JP3104831B2 - 集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワーク - Google Patents
集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワークInfo
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- JP3104831B2 JP3104831B2 JP05352709A JP35270993A JP3104831B2 JP 3104831 B2 JP3104831 B2 JP 3104831B2 JP 05352709 A JP05352709 A JP 05352709A JP 35270993 A JP35270993 A JP 35270993A JP 3104831 B2 JP3104831 B2 JP 3104831B2
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- integrated optical
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信などに用いられる
集積型光デバイス、特に集積型光分岐合流器に関する。
集積型光デバイス、特に集積型光分岐合流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信、特に光ローカルネットワーク
（光ＬＡＮ）に用いられるデバイスのうち、光分岐合流
器或は分波合波器はシステム仕様を決定するキーデバイ
スの一つである。
（光ＬＡＮ）に用いられるデバイスのうち、光分岐合流
器或は分波合波器はシステム仕様を決定するキーデバイ
スの一つである。
【０００３】光分岐合流デバイスの例として、Ermanら
の"Mach-Zehnder Modulators and Optical Switches on
III-V Semiconductors"(Journal of Lightwave Techno
logy,vol.6,No.6, pp.837-846,1988)がある。図１５は
それを説明する平面図、図１６は入出力ポートを形成す
る光導波路の断面図である。図１５において、６１は入
力ポートであり、６２及び６３は出力ポートである。入
力ポート６１に入力された光は、ビームスプリッタ６４
によって２つの出力ポート６２、６３に分岐される。図
１６において、７３はコア層であり、ｎ+−Ｇａ Ａｓ基
板７１上に積層されたクラッド層７２に形成された溝７
７によって横方向の有効屈折率を作り付け、横モードを
安定化している。７４、７５、７６は夫々コア層７３上
に形成されたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層、ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓ層及びｐ型ＧａＡｓ層である。ビームスプ
リッタ部６４の構造は、この光導波路に光の進行方向に
対して４５°の角度で深さがコア７３の途中で止まる様
な垂直な溝と、全反射ミラーとなる側面からなってい
る。その結果、ポート６１から入射した光のうち、ポー
ト６２への分岐はその全反射ミラーによって、またポー
ト６３の方向への分岐は深さ方向の波面分割によって行
われる。
の"Mach-Zehnder Modulators and Optical Switches on
III-V Semiconductors"(Journal of Lightwave Techno
logy,vol.6,No.6, pp.837-846,1988)がある。図１５は
それを説明する平面図、図１６は入出力ポートを形成す
る光導波路の断面図である。図１５において、６１は入
力ポートであり、６２及び６３は出力ポートである。入
力ポート６１に入力された光は、ビームスプリッタ６４
によって２つの出力ポート６２、６３に分岐される。図
１６において、７３はコア層であり、ｎ+−Ｇａ Ａｓ基
板７１上に積層されたクラッド層７２に形成された溝７
７によって横方向の有効屈折率を作り付け、横モードを
安定化している。７４、７５、７６は夫々コア層７３上
に形成されたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層、ｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓ層及びｐ型ＧａＡｓ層である。ビームスプ
リッタ部６４の構造は、この光導波路に光の進行方向に
対して４５°の角度で深さがコア７３の途中で止まる様
な垂直な溝と、全反射ミラーとなる側面からなってい
る。その結果、ポート６１から入射した光のうち、ポー
ト６２への分岐はその全反射ミラーによって、またポー
ト６３の方向への分岐は深さ方向の波面分割によって行
われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の構成にはいくつかの大きな欠点がある。第１に、フェ
イルセイフが考慮されていない。第２に、挿入損補償が
なされていない。第３に、コストパフォーマンス及び拡
張性が低い。第４に、所望の分岐比を得るには極めて高
い製作精度が必要とされる。
の構成にはいくつかの大きな欠点がある。第１に、フェ
イルセイフが考慮されていない。第２に、挿入損補償が
なされていない。第３に、コストパフォーマンス及び拡
張性が低い。第４に、所望の分岐比を得るには極めて高
い製作精度が必要とされる。
【０００５】ネットワーク上に配置されるデバイスに対
しては、そのデバイスそのもの、それにつながる端局或
は端末装置に何等かの障害が起きた場合、ネットワーク
に影響を与えないようトラブルを自動的に回避する機
能、いわゆるフェイルセイフが図れることが望ましい。
しかし、これは上記のデバイス構成では不可能である。
このフェイルセイフ機能や分岐比可変機能を実現するた
めに、他のデバイス、例えば通常の光スイッチを設ける
ことが考えられるが、これは外付けにせざるを得ないた
め、集積化の長所が失われ、拡張性がなくなるだけでな
く、大型化、コスト高を招く。また、光分岐による損失
補償のためにも別のデバイス例えば光アンプが必要にな
るため、更にデバイス構成は複雑とならざるを得ない。
しては、そのデバイスそのもの、それにつながる端局或
は端末装置に何等かの障害が起きた場合、ネットワーク
に影響を与えないようトラブルを自動的に回避する機
能、いわゆるフェイルセイフが図れることが望ましい。
しかし、これは上記のデバイス構成では不可能である。
このフェイルセイフ機能や分岐比可変機能を実現するた
めに、他のデバイス、例えば通常の光スイッチを設ける
ことが考えられるが、これは外付けにせざるを得ないた
め、集積化の長所が失われ、拡張性がなくなるだけでな
く、大型化、コスト高を招く。また、光分岐による損失
補償のためにも別のデバイス例えば光アンプが必要にな
るため、更にデバイス構成は複雑とならざるを得ない。
【０００６】更に、ネットワークの柔軟性や発展性を上
げるには、光ネットワーク上に配置される光分岐合流器
の分岐比が可変であることが有利である。
げるには、光ネットワーク上に配置される光分岐合流器
の分岐比が可変であることが有利である。
【０００７】
【発明の目的】本発明は以上の欠点を鑑みて考案された
もので、フェイルセイフ機能と分岐比可変機能を持ち、
安価で信頼性の高い光分岐合流器などの集積型光デバイ
ス及びそれを用いた光通信ネットワークを提供すること
にある。
もので、フェイルセイフ機能と分岐比可変機能を持ち、
安価で信頼性の高い光分岐合流器などの集積型光デバイ
ス及びそれを用いた光通信ネットワークを提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、第１導
電型の半導体基板上に、少なくとも、第１導電型の第１
クラッド層、第１コア層、第２導電型の第２クラッド
層、第２コア層及び第１導電型の第３クラッド層を積層
した二重光導波路構造を有する導波型光デバイスであっ
て、導波方向に複数領域に分割されているとともに、該
分割領域のうち少なくとも１つの領域では、前記二重光
導波路構造中に、導波方向に対し周期的に屈折率を変調
する機構と、均一に屈折率を変調する機構とを同時に有
し、両者の組み合わせにより、前記二重光導波路を伝播
する光の電界分布を制御することを特徴とする集積型光
デバイスである。
電型の半導体基板上に、少なくとも、第１導電型の第１
クラッド層、第１コア層、第２導電型の第２クラッド
層、第２コア層及び第１導電型の第３クラッド層を積層
した二重光導波路構造を有する導波型光デバイスであっ
て、導波方向に複数領域に分割されているとともに、該
分割領域のうち少なくとも１つの領域では、前記二重光
導波路構造中に、導波方向に対し周期的に屈折率を変調
する機構と、均一に屈折率を変調する機構とを同時に有
し、両者の組み合わせにより、前記二重光導波路を伝播
する光の電界分布を制御することを特徴とする集積型光
デバイスである。
【０００９】また、前記周期的に屈折率を変調する機構
を有しない領域のうち少なくとも１つの領域には、前記
二重光導波路の一方の導波光の全てを外部に出力する機
構（光スプリッタ）や、前記二重光導波路の一方の導波
光を光増幅する機構（光アンプ）を有することを特徴と
する集積型光デバイスである。
を有しない領域のうち少なくとも１つの領域には、前記
二重光導波路の一方の導波光の全てを外部に出力する機
構（光スプリッタ）や、前記二重光導波路の一方の導波
光を光増幅する機構（光アンプ）を有することを特徴と
する集積型光デバイスである。
【００１０】また、屈折率を変調する機構が、ｐｎ接合
に対しキャリアを選択的に注入することであったり、逆
バイアスを印加することであることを特徴とする。光ネ
ットワークへの具体的な応用例としては、上記集積型光
デバイスが複数の端局を有するバス型の光伝送路上に配
置され、キャリア非注入時には、入射光がそのまま出力
されるフェイルセイフ機能により、ネットワークに支障
をきたさないことを特徴とする光通信ネットワークがあ
る。また、上記集積型光デバイスが複数の端局を有する
リング型の伝送路上に配置され、キャリア非注入時に
は、入射光がそのまま出力されるフェイルセイフ機能に
より、ネットワークに支障をきたさないことを特徴とす
る光通信ネットワークがある。
に対しキャリアを選択的に注入することであったり、逆
バイアスを印加することであることを特徴とする。光ネ
ットワークへの具体的な応用例としては、上記集積型光
デバイスが複数の端局を有するバス型の光伝送路上に配
置され、キャリア非注入時には、入射光がそのまま出力
されるフェイルセイフ機能により、ネットワークに支障
をきたさないことを特徴とする光通信ネットワークがあ
る。また、上記集積型光デバイスが複数の端局を有する
リング型の伝送路上に配置され、キャリア非注入時に
は、入射光がそのまま出力されるフェイルセイフ機能に
より、ネットワークに支障をきたさないことを特徴とす
る光通信ネットワークがある。
【００１１】
【作用】２本の導波路を近接させた構造の光デバイス
は、方向性結合器として一般的によく知られている。こ
のとき、各々の導波路の伝搬定数をβ1及びβ2とすると
伝搬定数差Δβ＝β2−β1及び導波路間隔ｄや結合長Ｌ
によってパワー分岐比が決まり、カプラやスイッチの機
能をもたせることができる。更に、２導波路間に伝搬定
数を変調する層すなわち屈折率変調層を導入すること
で、設計の自由度や製作上の許容度を上げたり、新たな
機能、例えば光フィルタリング機能を付加することがで
きる。
は、方向性結合器として一般的によく知られている。こ
のとき、各々の導波路の伝搬定数をβ1及びβ2とすると
伝搬定数差Δβ＝β2−β1及び導波路間隔ｄや結合長Ｌ
によってパワー分岐比が決まり、カプラやスイッチの機
能をもたせることができる。更に、２導波路間に伝搬定
数を変調する層すなわち屈折率変調層を導入すること
で、設計の自由度や製作上の許容度を上げたり、新たな
機能、例えば光フィルタリング機能を付加することがで
きる。
【００１２】一方、半導体光導波路のコア層にキャリア
を注入することで、コアの材料で決まる波長域の利得媒
質として、すなわち光アンプ或は半導体レーザとして使
用することができるだけでなく、コア層の屈折率が変化
することを利用して光の強度分布を変化させることがで
きる。
を注入することで、コアの材料で決まる波長域の利得媒
質として、すなわち光アンプ或は半導体レーザとして使
用することができるだけでなく、コア層の屈折率が変化
することを利用して光の強度分布を変化させることがで
きる。
【００１３】例えば、第１のコア層及び第２のコア層で
方向性結合器を形成し、一方のコア層にのみ周期的にキ
ャリアを注入する場合を考える。図１１において（ａ）
及び（ａ）′はキャリア注入前の層構成及び屈折率分布
を示している。１０９は導電型の互いに異なる領域が周
期的に繰り返す周期的電流狭窄層であり、この場合電子
をブロックするが、屈折率は周りと等価である。１０18
ｃｍ-3程度キャリア注入すると屈折率は１０-3オーダで
低下する（Casey and Panish;HeterostructureLasers(A
cademic Press,1978)）。従って、キャリア密度を１０
18ｃｍ-3程度にできればキャリア分布は（ｂ）の様に周
期的に分布する。この時、屈折率は（ｂ）′の様にな
る。すなわち、周期的にキャリアを注入することは、屈
折率可変グレーティング１１３を形成することと等価で
ある。
方向性結合器を形成し、一方のコア層にのみ周期的にキ
ャリアを注入する場合を考える。図１１において（ａ）
及び（ａ）′はキャリア注入前の層構成及び屈折率分布
を示している。１０９は導電型の互いに異なる領域が周
期的に繰り返す周期的電流狭窄層であり、この場合電子
をブロックするが、屈折率は周りと等価である。１０18
ｃｍ-3程度キャリア注入すると屈折率は１０-3オーダで
低下する（Casey and Panish;HeterostructureLasers(A
cademic Press,1978)）。従って、キャリア密度を１０
18ｃｍ-3程度にできればキャリア分布は（ｂ）の様に周
期的に分布する。この時、屈折率は（ｂ）′の様にな
る。すなわち、周期的にキャリアを注入することは、屈
折率可変グレーティング１１３を形成することと等価で
ある。
【００１４】更に、近接する他の導波路にも屈折率変調
層を有し、かつ前記周期的電流狭窄層１０９とは独立に
制御できるときには、分岐比可変の光カプラとして用い
ることができる。例えば、図１２において、第１コア層
１０２が通常のバルク半導体のとき、均一に逆バイアス
層をかけたとき、フランツ・ケルデッシュ効果により屈
折率が増加する。
層を有し、かつ前記周期的電流狭窄層１０９とは独立に
制御できるときには、分岐比可変の光カプラとして用い
ることができる。例えば、図１２において、第１コア層
１０２が通常のバルク半導体のとき、均一に逆バイアス
層をかけたとき、フランツ・ケルデッシュ効果により屈
折率が増加する。
【００１５】従って、周期的電流狭窄層１０９にキャリ
アを注入すると同時に、第１コア層１０２に電圧を印加
することで、第２導波路２０５に対しては周期的な屈折
率変化を、第１導波路２０４に対しては均一な屈折率変
化を独立に誘起できるため、完全結合長を維持したま
ま、結合定数κを変化させる、すなわち第１導波路２０
４と第２導波路２０５の分岐比を可変できる。
アを注入すると同時に、第１コア層１０２に電圧を印加
することで、第２導波路２０５に対しては周期的な屈折
率変化を、第１導波路２０４に対しては均一な屈折率変
化を独立に誘起できるため、完全結合長を維持したま
ま、結合定数κを変化させる、すなわち第１導波路２０
４と第２導波路２０５の分岐比を可変できる。
【００１６】上記の原理をより詳細に説明する。屈折率
変調層のキャリア注入前の第１導波路２０４及び第２導
波路２０５の伝搬定数を夫々β１及びβ２とし、キャリ
ア注入後に周期的電流狭窄層１０９によってできたグレ
ーティングベクトルをＫとするとＢｒａｇｇ条件（位相
整合条件）は、 β2＝β1＋Ｋ ・・・・・（１） となる。ここで Δ＝β2−（β1＋Ｋ） ・・・・・（２） とすると、パワー移行率ηは η＝１／（１＋（Δ／κ）2）・（ｓｉｎβcｚ）2 ・・・・・（３） となる。ここでκは２導波路間の結合効率、ｚは進行方
向の座標であり、 βc＝（κ2＋Δ2）1/2 ・・・・・（４） である。
変調層のキャリア注入前の第１導波路２０４及び第２導
波路２０５の伝搬定数を夫々β１及びβ２とし、キャリ
ア注入後に周期的電流狭窄層１０９によってできたグレ
ーティングベクトルをＫとするとＢｒａｇｇ条件（位相
整合条件）は、 β2＝β1＋Ｋ ・・・・・（１） となる。ここで Δ＝β2−（β1＋Ｋ） ・・・・・（２） とすると、パワー移行率ηは η＝１／（１＋（Δ／κ）2）・（ｓｉｎβcｚ）2 ・・・・・（３） となる。ここでκは２導波路間の結合効率、ｚは進行方
向の座標であり、 βc＝（κ2＋Δ2）1/2 ・・・・・（４） である。
【００１７】これより最大パワー移行率ηｍａｘは ηｍａｘ＝１／（１＋（Δ／κ）２） ・・・・・（５） であり、最大完全結合長Ｌは Ｌ＝π／２βｃ ・・・・・（６） で表わせる。
【００１８】ここで、キャリア非注入時のΔをΔｃとす
れば、Ｋ＝０なので Δｃ＝β２−β１ となる。
れば、Ｋ＝０なので Δｃ＝β２−β１ となる。
【００１９】また、キャリア注入時のΔをΔｉとすれ
ば、キャリア注入による伝搬定数差への影響は小さいの
で Δｉ＝β２，ｉ−（β１，ｉ＋Ｋ） ＝Δｃ−Ｋ となる。
ば、キャリア注入による伝搬定数差への影響は小さいの
で Δｉ＝β２，ｉ−（β１，ｉ＋Ｋ） ＝Δｃ−Ｋ となる。
【００２０】キャリア非注入時のκをκ≪１と選ぶこと
により ≫１・・・・・キャリア非注入時 Δ／κ ・・・・・（７） ≪１・・・・・キャリア注入時 となるように層構成の設定が可能である。こうして、キ
ャリア注入時にηが大きくなってパワーの移行が起こ
り、非注入時にはパワー移行が起こらない様にできる。
により ≫１・・・・・キャリア非注入時 Δ／κ ・・・・・（７） ≪１・・・・・キャリア注入時 となるように層構成の設定が可能である。こうして、キ
ャリア注入時にηが大きくなってパワーの移行が起こ
り、非注入時にはパワー移行が起こらない様にできる。
【００２１】また、周期的電流狭窄層がないときには、
常時（キャリア注入があってもなくても） Δ／κ ≫１・・・・・常時 ・・・・・（８） となるように層構成の設定が可能である。
常時（キャリア注入があってもなくても） Δ／κ ≫１・・・・・常時 ・・・・・（８） となるように層構成の設定が可能である。
【００２２】次に、分岐比可変の原理について説明す
る。パワー移行率ηは（３）式の様にΔ、κ及びデバイ
ス長ｚの関数である。従って、Ｋの大きさを変化させる
ことでκ及びΔが変化する。１００％或は一定比の分岐
（パワー移行）を行う場合は、上述の様に比較的容易に
パラメータを最適化することができる。分岐比を可変す
るには、原理的にはκを変えることで可能となる。しか
し、分岐比を変えることで波長依存性を生じさせないこ
と、安定に分岐比を制御することを考慮すると制御パラ
メータが１つでは困難である。デバイス長を最大完全結
合長に設定し、最大分岐比を他のパラメータで制御でき
れば上記の問題点は解決する。これは最大結合長では屈
折率の変動が分岐比に及ぼす影響が小さいからである。
新たな制御パラメータとして、第１導波路例えば第１コ
ア層の屈折率変化を考える。屈折率変化の具体的方法と
しては上述のキャリア注入による方法（屈折率の減少）
の他に、屈折率を逆の方向（上昇）に変化させるときに
はフランツ・ケルデッシュ効果、ポッケルス効果或は量
子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）等の電界印加の
方法もある。
る。パワー移行率ηは（３）式の様にΔ、κ及びデバイ
ス長ｚの関数である。従って、Ｋの大きさを変化させる
ことでκ及びΔが変化する。１００％或は一定比の分岐
（パワー移行）を行う場合は、上述の様に比較的容易に
パラメータを最適化することができる。分岐比を可変す
るには、原理的にはκを変えることで可能となる。しか
し、分岐比を変えることで波長依存性を生じさせないこ
と、安定に分岐比を制御することを考慮すると制御パラ
メータが１つでは困難である。デバイス長を最大完全結
合長に設定し、最大分岐比を他のパラメータで制御でき
れば上記の問題点は解決する。これは最大結合長では屈
折率の変動が分岐比に及ぼす影響が小さいからである。
新たな制御パラメータとして、第１導波路例えば第１コ
ア層の屈折率変化を考える。屈折率変化の具体的方法と
しては上述のキャリア注入による方法（屈折率の減少）
の他に、屈折率を逆の方向（上昇）に変化させるときに
はフランツ・ケルデッシュ効果、ポッケルス効果或は量
子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）等の電界印加の
方法もある。
【００２３】上記の原理をより詳しく説明する。第１コ
ア層の屈折率が変化することは、β１及びκが変化する
ことである。この時のΔをΔ′とすると（２）式より、 Δ′＝Δｃ′−Ｋ となる。
ア層の屈折率が変化することは、β１及びκが変化する
ことである。この時のΔをΔ′とすると（２）式より、 Δ′＝Δｃ′−Ｋ となる。
【００２４】分岐比を変化させ且つ安定に動作させるた
めには、最大結合長Ｌが一定であることが望ましい（最
大結合長近傍では分岐比の変化は小さい）。 （６）式Ｌ＝π／２・（κ2＋Δ2）1/2 において周期的電流狭窄層１０９にキャリアを注入する
と同時に、第１コア層全体に屈折率変調をかけたときの
κ及びΔをκe及びΔeとし、その変化量をそれぞれδκ
及びδΔとすると κe＝κ＋Δκ、Δe＝Δ＋δΔ Ｌ＝π／２・（κ2＋Δ2＋２δκ・κ＋２δΔ・Δ）1/2 となる。
めには、最大結合長Ｌが一定であることが望ましい（最
大結合長近傍では分岐比の変化は小さい）。 （６）式Ｌ＝π／２・（κ2＋Δ2）1/2 において周期的電流狭窄層１０９にキャリアを注入する
と同時に、第１コア層全体に屈折率変調をかけたときの
κ及びΔをκe及びΔeとし、その変化量をそれぞれδκ
及びδΔとすると κe＝κ＋Δκ、Δe＝Δ＋δΔ Ｌ＝π／２・（κ2＋Δ2＋２δκ・κ＋２δΔ・Δ）1/2 となる。
【００２５】ここで、 δκ・κ＋δΔ・Δ〜０ となる様に層構成を設定することで、常にデバイス長を
最大結合長とすることができる。
最大結合長とすることができる。
【００２６】この時、パワー移行率は、最大移行率η
ｍａｘに等しくなり、 ηｍａｘ＝１／（１＋（Δe／κe）２） となる。
ｍａｘに等しくなり、 ηｍａｘ＝１／（１＋（Δe／κe）２） となる。
【００２７】従って、Δe／κeの値を制御することで分
岐比を可変できる。以上を整理すると以下の様になる。 第１導波路一様 第２導波路周期的 Δ／κ 機能 屈折率変調 屈折率変調 ＯＮ／ＯＦＦ ＯＦＦ ≫１ 第１導波路を そのまま通過 ＯＮ ＯＮ 〜１ 第２導波路へ 分岐 ＯＦＦ ＯＮ ≪１ 第１導波路へ １００％移行 次に損失補償機能について説明する。上記二層導波路の
うち一方或は双方とも、導波光に対して半導体アンプ型
利得媒質にすることで、光分岐によって失われた光を補
償することができる。
岐比を可変できる。以上を整理すると以下の様になる。 第１導波路一様 第２導波路周期的 Δ／κ 機能 屈折率変調 屈折率変調 ＯＮ／ＯＦＦ ＯＦＦ ≫１ 第１導波路を そのまま通過 ＯＮ ＯＮ 〜１ 第２導波路へ 分岐 ＯＦＦ ＯＮ ≪１ 第１導波路へ １００％移行 次に損失補償機能について説明する。上記二層導波路の
うち一方或は双方とも、導波光に対して半導体アンプ型
利得媒質にすることで、光分岐によって失われた光を補
償することができる。
【００２８】さきに述べた様に、半導体光導波路のコア
層の上下にＰＮ接合が形成されているとき、キャリアを
注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒質
としてすなわち光アンプとして使用することができる。
従って、前記周期的屈折率変調層においてコアにキャリ
アを注入することにより、上記２つの作用（光強度分布
変化及び光増幅）を同時に満足させることができる。
層の上下にＰＮ接合が形成されているとき、キャリアを
注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒質
としてすなわち光アンプとして使用することができる。
従って、前記周期的屈折率変調層においてコアにキャリ
アを注入することにより、上記２つの作用（光強度分布
変化及び光増幅）を同時に満足させることができる。
【００２９】
【第１実施例】図１は本発明の第１実施例の模式図であ
る。光の進行方向に対して、３個の領域が直列につなが
れた構成になっている。領域１及び３は光カプラ／光増
幅部、領域２は光スプリッタ部である。領域１及び３で
は、上記（７）式が、領域２では（８）式が成り立つ様
に層構成を設計した。
る。光の進行方向に対して、３個の領域が直列につなが
れた構成になっている。領域１及び３は光カプラ／光増
幅部、領域２は光スプリッタ部である。領域１及び３で
は、上記（７）式が、領域２では（８）式が成り立つ様
に層構成を設計した。
【００３０】図１において、例えば、１００はｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、１０１はｎ型第１クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ、厚さ１．５μｍ）、１０２はアンドープ第１
コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ０．１μｍ）、１
０３はｐ型第２クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、厚さ
０．５μｍ）、１０４はアンドープ第２コア層（Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ０．０５μｍ）、１０５はｎ型
第３クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、厚さ１．５μ
ｍ）、１０６はｎ型コンタクト層（ＧａＡｓ）である。
１０７及び１０８は電極であり、１０９は第３クラッド
層１０５中に設けられた屈折率を変調するための周期的
電流狭窄層である。本実施例の場合、導波光の波長を８
６０ｎｍとして、この電流狭窄層１０９のグレーティン
グピッチ８．５μｍ、デューティ５０％の矩形状に設定
した。
Ａｓ基板、１０１はｎ型第１クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ、厚さ１．５μｍ）、１０２はアンドープ第１
コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ０．１μｍ）、１
０３はｐ型第２クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、厚さ
０．５μｍ）、１０４はアンドープ第２コア層（Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ０．０５μｍ）、１０５はｎ型
第３クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、厚さ１．５μ
ｍ）、１０６はｎ型コンタクト層（ＧａＡｓ）である。
１０７及び１０８は電極であり、１０９は第３クラッド
層１０５中に設けられた屈折率を変調するための周期的
電流狭窄層である。本実施例の場合、導波光の波長を８
６０ｎｍとして、この電流狭窄層１０９のグレーティン
グピッチ８．５μｍ、デューティ５０％の矩形状に設定
した。
【００３１】領域１及び３のデバイス長は上記（４）式
で決まる完全結合長（本実施例では５００μｍ）とし、
領域２（光スプリッタ部）のデバイス長は２００μｍと
した。また、入出力端面には、無反射（ＡＲ）コート１
１１を施している。領域２の光スプリッタ部１１２は、
導波光を１００％上方へ光路変更する様に断面が直角二
等辺三角形の溝を、その深さが第２クラッド層１０３に
十分達する様に、第２導波路（第２コア層１０４を中心
とする）に対して垂直に形成してある。
で決まる完全結合長（本実施例では５００μｍ）とし、
領域２（光スプリッタ部）のデバイス長は２００μｍと
した。また、入出力端面には、無反射（ＡＲ）コート１
１１を施している。領域２の光スプリッタ部１１２は、
導波光を１００％上方へ光路変更する様に断面が直角二
等辺三角形の溝を、その深さが第２クラッド層１０３に
十分達する様に、第２導波路（第２コア層１０４を中心
とする）に対して垂直に形成してある。
【００３２】次に作製方法について簡単に説明する。例
えば、通常の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を用いて、ま
ず、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型第１
クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）１０１、アンドープ
第１コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92）１０２、ｐ型第２クラ
ッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）１０３、アンドープ第２
コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ）１０４を成長したあ
と、第３クラッド層の内の屈折率を変調する層より下の
部分になるｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（厚さ０．３μ
ｍ、ｎ〜３ｘ１０17ｃｍ-3）、及び電流狭窄層の一部に
なるｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（厚さ０．５μｍ、キャ
リア濃度ｐ〜３ｘ１０17ｃｍ-3）を形成する。この上に
ピッチ８．５μｍのグレーティングパターンを形成し、
その深さがｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓに達する様にエッチ
ングする。この結果、周期的電流狭窄層１０９が作製さ
れる。引続き、ＭＯＣＶＤで電流狭窄層と第３クラッド
層の夫々一部となるｎ型第３クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ、厚さ０．７μｍ、キャリア濃度ｐ〜３ｘ１０
17ｃｍ-3）１０５及びｎ型コンタクト層（ＧａＡｓ）１
０６を成長する。
えば、通常の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を用いて、ま
ず、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型第１
クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）１０１、アンドープ
第１コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92）１０２、ｐ型第２クラ
ッド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）１０３、アンドープ第２
コア層（Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ）１０４を成長したあ
と、第３クラッド層の内の屈折率を変調する層より下の
部分になるｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（厚さ０．３μ
ｍ、ｎ〜３ｘ１０17ｃｍ-3）、及び電流狭窄層の一部に
なるｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（厚さ０．５μｍ、キャ
リア濃度ｐ〜３ｘ１０17ｃｍ-3）を形成する。この上に
ピッチ８．５μｍのグレーティングパターンを形成し、
その深さがｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓに達する様にエッチ
ングする。この結果、周期的電流狭窄層１０９が作製さ
れる。引続き、ＭＯＣＶＤで電流狭窄層と第３クラッド
層の夫々一部となるｎ型第３クラッド層（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓ、厚さ０．７μｍ、キャリア濃度ｐ〜３ｘ１０
17ｃｍ-3）１０５及びｎ型コンタクト層（ＧａＡｓ）１
０６を成長する。
【００３３】周期的電流狭窄層１０９のｐ型及びｎ型Ａ
ｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層のキャリア濃度を〜３ｘ１０17ｃｍ
-3に設定したのは、キャリア非注入時にこの領域で屈折
率差が生じない様にするためである。次に、領域２に断
面がＶ字型の上記溝をドライエッチング等で形成する。
本実施例の場合４５°ミラーとした。
ｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層のキャリア濃度を〜３ｘ１０17ｃｍ
-3に設定したのは、キャリア非注入時にこの領域で屈折
率差が生じない様にするためである。次に、領域２に断
面がＶ字型の上記溝をドライエッチング等で形成する。
本実施例の場合４５°ミラーとした。
【００３４】また、横モードの制御のために埋め込み構
造等をつくり付けた。図８は図１の断面の模式図であ
り、図８中、８０１はｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み
層、８０２はｎ型埋め込み層、８０３は正電極１０７ａ
と負電極１０７ｂ間の電流の経路である。最後に、正電
極１０７ａ、１０８及び負電極１０７ｂを形成すること
で本実施例は完成する。
造等をつくり付けた。図８は図１の断面の模式図であ
り、図８中、８０１はｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み
層、８０２はｎ型埋め込み層、８０３は正電極１０７ａ
と負電極１０７ｂ間の電流の経路である。最後に、正電
極１０７ａ、１０８及び負電極１０７ｂを形成すること
で本実施例は完成する。
【００３５】次に動作原理について図を用いて説明す
る。例えば波長８６０μｍの光を左方向から第１コア層
１０２のみに導波させる場合を考える。ここでは第１コ
ア層は導波光に対して透明媒質になっている。
る。例えば波長８６０μｍの光を左方向から第１コア層
１０２のみに導波させる場合を考える。ここでは第１コ
ア層は導波光に対して透明媒質になっている。
【００３６】１）全ての領域の第２コア層１０４にキャ
リアを注入しなく、かつ第１コア層１０２に電界がかか
っていないとき（図２） 図２において、前述の様に周期的電流狭窄層１０９付近
では屈折率の変化はないので、第１光導波路２０４に入
力された光２０１は第２導波路２０５の導波モードとは
全くカップルしない。従って、導波光は領域２及び領域
３をそのまま２０２、２０３で通過し、外部へ出力され
る。もしも、このデバイスが光通信ネットワークの伝送
路上に配置されているときには全くパッシブデバイスと
して働く（フェイルセイフ機能）。
リアを注入しなく、かつ第１コア層１０２に電界がかか
っていないとき（図２） 図２において、前述の様に周期的電流狭窄層１０９付近
では屈折率の変化はないので、第１光導波路２０４に入
力された光２０１は第２導波路２０５の導波モードとは
全くカップルしない。従って、導波光は領域２及び領域
３をそのまま２０２、２０３で通過し、外部へ出力され
る。もしも、このデバイスが光通信ネットワークの伝送
路上に配置されているときには全くパッシブデバイスと
して働く（フェイルセイフ機能）。
【００３７】２）領域１及び領域３の第２コア層１０４
にキャリアを注入し、かつ第１コア層１０２に電界が印
加されていないとき（図３） 正電極１０７ａから注入されたキャリアは、周期的電流
狭窄層１０９によってキャリア分布が変調され、第２コ
ア層１０４中にキャリア分布ができ、これに対応した等
価的屈折率分布が形成される。従って、第１導波路２０
４に導波された光３０１は、前述した原理により周期的
電流狭窄層１０９によって第２導波路２０５とカップリ
ングする。ここでは、注入されたキャリア密度に対して
移行率１００％となる様に設定されているので、完全結
合長だけ導波すると光は全て第２導波路２０５へ移る
（電界分布を３０２で示した）。
にキャリアを注入し、かつ第１コア層１０２に電界が印
加されていないとき（図３） 正電極１０７ａから注入されたキャリアは、周期的電流
狭窄層１０９によってキャリア分布が変調され、第２コ
ア層１０４中にキャリア分布ができ、これに対応した等
価的屈折率分布が形成される。従って、第１導波路２０
４に導波された光３０１は、前述した原理により周期的
電流狭窄層１０９によって第２導波路２０５とカップリ
ングする。ここでは、注入されたキャリア密度に対して
移行率１００％となる様に設定されているので、完全結
合長だけ導波すると光は全て第２導波路２０５へ移る
（電界分布を３０２で示した）。
【００３８】一方、領域２ではＶ溝によって導波光は導
波路外部に取り出されるとともに、４５°ミラー面１１
２によって上方に出射される。本実施例では、Ｖ溝が第
２クラッド層１０４に達するまで深く形成してあるの
で、導波光は１００％外部に取り出される。従って、先
球ファイバ１１０ｃ或は適当なレンズを含む光学系と結
合させることで、導波光は外部に出力させられると同時
に領域３には導波光は進行しないことになる。ここで、
Ｖ溝の深さを制御することで導波光の一部を上方へ、他
を領域３へ出力できるので、分岐器として設定すること
もできる。
波路外部に取り出されるとともに、４５°ミラー面１１
２によって上方に出射される。本実施例では、Ｖ溝が第
２クラッド層１０４に達するまで深く形成してあるの
で、導波光は１００％外部に取り出される。従って、先
球ファイバ１１０ｃ或は適当なレンズを含む光学系と結
合させることで、導波光は外部に出力させられると同時
に領域３には導波光は進行しないことになる。ここで、
Ｖ溝の深さを制御することで導波光の一部を上方へ、他
を領域３へ出力できるので、分岐器として設定すること
もできる。
【００３９】図３では一方向のみについて述べたが、本
実施例の場合左右対称に設計されているので、逆方向か
ら光を入射した場合も全く同様の機能を持つ。
実施例の場合左右対称に設計されているので、逆方向か
ら光を入射した場合も全く同様の機能を持つ。
【００４０】逆に、先球ファイバ１１０ｃからＶ溝に光
が入射するとき、光スプリッタ１１２で双方向に光が導
波し（電界分布を４０１、４０２で示した）、領域１及
び３がＯＮのとき（キャリア注入時）第２導波路２０５
から第１導波路２０４に移行する（図４で電界分布を４
０３、４０４で示した）。領域１或は３がＯＦＦの時
（キャリア非注入時）は、第１導波路２０５に移行する
ことなく外部へ発散するため、光ファイバ１１０ａ、１
１０ｂには結合しない。すなわち、目的に応じて、ファ
イバに出力するか否かを選ぶことができる。導波した光
は領域１或は領域３に達すると、該領域がＯＮのときに
は前述した様に利得媒質となっているので光が増幅され
るとともに、光強度分布が第２導波路２０５から第１導
波路２０４にシフトする。従って、Ｖ溝入射時の結合損
失及び分岐損失を補うことができる（損失補償）。
が入射するとき、光スプリッタ１１２で双方向に光が導
波し（電界分布を４０１、４０２で示した）、領域１及
び３がＯＮのとき（キャリア注入時）第２導波路２０５
から第１導波路２０４に移行する（図４で電界分布を４
０３、４０４で示した）。領域１或は３がＯＦＦの時
（キャリア非注入時）は、第１導波路２０５に移行する
ことなく外部へ発散するため、光ファイバ１１０ａ、１
１０ｂには結合しない。すなわち、目的に応じて、ファ
イバに出力するか否かを選ぶことができる。導波した光
は領域１或は領域３に達すると、該領域がＯＮのときに
は前述した様に利得媒質となっているので光が増幅され
るとともに、光強度分布が第２導波路２０５から第１導
波路２０４にシフトする。従って、Ｖ溝入射時の結合損
失及び分岐損失を補うことができる（損失補償）。
【００４１】３）領域１の第２コア層１０４にキャリア
を注入し、かつ領域１の第１コア層１０２に電界が印加
されているとき（図５）。 第１コア層１０２への電界による屈折率変化（本実施例
の場合、フランツ・ケルデッシュ効果による）により、
結合定数κが変化するため分岐比が変化する。第１導波
路２０４に入力し領域１でパワー分岐した光のうち、一
方（図５で電界分布を５０１で示した）は第１導波路２
０４を通って領域３へ向かい、領域３の第２コア層１０
４にキャリア注入が行われていない場合、そのまま外部
へ出力される。他方、第２導波路２０５に分岐した光
（図５で電界分布を５０２で示した）は領域２の光スプ
リッタ１１２により外部へ出力される。
を注入し、かつ領域１の第１コア層１０２に電界が印加
されているとき（図５）。 第１コア層１０２への電界による屈折率変化（本実施例
の場合、フランツ・ケルデッシュ効果による）により、
結合定数κが変化するため分岐比が変化する。第１導波
路２０４に入力し領域１でパワー分岐した光のうち、一
方（図５で電界分布を５０１で示した）は第１導波路２
０４を通って領域３へ向かい、領域３の第２コア層１０
４にキャリア注入が行われていない場合、そのまま外部
へ出力される。他方、第２導波路２０５に分岐した光
（図５で電界分布を５０２で示した）は領域２の光スプ
リッタ１１２により外部へ出力される。
【００４２】
【第２実施例】第１実施例では、光ファイバ１１０ｃと
の結合のしやすさを考えてデバイス面に対して垂直に入
出力できるような光スプリッタ１１２を選んだが、もし
他の半導体デバイスと導波路で結合し、集積型の光ノー
ドに用いる場合には、上方ではなく、水平方向に分岐す
るスプリッタ１５１を用いても良い。図６はその平面図
であり、図７は図６のＡ−Ａ′で切った断面を示してい
る。この構造ではスリット型光スプリッタ１５１のスリ
ット幅や深さを制御することで分岐比を変化させること
ができる。その他の点については第１実施例と同じであ
る。
の結合のしやすさを考えてデバイス面に対して垂直に入
出力できるような光スプリッタ１１２を選んだが、もし
他の半導体デバイスと導波路で結合し、集積型の光ノー
ドに用いる場合には、上方ではなく、水平方向に分岐す
るスプリッタ１５１を用いても良い。図６はその平面図
であり、図７は図６のＡ−Ａ′で切った断面を示してい
る。この構造ではスリット型光スプリッタ１５１のスリ
ット幅や深さを制御することで分岐比を変化させること
ができる。その他の点については第１実施例と同じであ
る。
【００４３】
【第３実施例】キャリア注入による屈折率の変化は、バ
ンドフィリング、バンドシュリンケージ、プラズマ分散
等の重ね合わせとして生じているとされている。第１実
施例において第２コア層１０４に量子井戸層を用いるこ
とで、主にバンドフィリング効果によって、屈折率変化
量はバルクの場合に比べ、より大きくなる。また、第１
コア層１０２に量子井戸層を用いることで、電界印加に
よる屈折率変化も、バルク半導体の場合のフランツ・ケ
ルデッシュ効果に比べ、量子閉じ込めシュタクル効果で
より大きな変化を得ることができる。
ンドフィリング、バンドシュリンケージ、プラズマ分散
等の重ね合わせとして生じているとされている。第１実
施例において第２コア層１０４に量子井戸層を用いるこ
とで、主にバンドフィリング効果によって、屈折率変化
量はバルクの場合に比べ、より大きくなる。また、第１
コア層１０２に量子井戸層を用いることで、電界印加に
よる屈折率変化も、バルク半導体の場合のフランツ・ケ
ルデッシュ効果に比べ、量子閉じ込めシュタクル効果で
より大きな変化を得ることができる。
【００４４】従って、第１コア層或は第２コア層或はそ
の両方に量子井戸構造を適用することで、微小電流或は
微小電圧で上記デバイスを動作させることができる。こ
の第２コア層のみに量子井戸構造を適用した具体例のＡ
ｌ混晶比変化を図９に示した。横幅は層厚、縦軸はＡｌ
混晶比を表している。１０４ａは多重量子井戸である。
更に、ここに歪量子井戸を用いることでバンドフィリン
グ、バンドシュリンケージ及びプラズマ分散全てに大き
な影響を及ぼすので、設計次第では微小電流で大きな屈
折率変化をもたらすことができる。
の両方に量子井戸構造を適用することで、微小電流或は
微小電圧で上記デバイスを動作させることができる。こ
の第２コア層のみに量子井戸構造を適用した具体例のＡ
ｌ混晶比変化を図９に示した。横幅は層厚、縦軸はＡｌ
混晶比を表している。１０４ａは多重量子井戸である。
更に、ここに歪量子井戸を用いることでバンドフィリン
グ、バンドシュリンケージ及びプラズマ分散全てに大き
な影響を及ぼすので、設計次第では微小電流で大きな屈
折率変化をもたらすことができる。
【００４５】
【第４実施例】第１実施例において領域１及び３の損失
補償効果が不十分な場合、あらたに周期的電流狭窄層１
０９を有しない領域を設けて利得のみを与えることで、
損失補償と光り分布のシフトを独立に行うことができ
る。図１０はその模式図である。図１０において領域４
及び５は光増幅領域を示し、１００７はキャリア注入用
電極を示している。この例では第１実施例の周期的電流
狭窄層１０９を用いた。
補償効果が不十分な場合、あらたに周期的電流狭窄層１
０９を有しない領域を設けて利得のみを与えることで、
損失補償と光り分布のシフトを独立に行うことができ
る。図１０はその模式図である。図１０において領域４
及び５は光増幅領域を示し、１００７はキャリア注入用
電極を示している。この例では第１実施例の周期的電流
狭窄層１０９を用いた。
【００４６】
【第５実施例】次に、本発明の装置を光通信ネットワー
クへ適用した実施例について説明する。伝送路形態がバ
ス型、スター型或はループ型の光通信ネットワークにお
いて光を分岐して情報を取り出したり、端末装置からネ
ットワークへ情報を送信する場合、ネットワーク上に光
ノードを配置する。本発明のデバイスをこのノードの一
要素として構成することに様々なネットワーク或はプロ
トコルに対応することができる。
クへ適用した実施例について説明する。伝送路形態がバ
ス型、スター型或はループ型の光通信ネットワークにお
いて光を分岐して情報を取り出したり、端末装置からネ
ットワークへ情報を送信する場合、ネットワーク上に光
ノードを配置する。本発明のデバイスをこのノードの一
要素として構成することに様々なネットワーク或はプロ
トコルに対応することができる。
【００４７】図１３は本発明の装置をバス型光ネットワ
ークの光ノードに適用した例である。図１３において、
１４００はバスライン、１４０１〜１４０５は本発明の
光デバイスを含む光ノードである。また１４１１〜１４
１５は光ノードにつながる端局の入出力装置を行う端末
装置である。
ークの光ノードに適用した例である。図１３において、
１４００はバスライン、１４０１〜１４０５は本発明の
光デバイスを含む光ノードである。また１４１１〜１４
１５は光ノードにつながる端局の入出力装置を行う端末
装置である。
【００４８】例えば、イーサネット等のＣＳＭＡ−ＣＤ
を用いているネットワークの場合、第１の実施例のデバ
イスの前後にバスラインを配置し、スプリッタ部で一部
の光を分岐する様に配置する。このとき、常にネットワ
ーク上の信号をモニタできるので、ノードに入った光を
一部取り込み、自局あての信号の場合は受信回路に取り
込む。自局宛てでない場合はそれ以降の信号を通過させ
る。また、端末装置或はノードそのものに故障が生じた
場合はノードの電源が切れる様にしておけば、このノー
ドは完全に通過するので自動的にフェイルセーフが図ら
れる。前述した様に、本発明は入出力を逆にしても動作
する双方向デバイスであるため双方向バスに使うことが
できる。
を用いているネットワークの場合、第１の実施例のデバ
イスの前後にバスラインを配置し、スプリッタ部で一部
の光を分岐する様に配置する。このとき、常にネットワ
ーク上の信号をモニタできるので、ノードに入った光を
一部取り込み、自局あての信号の場合は受信回路に取り
込む。自局宛てでない場合はそれ以降の信号を通過させ
る。また、端末装置或はノードそのものに故障が生じた
場合はノードの電源が切れる様にしておけば、このノー
ドは完全に通過するので自動的にフェイルセーフが図ら
れる。前述した様に、本発明は入出力を逆にしても動作
する双方向デバイスであるため双方向バスに使うことが
できる。
【００４９】
【第６実施例】図１４は本発明の装置をリング型ネット
ワークでトークンリング方式で使う場合の構成図であ
る。図１４において、１４０１〜１４０６は光ノード、
１４１１〜１４１６はそれにつながる端末装置である。
トークンリングでは各光ノードで再生中継をおこなうた
め、光ノードには１００％分岐（光路変更）する第１実
施例のデバイスを用いた。更に端末装置からの信号を一
方向にのみ放出するために、放出する側のカプラ／増幅
部のみＯＮにする。
ワークでトークンリング方式で使う場合の構成図であ
る。図１４において、１４０１〜１４０６は光ノード、
１４１１〜１４１６はそれにつながる端末装置である。
トークンリングでは各光ノードで再生中継をおこなうた
め、光ノードには１００％分岐（光路変更）する第１実
施例のデバイスを用いた。更に端末装置からの信号を一
方向にのみ放出するために、放出する側のカプラ／増幅
部のみＯＮにする。
【００５０】もちろん、両方をＯＦＦとすることでフェ
イルセーフが図られることは第５実施例と同じである。
イルセーフが図られることは第５実施例と同じである。
【００５１】
【他の実施例】上述の実施例では屈折率を変調する層と
して、電流狭窄層を用いたが、普通のグレーティングを
使うこともできる。但し、普通のグレーティングを使う
とキャリア注入がなくても導波モードの結合が起こるの
で（設計によりこの結合をなるべく小さくしても、限界
があって、結合が若干起きる）、その結合の程度がその
デバイスに対する使用に対して無視できる時に使用可能
となる。
して、電流狭窄層を用いたが、普通のグレーティングを
使うこともできる。但し、普通のグレーティングを使う
とキャリア注入がなくても導波モードの結合が起こるの
で（設計によりこの結合をなるべく小さくしても、限界
があって、結合が若干起きる）、その結合の程度がその
デバイスに対する使用に対して無視できる時に使用可能
となる。
【００５２】また、前述の実施例においては第２コア層
の導電型はアンドープとしたが、ｐ、ｎの何れかでも実
施可能である。
の導電型はアンドープとしたが、ｐ、ｎの何れかでも実
施可能である。
【００５３】
【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 １）分岐比可変の光カプラ、光アンプ、光スプリッタが
モノリシックに集積化されているため、小型かつ高機能
である。 ２）端末装置や光ノードを構成する他のデバイスが故障
した場合のフェイルセーフが自動的に行われる。 ３）ネットワークの構成によって単方向デバイスと双方
向デバイスの機能を使い分けることができる。
モノリシックに集積化されているため、小型かつ高機能
である。 ２）端末装置や光ノードを構成する他のデバイスが故障
した場合のフェイルセーフが自動的に行われる。 ３）ネットワークの構成によって単方向デバイスと双方
向デバイスの機能を使い分けることができる。
【図１】本発明の第１実施例の模式図。
【図２】第１実施例の動作原理を説明する模式図。
【図３】第１実施例の動作原理を説明する模式図。
【図４】第１実施例の動作原理を説明する模式図。
【図５】第１実施例の動作原理を説明する模式図。
【図６】本発明の第２実施例の上面図。
【図７】図６のＡ−Ａ´断面図。
【図８】第１実施例の横断面図
【図９】本発明の第３実施例を説明する図。
【図１０】本発明の第４実施例の模式図。
【図１１】本発明におけるキャリア注入と屈折率分布の
変化の関係を示す図。
変化の関係を示す図。
【図１２】本発明における電界印加と屈折率分布の変化
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図１３】本発明の第５実施例である光ネットワークの
構成を示す図。
構成を示す図。
【図１４】本発明の第６実施例である光ネットワークの
構成を示す図。
構成を示す図。
【図１５】従来例の構成を示す図。
【図１６】従来例の構成を示す図。
１００ 基板 １０１ 第１クラッド層 １０２ 第１コア層 １０３ 第２クラッド層 １０４ 第２コア層 １０４ａ 多重量子井戸層 １０５ 第３クラッド層 １０６ 電極コンタクト層（ １０８，１０７ｂ ｎ形電極 １０７ａ，１００７ ｐ形電極 １０９ 周期的電流狭窄層 １１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ 先球光ファイバ １１１ 無反射コート １１２ 光スプリッタ １１３ 実効的グレーティング １５１ スリット型光スプリッタ ２０４ 第１光導波路 ２０５ 第２光導波路 ８０１ ｐ型埋め込み層 ８０２ ｎ型埋め込み層 １４００ 伝送用光ファイバ １４０１〜１４０６ 光ノード １４１１〜１４１６ 端末装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−265958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147139（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−269324（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−181528（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−272176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−32029（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248097（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−113424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/025 H04B 10/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (12)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に、少なくと
も、第１導電型の第１クラッド層、第１コア層、第２導
電型の第２クラッド層、第２コア層及び第１導電型の第
３クラッド層を積層した二重光導波路構造を有する導波
型光デバイスであって、導波方向に複数領域に分割され
ているとともに、該分割領域のうち少なくとも１つの領
域では、前記二重光導波路構造中に、導波方向に対し周
期的に屈折率を変調する手段と、均一に屈折率を変調す
る手段とを共に有し、両者の組み合わせにより、前記二
重光導波路構造を伝播する光の電界分布を制御すること
を特徴とする集積型光デバイス。 - 【請求項２】 前記周期的に屈折率を変調する手段を有
さない領域のうち少なくとも１つの領域には、前記二重
光導波路の一方の導波路を導波する導波光の全てを外部
に出力する光分岐手段を有することを特徴とする請求項
１記載の集積型光デバイス。 - 【請求項３】 前記周期的に屈折率を変調する手段を有
さない領域のうち少なくとも１つの領域には、前記二重
光導波路の一方の導波路を導波する導波光の一部或は全
部を外部に導く、若しくは該導波路に外部からの入射光
を導く光合流手段を有することを特徴とする請求項１記
載の集積型光デバイス。 - 【請求項４】 前記周期的に屈折率を変調する手段を有
さない領域のうち少なくとも１つの領域には、前記二重
光導波路の一方の導波路を導波する導波光を光増幅する
手段を有することを特徴とする請求項１記載の集積型光
デバイス。 - 【請求項５】 前記周期的に屈折率を変調する手段が、
屈折率が互いに等しく導電型が互いに異なる周期的電流
狭窄層に対し、キャリアを選択的に注入するものである
ことを特徴とする請求項１記載の集積型光デバイス。 - 【請求項６】 前記均一に屈折率を変調する手段が、導
波方向に均一に形成されたｐｎ接合に対し、キャリア注
入或は逆バイアスを印加するものであることを特徴とす
る請求項１記載の集積型光デバイス。 - 【請求項７】 前記第１コア層或は第２コア層或はその
両方が単一或は複数の量子井戸構造からなることを特徴
とする請求項１記載の集積型光デバイス。 - 【請求項８】 入射光に対し前記第１コア層が透明媒質
であることを特徴とする請求項１記載の集積型光デバイ
ス。 - 【請求項９】 入射光に対し前記第２コア層が利得媒質
であることを特徴とする請求項１記載の集積型光デバイ
ス。 - 【請求項１０】 前記光分岐手段が前記第２コア層にま
で達し側面がミラーになっている溝であることを特徴と
する請求項２記載の集積型光デバイス。 - 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れかに記載の集
積光デバイスが複数の端局を有するバス型の光伝送路上
に配置され、障害時には、集積光デバイスがキャリア非
注入状態になって入射光がそのまま自動的に出力され、
これによってフェイルセイフ機能によりネットワークに
支障をきたさないことを特徴とする光通信ネットワー
ク。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１０の何れかに記載の集
積光デバイスが複数の端局を有するリング型の伝送路上
に配置され、障害時には、集積光デバイスがキャリア非
注入状態になって入射光がそのまま自動的に出力され、
これによってフェイルセイフ機能によりネットワークに
支障をきたさないことを特徴とする光通信ネットワー
ク。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05352709A JP3104831B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワーク |
| DE69415576T DE69415576T2 (de) | 1993-03-15 | 1994-03-14 | Optische Vorrichtungen und optische Übertragungssystemen die diese verwenden |
| EP94103891A EP0620475B1 (en) | 1993-03-15 | 1994-03-14 | Optical devices and optical communication systems using the optical device |
| US08/571,741 US5613020A (en) | 1993-03-15 | 1995-12-13 | Optical devices having a periodical current restraint layer and optical communication systems using the optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05352709A JP3104831B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワーク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202343A JPH07202343A (ja) | 1995-08-04 |
| JP3104831B2 true JP3104831B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=18425898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05352709A Expired - Fee Related JP3104831B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-12-29 | 集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワーク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104831B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6031860A (en) * | 1996-08-22 | 2000-02-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device capable of switching output intensity of light of predetermined polarized wave, optical transmitter using the device, network using the transmitter, and method of driving optical device |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP05352709A patent/JP3104831B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07202343A (ja) | 1995-08-04 |
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|---|---|---|---|
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