (en) * 1991-02-01 1992-05-26 Bell Communications Research, Inc. Polarization-dependent and polarization-diversified opto-electronic devices using a strained quantum well
US5276748A (en) * 1991-11-22 1994-01-04 Texas Instruments Incorporated Vertically-coupled arrow modulators or switches on silicon
US5253314A (en) * 1992-01-31 1993-10-12 At&T Bell Laboratories Tunable optical waveguide coupler
US5337382A (en) * 1992-05-29 1994-08-09 At&T Bell Laboratories Article comprising an optical waveguide with in-line refractive index grating
JPH06216467A (ja) * 1993-01-19 1994-08-05 Hitachi Ltd 半導体光分散補償器
EP0620475B1 (en) * 1993-03-15 1998-12-30 Canon Kabushiki Kaisha Optical devices and optical communication systems using the optical device
JP3226065B2 (ja) * 1993-06-28 2001-11-05 キヤノン株式会社 単一波長半導体レーザ
DE4322163A1 (de) * 1993-07-03 1995-01-12 Ant Nachrichtentech Auf DFB- oder DBR-Gitter basierendes optoelektronisches Bauelement mit quasi-kontinuierlich axial verteilbarer Brechungsindex-Variation, mit axial beliebig verteilbarer und variierbarer Phasenverschiebung, sowie mit axial quasi-kontinuierlich variierbarem Gitter-Kopplungskoeffizienten
DE4322164A1 (de) * 1993-07-03 1995-01-12 Ant Nachrichtentech Optoelektronisches Bauelement mit Rückkopplungsgitter, mit axial quasi-kontinuierlich und nahezu beliebig variierbarem Gitterkopplungs-Koeffizienten, mit quasi-kontinuierlich axial verteilbarer Brechungsindex-Variation, sowie mit axial nahezu beliebig verteilbarer und variierbarer Phasenverschiebung
US5416583A (en) * 1993-07-30 1995-05-16 Kearfott Guidance & Navigation Corporation Quantum well bias mirror for phase modulation in a ring laser gyroscope
US6194240B1 (en) * 1993-12-21 2001-02-27 Lucent Technologies Inc. Method for fabrication of wavelength selective electro-optic grating for DFB/DBR lasers
US5515461A (en) * 1994-06-20 1996-05-07 The Regents Of The University Of California Polarization-independent optical wavelength filter for channel dropping applications
US5480813A (en) * 1994-06-21 1996-01-02 At&T Corp. Accurate in-situ lattice matching by reflection high energy electron diffraction
US5623568A (en) * 1995-09-15 1997-04-22 Lucent Technologies Inc. Compact and fabrication tolerant high speed digital optical Y-switches
DE19605794A1 (de) * 1996-02-16 1997-08-21 Sel Alcatel Ag Monolithisch integriertes optisches oder optoelektronisches Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren
US5907647A (en) * 1997-02-18 1999-05-25 Lucent Technologies Inc. Long-period grating switches and devices using them
US6363096B1 (en) * 1999-08-30 2002-03-26 Lucent Technologies Inc. Article comprising a plastic laser
US6295308B1 (en) 1999-08-31 2001-09-25 Corning Incorporated Wavelength-locked external cavity lasers with an integrated modulator
AU2001294695A1 (en) * 2000-09-27 2002-04-08 The Regents Of The University Of California Method for optical modulation at periodic optical structure band edges
JP2002198612A (ja) * 2000-12-25 2002-07-12 Nippon Sheet Glass Co Ltd 波長監視装置
US6782027B2 (en) * 2000-12-29 2004-08-24 Finisar Corporation Resonant reflector for use with optoelectronic devices
TWI227799B (en) * 2000-12-29 2005-02-11 Honeywell Int Inc Resonant reflector for increased wavelength and polarization control
DE10201124A1 (de) * 2002-01-09 2003-07-24 Infineon Technologies Ag Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
KR100519920B1 (ko) * 2002-12-10 2005-10-10 한국전자통신연구원 포화 흡수체와 이득 고정 광 증폭기가 집적된 초고속광신호 처리장치
CN100395565C (zh) * 2004-12-16 2008-06-18 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 量子点阵衍射光栅
EP2138882A3 (en) * 2008-06-24 2012-02-22 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Optical device generating light by luminescence coupled to an optical waveguide

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3760292A (en) * 1970-12-22 1973-09-18 Bell Telephone Labor Inc Integrated feedback laser
US4273411A (en) * 1980-01-24 1981-06-16 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical wavelength filter
US4464762A (en) * 1982-02-22 1984-08-07 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Monolithically integrated distributed Bragg reflector laser
JPS60145685A (ja) * 1984-01-09 1985-08-01 Nec Corp 分布帰還型半導体レ−ザ
US4525687A (en) * 1983-02-28 1985-06-25 At&T Bell Laboratories High speed light modulator using multiple quantum well structures
US4775980A (en) * 1983-12-14 1988-10-04 Hitachi, Ltd. Distributed-feedback semiconductor laser device
JPH0666509B2 (ja) * 1983-12-14 1994-08-24 株式会社日立製作所 分布帰還型半導体レ−ザ装置
JPS60175025A (ja) * 1984-02-21 1985-09-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光分波器
US4716570A (en) * 1985-01-10 1987-12-29 Sharp Kabushiki Kaisha Distributed feedback semiconductor laser device
JPS61190994A (ja) * 1985-02-19 1986-08-25 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
JPS6215875A (ja) * 1985-07-12 1987-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPS6330821A (ja) * 1986-07-25 1988-02-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調器およびその製造方法

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