JP2659187B2 - 光フィルタ素子 - Google Patents
光フィルタ素子Info
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- optical filter
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- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 14
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/5045—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30 the arrangement having a frequency filtering function
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光交換用の光フィルタ素子に関する。
（従来の技術） 波長多重化光信号から任意の光信号を選択する機能を
有する光フィルタ素子は、光伝送、光交換、光情報処理
等において広範な用途に応用可能なキーデバイスの１つ
である。そして、いづれの用途においても光フィルタ素
子の特性として十分な波長選択度と選択波長の広い可変
・同調幅が必要とされている。また、構造として光集積
回路化が不可欠なことから、任意の選択したい波長のみ
を透過する透過型の波長選択フィルタであることも必要
である。
有する光フィルタ素子は、光伝送、光交換、光情報処理
等において広範な用途に応用可能なキーデバイスの１つ
である。そして、いづれの用途においても光フィルタ素
子の特性として十分な波長選択度と選択波長の広い可変
・同調幅が必要とされている。また、構造として光集積
回路化が不可欠なことから、任意の選択したい波長のみ
を透過する透過型の波長選択フィルタであることも必要
である。
従来から、透過型の波長選択フィルタに関してはいく
つかの検討がなされている。その中で、半導体活性層を
用いた光増幅素子内に波長選択性のある光帰還構造を設
けた構造の光フィルタ素子が、活性層への注入キャリア
濃度により選択波長の可変同調が可能で、かつ透過型の
集積化に適しているという点から期待を集めている。特
に光帰還構造としては、劈開によるファブリ・ペロー共
振器よりも回折格子から成る分布帰還構造の方が、波長
選択性および光集積化の点で有利であり、それらの構造
を用いた光フィルタ素子の提案および理論的検討もされ
ている。（オプティスク・コミュニケーションズ（Opti
cs Communications）第10巻120ページ参照） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来から提案され、検討されて
きた光増幅素子内に分布帰還構造を有する光フィルタ素
子は、選択波長の同調のために活性層への注入キャリア
濃度を調整した場合、同時に選択波長に対する光利得お
よび自然放出光強度も変化するため、光フィルタ素子と
して必要な波長選択度を得るため、および対雑音信号強
度比を得るためには、活性層への注入キャリア濃度が原
理上狭く限定され、その結果として選択波長の可変幅が
数Å程度を小さくなり、数チャンネルのフィルタとして
しか使えないという欠点があった。
つかの検討がなされている。その中で、半導体活性層を
用いた光増幅素子内に波長選択性のある光帰還構造を設
けた構造の光フィルタ素子が、活性層への注入キャリア
濃度により選択波長の可変同調が可能で、かつ透過型の
集積化に適しているという点から期待を集めている。特
に光帰還構造としては、劈開によるファブリ・ペロー共
振器よりも回折格子から成る分布帰還構造の方が、波長
選択性および光集積化の点で有利であり、それらの構造
を用いた光フィルタ素子の提案および理論的検討もされ
ている。（オプティスク・コミュニケーションズ（Opti
cs Communications）第10巻120ページ参照） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来から提案され、検討されて
きた光増幅素子内に分布帰還構造を有する光フィルタ素
子は、選択波長の同調のために活性層への注入キャリア
濃度を調整した場合、同時に選択波長に対する光利得お
よび自然放出光強度も変化するため、光フィルタ素子と
して必要な波長選択度を得るため、および対雑音信号強
度比を得るためには、活性層への注入キャリア濃度が原
理上狭く限定され、その結果として選択波長の可変幅が
数Å程度を小さくなり、数チャンネルのフィルタとして
しか使えないという欠点があった。
本発明の目的は、増幅機能を有し、かつ上述の欠点を
除去した大きな選択波長の可変同調幅を得ることのでき
る数十チャンネル以上の光フィルタ素子を提供すること
にある。
除去した大きな選択波長の可変同調幅を得ることのでき
る数十チャンネル以上の光フィルタ素子を提供すること
にある。
（問題を解決するための手段） 本発明の光フィルタ素子は、複数の活性領域の間に位
相シフト構造を有する分布帰還型領域を有し、前記活性
領域と前記分布帰還領域とが光学的に結合し、かつ前記
活性領域の端面が無反射構造となっており、前記複数の
活性領域における光入射側の活性層の禁制帯幅Eg1、光
出射側の活性層の禁制帯幅Eg2と分布帰還領域の禁制帯
幅Eg3との間にEg1＜Eg2＜Eg3なる関係が成り立つことを
特徴とする。
相シフト構造を有する分布帰還型領域を有し、前記活性
領域と前記分布帰還領域とが光学的に結合し、かつ前記
活性領域の端面が無反射構造となっており、前記複数の
活性領域における光入射側の活性層の禁制帯幅Eg1、光
出射側の活性層の禁制帯幅Eg2と分布帰還領域の禁制帯
幅Eg3との間にEg1＜Eg2＜Eg3なる関係が成り立つことを
特徴とする。
（作用） 分布帰還構造を有する光導波路の光透過特性は、透過
波長域において光利得をもたない場合、各分布帰還領域
の光学的位相がそろっている場合は、その回折格子の光
学的周期から定まるブラッグ波長を中心に数10Å程度の
１つの透過阻止波長域を形成する。一方、分布帰還領域
の中央を境にして両側で光学的位相がπずれた場合（こ
の場合、素子内を伝播する光の波長をλとすると、回折
格子のピッチがλ/4だけずれたことに対応するので、λ
/4シフト構造と呼ばれる）は、透過阻止波長域は分裂
し、上述の数10Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２
Å程度以下の狭い幅の透過波長域が生じる。このλ/4シ
フト構造を有する分布帰還領域をもつ光導波路層を透過
波長より短波側の組成の半導体で構成すれば光利得がな
いため、キャリア注入によりブラッグ波長を中心とする
１〜２Å程度以下の狭い幅で大きな波長選択幅が得ら
れ、さらに自然放出光による対雑音強度比の劣化を生じ
ることもない。また、外部から位相シフト領域に電流を
注入すると、位相シフト量を調節することができる。位
相シフト量によって、透過特性は第３図のように変化
し、ブラッグ波長を中心とする数Å〜数10Å程度の波長
域の任意の波長を選択できる可変同調可能な透過型光フ
ィルタ素子が得られる。すなわち、位相シフト量を可変
することによって、位相シフト量がλ/4のみに固定され
た場合よりも、さらに可変波長幅を大きくすることがで
きる。
波長域において光利得をもたない場合、各分布帰還領域
の光学的位相がそろっている場合は、その回折格子の光
学的周期から定まるブラッグ波長を中心に数10Å程度の
１つの透過阻止波長域を形成する。一方、分布帰還領域
の中央を境にして両側で光学的位相がπずれた場合（こ
の場合、素子内を伝播する光の波長をλとすると、回折
格子のピッチがλ/4だけずれたことに対応するので、λ
/4シフト構造と呼ばれる）は、透過阻止波長域は分裂
し、上述の数10Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２
Å程度以下の狭い幅の透過波長域が生じる。このλ/4シ
フト構造を有する分布帰還領域をもつ光導波路層を透過
波長より短波側の組成の半導体で構成すれば光利得がな
いため、キャリア注入によりブラッグ波長を中心とする
１〜２Å程度以下の狭い幅で大きな波長選択幅が得ら
れ、さらに自然放出光による対雑音強度比の劣化を生じ
ることもない。また、外部から位相シフト領域に電流を
注入すると、位相シフト量を調節することができる。位
相シフト量によって、透過特性は第３図のように変化
し、ブラッグ波長を中心とする数Å〜数10Å程度の波長
域の任意の波長を選択できる可変同調可能な透過型光フ
ィルタ素子が得られる。すなわち、位相シフト量を可変
することによって、位相シフト量がλ/4のみに固定され
た場合よりも、さらに可変波長幅を大きくすることがで
きる。
前述の光導波路層は、利得をもっていないので、増幅
機能を有する光フィルタ素子を構成するためには活性領
域と分布帰還領域とを光学的に結合させてやればよい。
すなわち、光を活性領域に注入して増幅した後に分布帰
還領域に透過させる構造にすれば、増幅機能をもった光
フィルタ素子を得ることができる。
機能を有する光フィルタ素子を構成するためには活性領
域と分布帰還領域とを光学的に結合させてやればよい。
すなわち、光を活性領域に注入して増幅した後に分布帰
還領域に透過させる構造にすれば、増幅機能をもった光
フィルタ素子を得ることができる。
ここで注意すべきことが２つ存在する。１点は、素子
の両端面を無反射構造としなければならないということ
である。この理由は、もし、無反射構造となっていなけ
れば、DBRレーザとして発振してしまうからである。第
２点は、分布帰還領域に電流を注入すると自然放出が起
こり、フィルタにとっては雑音源となる。そこで、分布
帰還領域よりもバンドギャップが小さく、かつ増幅をす
るための活性領域よりもバンドギャップの大きい第２の
活性層をフィルタの出射側の領域に設けてこの第２の活
性層に電流を注入しない状態にしておけば、分布帰還領
域で発生した自然放出光は、第２の活性領域で吸収され
るので、フィルタ素子の雑音を低減することができる。
の両端面を無反射構造としなければならないということ
である。この理由は、もし、無反射構造となっていなけ
れば、DBRレーザとして発振してしまうからである。第
２点は、分布帰還領域に電流を注入すると自然放出が起
こり、フィルタにとっては雑音源となる。そこで、分布
帰還領域よりもバンドギャップが小さく、かつ増幅をす
るための活性領域よりもバンドギャップの大きい第２の
活性層をフィルタの出射側の領域に設けてこの第２の活
性層に電流を注入しない状態にしておけば、分布帰還領
域で発生した自然放出光は、第２の活性領域で吸収され
るので、フィルタ素子の雑音を低減することができる。
（実施例） 次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。第１図
は、本発明の一実施例の光フィルタ素子の構造を示す斜
視図である。以下、製作手順に従いながら本実施例の構
造について説明する。まず、ｎ形InP基板110上のDBR領
域200に周期2400Åのλ/4シフト回折格子を形成する。
次に１回目のLPE成長によってノンドープInGaAsP光ガイ
ド層120（λｇ＝1.3μｍ、厚さ0.3μｍ）、ｎ形InPバッ
ファ層130（厚さ0.1μｍ）、ノンドープ活性層140（λ
ｇ＝1.53μｍ、厚さ0.1μｍ）、ｐ形InPクラッド層150
（厚さ0.2μｍ）を順序成長する。次にDBR領域200、雑
音吸収領域300のInPクラッド層150と活性層140とを選択
的に除去する。次に２回目の成長において雑音吸収領域
300に選択的にノンドープ活性層310（λｇ＝1.4μｍ、
厚さ0.1μｍ）、ｐ形InPクラッド層170（厚さ0.2μｍ）
を順次成長する。次に３回目のLPE成長において全体に
ｐ形InPクラッド層160を形成する。
は、本発明の一実施例の光フィルタ素子の構造を示す斜
視図である。以下、製作手順に従いながら本実施例の構
造について説明する。まず、ｎ形InP基板110上のDBR領
域200に周期2400Åのλ/4シフト回折格子を形成する。
次に１回目のLPE成長によってノンドープInGaAsP光ガイ
ド層120（λｇ＝1.3μｍ、厚さ0.3μｍ）、ｎ形InPバッ
ファ層130（厚さ0.1μｍ）、ノンドープ活性層140（λ
ｇ＝1.53μｍ、厚さ0.1μｍ）、ｐ形InPクラッド層150
（厚さ0.2μｍ）を順序成長する。次にDBR領域200、雑
音吸収領域300のInPクラッド層150と活性層140とを選択
的に除去する。次に２回目の成長において雑音吸収領域
300に選択的にノンドープ活性層310（λｇ＝1.4μｍ、
厚さ0.1μｍ）、ｐ形InPクラッド層170（厚さ0.2μｍ）
を順次成長する。次に３回目のLPE成長において全体に
ｐ形InPクラッド層160を形成する。
次に埋め込み構造とするために、メサエッチングを行
った後、４回目のLPE成長によって埋め込み成長を行な
う。ここでは、埋め込み構造として二重チャンネルプレ
ーナ埋め込み構造を用いた。最後に基板側と成長層側に
電極を形成した後、増幅領域100とDBR領域200、およびD
BR領域200と雑音吸収領域300との間の電気的な分離を行
なうために、中央のメサ付近を除いて幅20μｍの溝を形
成する。その後、プラズマCVD装置を用いて素子の両端
の反射率を１％以下に低減するためにSiN膜180を形成す
る。増幅領域100、DBR領域200、雑音吸収領域300の長さ
は、それぞれ100μｍ、500μｍ、100μｍである。
った後、４回目のLPE成長によって埋め込み成長を行な
う。ここでは、埋め込み構造として二重チャンネルプレ
ーナ埋め込み構造を用いた。最後に基板側と成長層側に
電極を形成した後、増幅領域100とDBR領域200、およびD
BR領域200と雑音吸収領域300との間の電気的な分離を行
なうために、中央のメサ付近を除いて幅20μｍの溝を形
成する。その後、プラズマCVD装置を用いて素子の両端
の反射率を１％以下に低減するためにSiN膜180を形成す
る。増幅領域100、DBR領域200、雑音吸収領域300の長さ
は、それぞれ100μｍ、500μｍ、100μｍである。
こうして試作した素子の特性の一例を次に示す。増幅
領域100に50mAの電流を注入した時、消光比は20dB以
上、透過波長の10dB減衰幅は0.5Åであった。また、DBR
領域200、雑音吸収領域300に電流を流さない時は、透過
波長は1.5563μｍ、DBR領域200に電流を80mA注入すると
透過波長は1.5505μｍとなり、透過波長は連続して58Å
変化した。第２図にDBR領域200に電流を注入した時の透
過特性を示す。この図から、透過阻止波長域の約半分、
すなわち30Å程度の範囲内に0.5Å程度の間隔で波長多
重化された信号から任意の波長選択が可能となる。すな
わち、60チャンネル程度の波長可変フィルタとして使う
ことができる。
領域100に50mAの電流を注入した時、消光比は20dB以
上、透過波長の10dB減衰幅は0.5Åであった。また、DBR
領域200、雑音吸収領域300に電流を流さない時は、透過
波長は1.5563μｍ、DBR領域200に電流を80mA注入すると
透過波長は1.5505μｍとなり、透過波長は連続して58Å
変化した。第２図にDBR領域200に電流を注入した時の透
過特性を示す。この図から、透過阻止波長域の約半分、
すなわち30Å程度の範囲内に0.5Å程度の間隔で波長多
重化された信号から任意の波長選択が可能となる。すな
わち、60チャンネル程度の波長可変フィルタとして使う
ことができる。
なお、素子の材料および組成は上述の実施例に限定す
る必要はなく、他の半導体材料や誘電体材料などであっ
てもよい。また、位相シフト構造も外部から位相シフト
量を制御できるような構成にすれば、さらに波長可変範
囲を５Å広げることができ、その結果70チャンネル程度
の波長可変フィルタとして使うことができる。本実施例
では、位相シフト構造として位相シフト回折格子を用い
たが、なにも位相シフト回折格子に限定する必要はな
く、均一な回折格子を有し、かつ導波路の幅あるいは厚
みを変えた、いわゆる等価的な位相シフト構造であって
もよい。
る必要はなく、他の半導体材料や誘電体材料などであっ
てもよい。また、位相シフト構造も外部から位相シフト
量を制御できるような構成にすれば、さらに波長可変範
囲を５Å広げることができ、その結果70チャンネル程度
の波長可変フィルタとして使うことができる。本実施例
では、位相シフト構造として位相シフト回折格子を用い
たが、なにも位相シフト回折格子に限定する必要はな
く、均一な回折格子を有し、かつ導波路の幅あるいは厚
みを変えた、いわゆる等価的な位相シフト構造であって
もよい。
光導波路構造も光を導波する機能をもつならば、プレ
ーナ構造や埋め込み構造に限らず、いかなる構造であっ
てもよい。また、無反射構造もウィンドウ構造や多層膜
コードであってもよい。
ーナ構造や埋め込み構造に限らず、いかなる構造であっ
てもよい。また、無反射構造もウィンドウ構造や多層膜
コードであってもよい。
（発明の効果） 従来の光フィルタ素子では、数チャンネルが限度であ
ったが、本発明の光フィルタ素子によって60〜70チャン
ネル迄の波長多重化された光信号からの任意の波長選択
が可能となった。
ったが、本発明の光フィルタ素子によって60〜70チャン
ネル迄の波長多重化された光信号からの任意の波長選択
が可能となった。
第１図は、本発明の一実施例の光フィルタ素子の構造を
示す斜視図である。第２図は本実施例の光フィルタ素子
の透過特性である。第３図は本発明の光フィルタ素子の
透過特性を示す図で、波長λ1からの位相シフト量と透
過率の関係を示す図である。 図において、 100〜増幅領域、110〜基板 120〜光ガイド層、130〜バッファ層 140〜活性層、150〜170〜クラッド層 180〜SiN膜、200〜DBR領域 300〜雑音吸収領域、310〜活性層
示す斜視図である。第２図は本実施例の光フィルタ素子
の透過特性である。第３図は本発明の光フィルタ素子の
透過特性を示す図で、波長λ1からの位相シフト量と透
過率の関係を示す図である。 図において、 100〜増幅領域、110〜基板 120〜光ガイド層、130〜バッファ層 140〜活性層、150〜170〜クラッド層 180〜SiN膜、200〜DBR領域 300〜雑音吸収領域、310〜活性層
Claims (1)
- 【請求項１】複数の活性領域の間に位相シフト構造を有
する分布帰還型領域を有し、前記活性領域と前記分布帰
還領域とが光学的に結合し、かつ前記活性領域の端面が
無反射構造となっており、前記複数の活性領域における
光入射側の活性層の禁制帯幅Eg1、光出射側の活性層の
禁制帯幅Eg2と分布帰還領域の禁制帯幅Eg3との間にEg1
＜Eg2＜Eg3なる関係が成り立つことを特徴とする光フィ
ルタ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9225787A JP2659187B2 (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 光フィルタ素子 |
| EP88105882A EP0287065B1 (en) | 1987-04-14 | 1988-04-13 | An optical filter device |
| US07/181,137 US4899361A (en) | 1987-04-14 | 1988-04-13 | Optical filter device |
| DE88105882T DE3884443D1 (de) | 1987-04-14 | 1988-04-13 | Optische filtervorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9225787A JP2659187B2 (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 光フィルタ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63256927A JPS63256927A (ja) | 1988-10-24 |
| JP2659187B2 true JP2659187B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=14049363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9225787A Expired - Lifetime JP2659187B2 (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 光フィルタ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4899361A (ja) |
| EP (1) | EP0287065B1 (ja) |
| JP (1) | JP2659187B2 (ja) |
| DE (1) | DE3884443D1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719928B2 (ja) * | 1986-11-26 | 1995-03-06 | 日本電気株式会社 | 光フイルタ素子 |
| JP2854330B2 (ja) * | 1989-07-14 | 1999-02-03 | キヤノン株式会社 | 波長可変光フィルタ |
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