JP3393531B2 - 波長板型半導体偏波制御デバイス - Google Patents

波長板型半導体偏波制御デバイス

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JP3393531B2
JP3393531B2 JP27052996A JP27052996A JP3393531B2 JP 3393531 B2 JP3393531 B2 JP 3393531B2 JP 27052996 A JP27052996 A JP 27052996A JP 27052996 A JP27052996 A JP 27052996A JP 3393531 B2 JP3393531 B2 JP 3393531B2
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waveguide
polarization
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克明 曲
裕三 吉國
敏夫 伊藤
直人 吉本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信,光交換の
各システム、光情報処理等に用いる波長板型半導体偏波
制御デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光通信
・光交換や光情報処理の分野において、光を利用したシ
ステムの構築を考えると、光導波路,光スイッチ,光受
光器,光増幅器等の光素子が必要不可欠になる。これら
の素子は、光ファイバと結合したり、集積化を行うこと
で実用的部品にする必要がある。集積化することは、μ
m精度で必要とされる光ファイバと半導体素子との光軸
合せを省くことができるので、堅牢となると共に、信頼
性の増加が期待できる。
【0003】ところで、通常の光ファイバにおいては、
光源からの偏波面を維持する機能は有しておらず、半導
体光スイッチや半導体光増幅器といった光機能素子に入
力される信号光は環境の変化に応じてその偏波状態を変
動する。
【0004】しかしながら、上記のような半導体デバイ
スの導波構造は、一般に等方的ではなく、幅が数ミクロ
ンあるのに対して、厚みがサブミクロンオーダであるこ
とや、導波層のスイッチング特性又は活性層の増幅特性
が偏波状態によって異なる。そのため入力信号光の偏波
状態によって出力特性が大きく変動するという問題があ
る。
【0005】上記偏波依存性を低減する方法として、二
つの半導体光増幅器の間に偏波面を90度回転する素子
を用いることが考えられる。そこで、偏波面を90度回
転する素子が必要になる。偏波依存性の制御方法とし
て、波長板といった光学素子の利用が公知である。二つ
の直交する直線偏波成分の位相差がπになる板厚を有し
た波長板をλ/2板と称する。このλ/2板は直線偏光
の偏光面を回転させる機能を有している。
【0006】しかし、通常用いられているバルクのλ/
2板のサイズは大きく、半導体材料との整合性が良くな
いという問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の波長板型半導体偏波制御デバイスは、半導体基板上
に作製された導波路を有するデバイスにおいて、その導
波路進行方向の中央部領域に上記埋め込み導波路に対し
て別な導波路を設けると共に、上記導波路進行方向と直
交する方向の断面において、二つの導波路間を結ぶ直線
と基板に平行な直線とのなす角がθを示しており、その
中央部領域における固有な導波モードの有する最低次か
ら数えて二つの等価屈折率をn1及びn2 (n1
2 )とすると、その長さLが、下記式から求められ、
中央部領域の一方の側から入射された直線偏波光が他方
の端でその偏波面を2θ回転させることを特徴とする。
【0008】
【数2】
【0009】上記波長板型半導体偏波制御デバイスにお
いて、導波層への電流注入を可能とする電極が設置され
てなることを特徴とする。
【0010】本発明では、上記式より導かれた所定距離
Lだけ光が伝搬すると、入射光偏波をθ=45度とした
場合に2θ=90度となり、90度回転させることがで
きる。これは、λ/2板は入射光偏波と波長板の結晶軸
とのなす角度をαとすれば、出射光偏波を入射光偏波よ
り2α回転させる機能を有している。その時波長板の異
方性を用いてその厚みが、2つの結晶軸を伝搬する光に
対してπだけ位相変化するように設定されている。そこ
で、伝搬光の偏波方向をx方向とした場合、第1の導波
路と第2の導波路とを結ぶ直線方向が結晶軸の方向に対
応するため、α=θと考えることができる。そして、上
記「数2」に示す式で限定される長さ(L)に中央部領
域の長さを決めることで、半導体のような等方性材料に
おいても波長板の効果を実現することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0012】〔実施の形態1〕図1は、本発明の第1実
施の形態にかかる半導体偏波回転素子の斜視図、図2は
その側面断面図、図3は図2の領域Bにおける断面図で
ある。これらの図面中、符号11はInP基板、12は
InP埋め込み層、21は第1のバンドギャップ波長
1.3μm帯のInGaAsP導波層、22は第1の導
波層21からオフセットされて位置する第2のバンドギ
ャップ波長1.3μm帯のInGaAsP導波層であ
る。なお、領域Bは第2のInGaAsP導波層22が
導波方向に設けられている中央部領域を示し、領域A及
び領域Cは、第2のInGaAsP導波層が設けられて
いない領域及びLは上記中央部領域Bの導波方向の長さ
である。
【0013】本実施の形態の波長板型半導体偏波制御デ
バイスは、半導体基板11上に作製された第1の埋め込
み導波路21を有すると共に、その導波路進行方向の中
央部領域Bに別な第2の埋め込み導波路22を導波方向
を同一でオフセットして設けると共に、上記導波路進行
方向と直交する方向の断面において、二つの導波路2
1,22を結ぶ直線l1 と第1の埋め込み導波路21の
中心軸において導波路進行方向と直交する方向(x方
向)の直線l2 との形成する角度がθ(=45度)を示
しており、その中央部領域Bにおける固有な導波モード
の有する最低次から数えて二つの等価屈折率をn1 及び
2 (n1 >n2 )とすると、その長さLが、下記「数
3」に示す式で定義されているものである。
【0014】
【数3】
【0015】本素子の動作原理を簡単に説明する。領域
Aを入射してきた光は、x方向に電界成分を有するTE
偏波とy方向に電界成分を有するTM偏波に分解されて
進行する。なお、図1中、z方向が導波方向となる。こ
こで、TE偏波を例にとると、伝搬光はx方向を向いて
いることになる。この光が中央部領域Bに侵入すると、
この中央部領域Bでは伝搬光が、図3に示されるよう
に、x方向から45度ずれていることになる。中央部領
域Bにおける固有な導波モードの有する最低次から数え
て二つの等価屈折率をn1 及びn2 (n1 >n2 )とす
ると、その中央部領域Bの長さLが、上記「数3」に示
す式に設定することで、先に述べたλ/2板の原理に基
づき、理論的には領域Cの入口で偏波が2θ=90度回
転して出射されることになる。なお、本実施の形態の測
定結果では、加工精度の問題により波長1.55μmの
入射光に対して76度の偏波回転を実現できた。
【0016】TM偏波に関しても同様である。
【0017】〔実施の形態2〕図4は、本発明の第2の
実施の形態に係る半導体偏波回転素子の側面断面図であ
る。図2に示した構造に対して、上下に電極を設けたも
のである。すなわち、第2の実施の形態に係る半導体偏
波回転素子は、上面にn−InP層13を有するInP
基板11の下面側及びp−InP層14の上面側に電極
31,32を各々設けたものである。このように電極3
1,32を設けることにより、第1及び第2のInGa
AsP導波層21,22に対して電流を注入し、導波層
の屈折率を変化することができるので、トリミングが可
能となる。
【0018】このため、第1の実施の形態に比べて回転
精度を向上できる。なお、本実施の形態の測定結果で
は、波長1.55μmの入射光に対して83度の偏波回
転を実現できた。
【0019】この場合において、電極は領域Bにのみ設
置することも可能である。さらに、各領域A,B及びC
の各領域に電極を各々設け、領域間で電気分離を行うこ
とも可能である。
【0020】本実施の形態においては、InP基板11
上に設ける材料としてInGaAsP材料系について記
述したが、他の材料系を用いることによっても、同様な
効果を得ることができる。また、ドーピング層等も任意
に設けることができる。
【0021】また、導波層構造に超格子構造を用いるこ
とも可能であり、さらに、導波層部を導波層よりもバン
ドギャップ波長の短い組成で挟んだSCH構造を採用す
ることも可能である。
【0022】また、上述した実施の形態においては、導
波層21と導波層22とを同一組成としたが、組成を異
なるようにすることもできる。また、第2の実施の形態
において、導波層22若しくは導波層21と導波層22
との両方をバンドギャップ波長1.55μm帯のInG
aAsP導波層とすれば、電流注入により、光増幅器と
して動作させることができる。
【0023】上述した実施の形態に示すデバイスが光増
幅器を含めた導波型デバイスとモノリシック集積化が可
能である。
【0024】上述した実施の形態では、λ/2板の効果
を半導体によって実現できることを示したが、その長さ
Lを半分にすることでλ/4板としての効果を持たせる
ことができるのは、いうまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上、実施の形態と共に詳細に説明した
ように、本発明によれば、光デバイスの偏波依存性の解
消に有効な偏波制御デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の半導体偏波回転素子の
斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1の半導体偏波回転素子の
側面図である。
【図3】本発明の実施の形態1の半導体偏波回転素子の
断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2の半導体偏波回転素子の
側面図である。
【符号の説明】
11 InP基板 12 InP埋め込み層 13 n−InP層 14 p−InP層 21 第1のInGaAsP導波層 22 第2のInGaAsP導波層 A,B,C 領域 L 領域Lの長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 直人 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−257020(JP,A) 特開 平11−26882(JP,A) 特開 平11−109159(JP,A) 特表 平9−508723(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/126 G02F 1/025

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に作製された導波路を有す
    るデバイスにおいて、 その導波路進行方向の中央部領域に上記埋め込み導波路
    に対して別な導波路を設けると共に、上記導波路進行方
    向と直交する方向の断面において、二つの導波路間を結
    ぶ直線と基板に平行な直線とのなす角がθを示してお
    り、その中央部領域における固有な導波モードの有する
    最低次から数えて二つの等価屈折率をn1及びn2 (n
    1 >n2 )とすると、その長さLが、下記式から求めら
    れ、中央部領域の一方の側から入射された直線偏波光が
    他方の端でその偏波面を2θ回転させることを特徴とす
    る波長板型半導体偏波制御デバイス。 【数1】
  2. 【請求項2】 請求項1記載の波長板型半導体偏波制御
    デバイスにおいて、 導波層への電流注入を可能とする電極が設置されてなる
    ことを特徴とする波長板型半導体偏波制御デバイス。
JP27052996A 1996-10-14 1996-10-14 波長板型半導体偏波制御デバイス Expired - Lifetime JP3393531B2 (ja)

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