JP2685317B2 - 光パワーリミタ - Google Patents

光パワーリミタ

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JP2685317B2 JP1501275A JP50127589A JP2685317B2 JP 2685317 B2 JP2685317 B2 JP 2685317B2 JP 1501275 A JP1501275 A JP 1501275A JP 50127589 A JP50127589 A JP 50127589A JP 2685317 B2 JP2685317 B2 JP 2685317B2
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アダムス，ミカエル・ジョン
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ブリテツシュ・テレコミュニケイションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光パワーリミタに関する。それは特に光通信
に適用される。
光通信システムにおける使用に対して高い可能性を有
する装置は光リミタである。光リミタが光受信機におい
て光検波器の前に設けられた場合、それは通常の受信機
においてダイナミック範囲限界に関して発生する問題を
減少することができる。
異なる形態の光リミタが提案され実現されており、そ
の多数のものが非線形光学を使用する。リミタが光導波
体中に形成された場合、複数の付加的な利点があり、こ
れらの主要なものは小さいディメンションに放射線を限
定する能力すなわちハイパワー密度であり、したがって
バルク（非導波体）リミタと比べて比較的適度のパワー
で制限動作を行うことである。さらに、導波体が半導体
材料から構成されている場合、リミタは光検波器および
半導体として構成されたその他の光素子と一体化される
可能性がある。
（光導波体は第１の材料のコア領域および第２の材料
の外側のクラッド領域を含む。コア材料の屈折率はクラ
ッド材料よりも高く、少なくとも実質的にコア領域に沿
って伝播するように導波体によって送信された光放射線
を案内する効果がある。コアおよびクラッド領域は共に
必ずしも１つの均一の屈折率である必要はない。エピタ
キシャル成長された半導体導波体において、コアは一般
的に方形の断面を有し、クラッドは関連した半導体構造
の層の特性により設けられる。） 入力信号強度と共と屈折率における変化をもたらす非
線形光学特性に依存する導波体光リミタが知られてい
る。それらは、屈折率が光強度と共に増加するある材料
の特性に依存する。したがって、それらはコアおよびク
ラッド材料の屈折率の差が入力信号強度の増加にしたが
って減少するように構成されることができる。差の減少
に応じて、屈折率の差が全くなくなったときに光放射線
が実質的にコア領域にでも限定されなくなるまで構造の
導波体特性は減少する。構造の出力がコア領域から得ら
れるならば、これはパワー制限特性を示す。
導波体光リミタはSeaton他により（文献“Optical E
ngineering",Vol.24,No.4,593乃至599頁,1985年におい
て）再検討されている。しかしながら、現在のところこ
れらの大部分は屈折率が光強度と共に増加する非線形光
学特性に依存するから、それらはコア材料でなく導波体
のクラッド材料の非線形特性に依存している。すなわ
ち、光の強度が増加するとクラッド材料の屈折率（ns）
が増加し、コアとクラッド材料間の屈折率の差（nc−
ns）を減少し、結果的に導波体特性の強度を減少する。
このような装置は光リミタとして動作するが、その応
答は光通信のフィールドに対して比較的高い入力信号強
度の値で発生する。これは光放射線の大部分がクラッド
材料でなくコア材料によって伝送され、一方制限効果を
生成しなければならないのはクラッド材料の応答である
ためである。
いくつかの解析が、非線形特性がコア中で発生する導
波体構造に関して報告されているが（例えばBoardmanお
よびEganによるIEEE Journal of Quatum Electroni
cs,Vol.QE−22,No.2,319乃至324頁,1986年）、同様にそ
れらは強度と共に増加する屈折率を有する材料に依存
し、検討される状態は自主集束非線形状態、すなわち発
散非線形特性という逆の場合ではなく光強度の増加に応
じてコア材料の屈折率が増すことである。したがって、
このような構造を具備したり光リミタを製造する明確な
方法はない。
オグス氏による文献（“Optical and Elctronics",V
ol.19,No.2,65乃至72頁,1987年）において、発散非線形
特性を備えた導波体が検討されている。オグス氏はまた
導波体は光パワーリミタとして使用されることができる
ことを述べている。しかしながら、オグス氏の構造がパ
ワーを限定する光強度は光通信システムにおいて重要な
ものよりも著しく高いものである。記載された導波体構
造がさらに低い強度で制限するように構成されるなら
ば、コアとクラッド材料間の屈折率の差に設けられた許
容誤差はこれまで実施例において実現されたものの中で
最も優れた装置となるであろう。さらに、この導波体は
半導体材料を含まず、実際の半導体構造において利用で
きない光特性に依存する。したがって、光検波器その他
の光学素子と一体化される可能性さえない。
本発明を形成する際に、光通信システムに適したパワ
ーでの使用に適切な光パワー制限動作を行う実際の装置
を生成するように半導体材料の特性を利用できるように
することが実現されている。
本発明によると、波長λを有する光信号のパワーを制
限するときに使用され、直接ギャップ半導体材料導波体
を含み、屈折率nsのクラッド領域と第１の側で接してお
り屈折率ｎａ′の材料のクラッド領域と反対の第２の側
で接している屈折率ncの材料のコア領域を有する光パワ
ーリミタ構造が提供される。ここでλはコア領域材料の
波長λｃと等価なバンドギャップよりも少し大きいが、
実質的に第２の側を制限しているクラッド領域の波長λ
ｓと等価なバンドギャップよりも大きい。ここでnCは波
長λにおける光信号の強度と逆に変化し、nsおよびnaは
光信号の予め定められたしきい値においてncが少なくと
も実質的にnsに等しくなるように少なくとも実質的に一
定のままである。
λｃよりも少し上に存在するようにλを選択すること
によって、半導体材料において発生する最大の光学非線
形特性を使用することができる。それは共振吸収および
バンドエッジに近い屈折に関連している。コア材料のバ
ッンドエッジの直下の入力信号光子エネルギに対して屈
折率でかなり強い非線形特性を得ることができ、一方ク
ラッド層中の材料は（光子エネルギが対応するバンドエ
ッジよりもずっと低い限り）直線的に動くように選択さ
れることができる。したがってnsおよびnaは一定のまま
である。
光通信において一般的に使用される半導体材料、例え
ばGa、In、As、AlおよびＰに基づく半導体材料はバンド
エッジの直ぐ下の要求される発散非線形特性を示す。半
導体材料の屈折率が光強度と共に変化する程度を予測す
るために使用されることができる一般式はD.A.B,Miller
他による報告書（“Physical Review Letters",Vol.47,
No.3,197乃至200頁,1981年７月10日）に記載されてい
る。
吸収率が顕著になる、すなわち吸収率が104cm-1に到
達するエネルギレベルとしてバンドエッドを考えると、
λは吸収率がキャリア濃度を変えるのに十分大きいが、
リミタ構造によって送信される光の量をあまり顕著に減
少する程大きくない分だけλｃよりも大きくなければな
らない。一般に、λは10乃至40nmの範囲にある値だけλ
ｃよりも大きいべきである。これは光非線形特性の最も
重要な範囲を実効的に選択する。
しかしながら、λはコア領域の第１の側を限定するク
ラッド材料のキャリア濃度、したがって屈折率nsにおけ
る著しい変化を避けるのに十分大きい値だけλｓよりも
大きくなければならない。再び上記に参照されているD.
A.B.Miller他による報告書によると、屈折率の変化は特
定の材料および入力信号に対して生じる程度が算出され
ることを可能にするものである。しかしながら、一般に
λは少なくとも40nmλｓより明らかに大きくなければな
らない。それは好ましくは少なくとも60nm、さらに好ま
しくは80nmだけλｓよりも大きくされるべきである。
nsがnaよりも大きい非対称的な配置を選択することに
よって、光信号のクラッド材料中への“テールオフ”が
さらに強調されて非対称性がさらに大きくなるため、光
制限効果が高められる。したがって、光制限効果は低い
入力信号強度で得ることができる。
nsは１桁以上naよりも大きいことが好ましい。コア領
域の第２の側を限定するクラッド材料は気体であること
がさらに好ましい。これは金属有機蒸着位相エピタキシ
（MOVPE）のようなエピタキシャル成長技術によって比
較的容易に構成される半導体構造を提供するためであ
る。
導波体の構造は動作波長で単一トランスバースモード
動作を生じるものであることが好ましい。これは導波体
中との間で光を結合するのに便利なためである。したが
って、導波体がその上にクラッド領域層およびコア領域
層を具備した基体を含み、コア領域層の反対面が堅牢な
ガイドとして気体にさらされる場合、コア領域層の厚さ
“d"は以下の関係によって与えられるオーダーであるよ
うに選択される。
2d（n0 2−ns 2）1/2≦ ……（E1） ここで、 n0＝入力信号がないときのコア材料の屈折率 さらに正確には、非対称的な導波体において厚さ“d"
は以下の関係にしたがって選択される。
1/2tan-1［（ns 2−na 2）／（n0 2−ns 2）］1/2 ＋π/2≧（ｄπ／λ）（n0 2−ns 2）1/2 ……（E2） 屈折率n0およびnsについての別の制限は、それらが光
パワーリミタ構造が設けられる状況において適当である
入力信号強度でnsに近付くためにncに対して十分に近い
ことである。
本発明の実施例による光パワーリミタ構造から光パワ
ーリミタを形成するために、一般的に出力信号を選択す
る手段を設けることが必要である。例えば、これは導波
体のコア領域から放出された信号をピックアップする手
段と、クラッド領域中へ“拡散”した放射線を能率的に
除去する手段との組合せを含んでもよい。
本発明の特定の実施例は例示のために添付の図面によ
ってのみ示される。
第１図は本発明の第１の実施例による光パワーリミタ
構造の断面図を示す。
第２図は入力信号強度の異なる値に対して描かれた第
１図の構造（90゜回転された）における光入力信号分布
のグラフである。
第３図および第４（ａ）図乃至第４（ｃ）図は、本発
明の第２およびその他の実施例による光パワーリミタ構
造の断面図を示す。
第5a図および第5b図は第１図に示された光パワーリミ
タ構造のグラッド領域中に拡散している放射線を実効的
に除去する配置を示し、第5a図はこのような配置の断面
の一部を示し、第5b図はこのような配置を平面的に見た
ものである。
第６図は本発明の実施例による光パワーリミタ構造を
含む光パワーリミタを示す。
第７図は非線形リブ導波体の断面図である。
第８図は第７図のリブ導波体の多層分割を示す。
第９図および第10図は本発明によるリブ導波体装置の
制限定数対入力パワーの計算結果を示すグラフである。
第11図は本発明による多重量子ウエル導波体装置の断
面図である。
第１図を参照すると、光パワーリミタ構造はクラッド
領域層２およびコア領域層３を設けられた半導体基体１
を含む。コア領域層３の上面は気体にさらされている。
（特定の方位を示す“上”という用語はここでは単に説
明の便宜上使用され、限定を表すと考えるべきではな
い。） コアおよびクラッド領域層3,2は共に多重量子ウエル
（MQW）層である。実効的なバンドエッジに近い動作波
長においてMQW材料およびバルクサンプルはほぼ同一の
非線形屈折率特性を示すことが分かっているので、これ
はコアおよびクラッド領域層3,2の重要な特徴ではな
い。実際には非線形屈折率がバンドエッジに近い動作波
長の強い関数であることが本発明の重要な特徴であり、
低損失伝送がバンドギャップの直ぐ近くで得ることがで
きるならば、任意の所定の半導体においてでも大きい非
線形特性を得ることができる。しかしながら減衰と非線
形屈折率との間にトレードオフが生じて、本発明の構造
はその他のものとの同様にこのトレードオフの影響を受
ける。MQW層を使用する利点はその時屈折率（入力信号
がないときの）に対して利用できる制御性である。
MQW層は、AlInAsのバリア層によって分離された３元
材料GaInAsを含み、これらの合金の組成は基体１の材料
であるInPと格子整合するように選択される。入力信号
がない際のコア領域層３の屈折率n0およびクラッド層２
のnsはMQW層のGaInAs層（ウエル）およびAlInAs（バリ
ア層）の厚さによって決定される。各場合におけるバリ
ア層の深さは30Åである。コア領域層３において、120
Åのウエルは約0.8eVのバンドギャップ（波長の1.55μ
ｍと等価な）で3.43の屈折率n0を与える。クラッド層２
において60Åのウエルは約0.87eVのバンドギャップ（波
長の1.43μｍと等価な）で3.38の屈折率nsを与える。コ
ア領域層３は１μｍの厚さであり、これは0.8eVのすぐ
下の光子エネルギに等しい動作波長で単一のトランスバ
ースモード動作を与える。クラッド層２は少なくとも10
μｍの厚さである。クラッド層の厚さはそれが低い屈折
率を有するならば、より許容可能な厚さに減少されるこ
とができる。（低クラッドはそこに導入されるモードの
範囲に匹敵する厚さであるべきである。そうでない場
合、およびそれがInP上のGaInAsPおよび関連した化合物
のように低屈折率の層によって制限されているならば、
コアとクラッド間の小さい屈折率の段はコアとクラッド
から形成された厚さ導入部分において単なる混乱要素と
して作用し、光強度を増加することにより非常に小さい
変化をもたらす。適切な屈折率の基体が発見できない場
合には、半導体合金の厚い（10μｍ）エピタキシャル
クラッド層を成長させなければならない。） 使用に際して、連続波（CW）の光入力信号は0.8eVよ
り下の約30meVの光子エネルギを有してコア領域層３に
供給される。これはコア領域層３の実効的な屈折率に影
響を与える。コア領域層３の実効的な屈折率ncは、（n0
−n2 I）として表すことができる。ここで、n2は入力信
号の強度（Wcm-2）の１単位当りのコア領域層３の屈折
率における変化である。コア領域層３のバンドギャップ
に近い波長において、n2は強度の１単位当り10-5のオー
ダーである。入力信号が５×103W/cm-2のオーダーの光
強度を有するときには、nsおよびnaに関する構造の非対
称性を考慮しないと、記載の構造が始動してパワー制限
特性を示す。すなわち、 式； n0−n2 I＝ns ……（E3） はその強度のオーダーで実現する。したがって構造の導
波体動作は損なわれ、入力信号はクラッド領域層２の中
に拡散する。
しかしながら構造の非対称性を考慮すると、パワー制
限特性は低い入力信号強度で効果を及ぼす。この特有の
場合において、次の実際の関係が該当する； （n0−n2 I）２≦（λ/5d）２ ……（E4） これは約3.5×103W/cm2以下の入力信号強度でパワー
制限特性を与える。
上記に与えられた式（E4）は第１図を参照して上記に
示された構造に特有である。上式のλ/5dにおける係数
５の値は構造中の非対称性の程度、すなわちn0,naおよ
びns間の関係によって決定される。実際に、非対称性が
増加された場合には、係数５は４に近似または等しい値
と置換されることが分かる。非対称性が減少されるなら
ば、係数５は符号λ/5dがゼロによって置換される最悪
の限界ケースまで大きい値によって置換される。その場
合、式（E3）が適用され、導波体は屈折率naおよびnsの
関係において対称である。
オーダー１μm2の光スポットの大きさに対して、対応
する臨界パワーレベルは約0.035mWであり、通信中の光
受光機における飽和効果を避けるのに適切な大きさのレ
ベルである。
上記で論じられた配置においてCW信号が使用されてい
るが、それは必要ではない。しかしながら、温度の変動
が本発明の実施例による光リミタ構造の依存する屈折率
における変化を越えてはならないことは重要である。し
たがって、高い反復率の入力信号が使用されるか、もし
くは良好な熱シンクが使用されるべきである。ミリ秒お
よび可能ならばマイクロ秒のオーダーの期間にわたる温
度変動もまた依存される電気効果に対して望ましくなく
影響を及ぼすことが認められる。
第１図を参照した上記に記載された構造の動作の理論
的な非線形導波体の解析は、パラメータn2 Isの種々の
値に対して構造中にトランスバース光強度分布をプロッ
トするために使用されることができる。ここでIsはコア
・クラッドの境界面における光強度値である。第２図を
参照すると、このパラメータn2 Isの増加に応じてクラ
ッド５の中を進行する光入力信号の比率が高くなり、値
n2 Is＝0.036に対してクラッド中への著しい光強度の拡
散が生じることが分かる。したがって、3.6×103W/cm2
のコア・クラッド境界面６における光強度において強い
パワー制限特性が現われる。（ここで使用された理論上
の解析は、構造における入力信号の減衰を無視している
ことに留意すべきである。構造の少なくともコア領域
は、構造の信号出力が処理するのに物理的に都合の良い
構造長に対して適切に高いように低い減衰を示すことが
好ましい。著しい減衰はまた構造長に沿った発散非線形
特性の不均一を引起こし、これは都合が悪い。） 本発明の別の実施例において、トランスバース方向だ
けでなく横方向における導波体中の信号の制限を与えら
れてもよい。例えば、第３図を参照するとリブ４は横方
向に光を限定するために上部（コア）層３中に形成され
てもよい。リブ４の幅および高さは、横およびトランス
バース両方向における単一モード伝播を保証するように
選択されなければならない。再び、屈折率は光強度の臨
界値で導波体動作の損失を許容するように選択される。
この構造中の導波体の故障は、トランスバース方向に発
生する前に横方向で発生するように調整されることがで
きる。
第７図に示された断面を有するリブ導波体の解析が実
行されている。モデルの特定の構造は、非線形コア層お
よび低クラッドに対して２つの異なるウエル・バリア厚
のInGaAs・InAlAsのMQW材料の使用に対応する。しかし
ながら、MQW材料の量子制限特性は装置動作において使
用されず、コア層における屈折率が光強度の増加と共に
減少し、クラッド層の屈折率が光強度と無関係である場
合、解析は別の材料から形成されたリブ導入部に適用さ
れるように十分に一般的なものである。上部のクラッド
は気体であると仮定され、動作波長は1.55μｍと考えら
れる。
解析方法は、第８図に示されているようなエピタキシ
ャル層に沿った方向における構造の多層分割を含む。現
在得られた結果はいくぶん行われた分割数に影響され易
く、光フィールドが著しく拡大する際の限界における精
度に最適な数はまだ最終的に決定されていない。
光パワーリミタのような提案された応用において、装
置はエピタキシャル層の平面（ｘ方向）に沿った光制限
の損失によって動作する。リブ構造の一方の端部に投射
された光は、通常の方法で他方の端部に導かれるのでは
なく、スラブ中を自由に伝播してもよい。装置の修正さ
れたものはこの光パワーを消去するためにスラブにおい
て吸収材料を使用することができ、或は代わりに第２の
リブがパワーを収集し、それを別の箇所に伝送するため
に使用されることができる（後者の場合に、装置は非線
形方向カップラに類似してくる）。
計算は、ｘ方向における光制限の特性に集中する。第
９図はリブの幅がＷ＝３μｍ、合計した高さがｔ＝1.3
μｍおよびスラブの厚さｄ＝１μｍに対する計算結果を
示し、これらの値は低い光強度に対する第１の高いオー
ダーモードの遮断での単一モードの案内に対応するよう
に選択される。Ｉ、IIおよびIIIの符号を付けられた曲
線は、第８図に示されたような構造の１、３および45分
割した構造にそれぞれ対応する。第９図において、制限
係数はパラメータとして光の非線形特性の強度を含んで
いる標準化されたパワーに対してプロットされている。
事実上のパワーに換算して結果を表すために、光の非線
形特性係数に対する値を仮定する必要がある。これは第
10図において実行され、ここでは屈折率が1W/cm2の光強
度に対して10-5だけ減少する。第10図において、２つの
曲線は３μｍの幅Ｗ（1.3μｍである高さｔに対して）
および５μｍ（単一モード動作を保証する1.1μｍであ
るｔの値に対して）に対応し、各場合におけるスラブの
厚さｄは１μｍである。計算は使用された分割数に対す
る感度が過度に臨界的になる前に中止される。結果から
光限定の実質的な損失は、数十μＷのオーダーの投射パ
ワーに対して得られることが明らかである。
第３図に示されたようなリブ構造は２次元構造のただ
１つの可能な実施例であることに留意することは重要で
ある。第４図を参照すると、その他の可能な態様は隆起
ストリップ（リッジ）案内部（ａ）、包含ストリップ
（埋設）案内部（ｂ）、およびストリップ負荷案内部
（ｃ）である。これらは全てコア領域における発散非線
形特性を有するように構成されることができ、第３図の
リブ案内部に対して示されたものと類似した方法により
限定作用を示すと考えてよい。
第１図、第３図および第４図を参照して上記に説明さ
れた構造を使用する実効的な光パワーリミタを達成する
ために、単に光強度が基体中に拡散することを可能にす
るだけでは不十分である。これはそのかなりの部分がコ
ア領域から光出力信号をピックアップするために位置さ
れた検波器に依然として到達するためである。したがっ
て、クラッド領域層２からパワーを除去するか、もしく
は少なくともそれが検波器に到達することを防ぐ手段を
含む必要がある。このような手段の１つは、入光する光
を吸収してそれが検波器に到達できないことを保証する
ようにクラッド領域層２の材料中に不純物を含むことで
ある。
第5a図を参照すると、第３図に示されたように横方向
の限定を示す構造において、別の代りの手段はクラッド
領域２の中に拡散する光がこの第２の案内層13中に捕捉
されるように屈折率がn0に近いまたはそれよりも大きい
平行な案内層13を含むことである。第5b図を参照する
と、この第２の案内層13およびコア領域層３は、第２の
案内層13中の光が検波器（示されていない）から外れる
ように導かれるように横方向に分離するように配置され
ている。この第２の案内層13は第２の関連したクラッド
層12を有する。
図面を参照して上記に説明されたものの他に、付加的
な層が本発明の実施例によるリミタ構造中に含まれても
よい。例えば付加的な層は構造に特有の導波特性を与え
るために使用されてもよい。その他、構造が別の素子と
一体に形成されている場合には、構造が最上部の酸化層
を含んでいると都合がよい。しかしながら、このような
付加的な層は実際にはコアまたはクラッド領域の一部を
形成するだけである。
本発明の別の実施例は、バンドギャップ（および動作
波長）と無関係に変化するMQW材料およびMQW材料の屈折
率の効果を利用するものである。MQW材料における最低
エネルギ吸収エッジはウエルのそれである。吸収エッジ
の位置はさらに薄いウエルを形成するによってもっと高
いエネルギにシフトされてもよい。この適用において、
材料の屈折率はウエルおよびバリアの層の厚さが制限さ
れる光フィールド領域よりかなり小さいのでウエルおよ
びバリアの屈折率の平均である。
MQW材料を使用するパワーリミタ構造の一実施例は第1
1図において断面図により示されており、例えば1.53μ
ｍの動作波長（この例では1.55μｍ）に近くそれより小
さいバンドエッジを有し、例えば3.43の第１の屈折率お
よび２部分の低クラッドを備えた非線形コア材料から構
成されている。例えば3.38の、第１の屈折率よりも少し
低い屈折率と例えば1.5μｍの広いバンドギャップを備
えたコアに最も近い線形のクラッド層、および第１のク
ラッドと同じ屈折率であるがそのバントエッジは例えば
1.65μｍの第２のクラッド層は選択された動作波長で吸
収を行うように選択される。吸収層（第２のクラッド
層）は案内されたモードフィールドが基体の境界面に拡
大しないことを保証するので、全体はクラッドを禁止的
に厚くしなくてもInP基体（またはその他の適切な材
料）上で成長させることができる。第１の透明なクラッ
ド層は、低い強度で案内されたモードの過剰吸収を避け
る必要がある。この構造は高い強度でクラッド領域への
拡散放射線が吸収され、したがって装置の出力において
観察されないという付加的な利点を有する。
第６図を参照すると、第１図乃至第５図または第７図
乃至第11図を参照して上記に記載された構造に基づいた
光パワーリミタは、コア領域３に入力される光信号用の
入力ポート７のような付加的な特徴およびコア領域３か
ら出力信号を獲得するための光ファイバ８のような手段
を示す。第６図に示された実施例は一体化された装置で
はない。このような装置において、光ファイバ８はリミ
タ構造の導波体と共通のウエハ上の別の導波体によって
置換されることができる。入力ポート７はまたリミタ構
造の端部上の露出面による方法とは別の、例えばリミタ
構造と別の構造との間の境界面によって限定されてもよ
い。光ファイバ８はまた光検波器によって直接的に置換
されてもよい。
フロントページの続き (72)発明者 メース，ダビッド・アーサー・フイ イギリス国 アイ・ピー５，７テイ・エ ー，アイプスウイッチ，マートルシャ ム・ハース，カールフォード・クローズ 91

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】屈折率nsの材料の第１のクラッド領域によ
    って第１の側の境界面が制限され、屈折率n0の材料の第
    ２のクラッド領域によって反対側の第２の側の境界面が
    制限されている屈折率ncのコア領域を有する直接ギャッ
    プ半導体材料導波体を具備し、第１のクラッド領域のバ
    ンドギャップ等価波長λｓはコア領域材料のバンドギャ
    ップ等価波長λｃよりも小さく、コア領域材料の屈折率
    ncは波長λにおける光信号の強度にしたがって変化する
    が、第１および第２のクラッド領域材料の屈折率nsおよ
    びn0は実質的に一定である波長λを有する光信号のパワ
    ーを制限するために使用される光パワーリミタにおい
    て、 光信号の予め定められたしきい値において第１のクラッ
    ド領域中への光信号の十分な拡散を可能にするようにコ
    ア領域材料の屈折率ncが第１のクラッド領域材料の屈折
    率nsに十分に近接した値となるようにコア領域材料の屈
    折率ncは波長λにおける光信号の強度の変化に対して反
    対方向に変化し、それによってコア領域材料の屈折率nc
    における前記変化が得られる量によりコア領域材料のバ
    ンドギャップ等価波長λｃよりも大きい波長λに対し
    て、および屈折率nsが少なくとも実質的に一定に保持さ
    れるような十分の量により第１のクラッド領域のバンド
    ギャップ等価波長λｓよりも大きい波長λに対して光リ
    ミタとして機能させることを特徴とする光パワーリミ
    タ。
  2. 【請求項２】波長λは10乃至40nmの範囲の量だけコア領
    域材料のバンドギャップ等価波長λｃよりも大きい請求
    項１記載の光パワーリミタ。
  3. 【請求項３】第１のクラッド領域材料の屈折率nsは第２
    のクラッド領域材料の屈折率n0よりも１桁以上大きい請
    求項１または２記載の光パワーリミタ。
  4. 【請求項４】コア領域の第２の側と接するクラッド材料
    は空気である請求項３記載の光パワーリミタ。
  5. 【請求項５】導波体は、波長λにおいて単一のトランス
    バースモード伝播を示す請求項１乃至４のいずれか１項
    記載の光パワーリミタ。
  6. 【請求項６】第１のクラッド領域は屈折率ntおよびバン
    ドギャップ等価波長λｔを有する材料の第３のクラッド
    領域とコア領域と反対側で接し、屈折率ntはコア領域の
    屈折率ncよりも小さく、実質的に第１のクラッド領域の
    屈折率nsと同じであり、波長λｔはコア領域材料のバン
    ドギャップ等価波長λｃよりも大きい請求項１乃至５の
    いずれか１項記載の光パワーリミタ。
  7. 【請求項７】コア領域および第１および第３のクラッド
    領域の材料はそれぞれ多重量子ウエル材料で構成されて
    いる請求項６記載の光パワーリミタ。
  8. 【請求項８】λはコア領域材料のバンドギャップ等価波
    長λｃの20nmの範囲内にある請求項１乃至７のいずれか
    １項記載の光パワーリミタ。
  9. 【請求項９】コア領域に対する光信号用の入力ポート
    と、導波体のコア領域から出力信号を取出す手段とを具
    備している請求項１乃至９のいずれか１項に記載された
    光光パワーリミタ。
  10. 【請求項１０】導波体のクラッド領域中を伝播する光放
    射線が、コア領域から放射された出力信号を取出す手段
    に結合することを阻止する阻止手段を具備している請求
    項９記載の光パワーリミタ。
  11. 【請求項１１】阻止手段は、クラッド領域中に配置され
    た吸収材料を含む請求項10記載の光パワーリミタ。
  12. 【請求項１２】阻止手段は、コア領域から放射された信
    号を取出す手段から外れてクラッド領域中を伝播する光
    放射線を発散するように配置された第２の導波体を含む
    請求項10記載の光パワーリミタ。
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