JP3529072B2 - 光位相変調器及び光変調装置 - Google Patents

光位相変調器及び光変調装置

Info

Publication number
JP3529072B2
JP3529072B2 JP22085896A JP22085896A JP3529072B2 JP 3529072 B2 JP3529072 B2 JP 3529072B2 JP 22085896 A JP22085896 A JP 22085896A JP 22085896 A JP22085896 A JP 22085896A JP 3529072 B2 JP3529072 B2 JP 3529072B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
change
modulator
phase modulator
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP22085896A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH1062731A (ja
Inventor
孝之 山中
直人 吉本
清行 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP22085896A priority Critical patent/JP3529072B2/ja
Publication of JPH1062731A publication Critical patent/JPH1062731A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3529072B2 publication Critical patent/JP3529072B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を構成す
る多重量子井戸層の屈折率を外部印加電圧で制御して、
光導波路を通過する光の強度、あるいは位相を制御する
光位相変調器及び光変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）など化合物半導
体極薄膜作成技術の進展によって半導体多重量子井戸
（ＭＱＷ）や超格子構造が登場し、従来のバルク半導体
に比べて著しいオプトエレクトロニクス素子の特性改良
が可能となっている。このうち、ＭＱＷ構造に電界を印
加してその吸収係数あるいは屈折率を変化させる電界吸
収効果は、バルク半導体に比べ非常に顕著であり、これ
を用いて高速・低電圧駆動な光変調器が実現されてい
る。
【０００３】光変調器は、光の信号を変調するために、
二種類の物理量の変化を利用する。そのうち、波長（動
作波長）を吸収係数変化の小さい領域に設定し、そこで
の屈折率の変化を利用するものを位相変調器と称する。
この位相変調器では、可能な限り低い印加電圧（電界）
での大きな屈折率変化を得られることが必要であると同
時に、吸収係数及びその印加電圧による変化が小さいこ
とが必要である。
【０００４】前記屈折率を大きくするだけならば、動作
波長を吸収係数の大きな領域に設定すればよいが、導波
型光変調器の場合、屈折率変化で光の位相を変える前に
光は吸収されてしまう。通常、動作波長は吸収係数及び
その変動を無視できる領域に設定するため、屈折率変化
を稼ぐために、印加電圧が高くならざるを得ない状況が
続いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、波長が吸収領
域から遠いところほど屈折率変化も小さくなるので、位
相変調器の高性能化を達成するためには、動作波長で吸
収係数は小さいが、屈折率変化はより大きくなるとい
う、一見矛盾した問いに対する答えを見出さなければな
らない。
【０００６】本発明は、以上述べた事情に鑑み、吸収係
数及びその変動を十分抑制しつつ大きな屈折率変化が得
られる高性能な光位相変調器及び光変調装置を提供する
ことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の光位相変調器は、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓ
Ｐ，ＩｎＳｂＰ又はＩｎＡｓＳｂＰのいずれか一つの材
料からなる量子井戸層を有する量子井戸構造をコアとす
ることを特徴とする。
【０００８】前記第１の光位相変調器において、前記位
相変調器に動作時に印加される電圧の範囲内で、印加電
圧の絶対値の増大とともに、重い正孔に対する価電子帯
の第二量子準位から伝導帯の第一量子準位への電子の遷
移による前記量子井戸構造の光吸収の強度が増加するこ
とを特徴とする。
【０００９】一方の本発明の光変調装置は、前記第１及
び第２の光位相変調器と、前記位相変調器にＴＭ偏光か
らなる信号光を入力する手段とを備えたことを特徴とす
る。
【００１０】現在の光変調器では、ＴＥ偏光による動作
が主である。図３にＴＥ偏光した光を変調器に入射させ
た時の吸収係数スペクトルの電圧変化と電圧変化による
吸収係数スペクトルの変化分をプロットしたものを示
す。図３に示すように、三つの主な励起子吸収ピーク
は、重い正孔帯（ＨＨ）と軽い正孔帯（ＬＨ）からの遷
移を表す。電圧変化ΔＦによる吸収係数変化Δαが波長
λの関数として与えられると、波長λ0 で得られる屈折
率変化Δｎは以下の「数１」に示す式（１）の関数によ
り決まることとなる。
【００１１】
【数１】
【００１２】ここで、Ρは積分の主値をとることを意味
する。図３から、ＴＥ偏光ではＨＨの第一量子準位から
の励起子吸収（Ｅ1 −ＨＨ1）の寄与が大きいことが判
るが、吸収係数の変化は正と負の領域が同じ程度であ
り、互いに相殺されてしまうため、前記式（１）から明
らかなように屈折率変化の増大にはあまり寄与しない。
【００１３】そこで、本発明では、ＴＭ偏光による動作
に注目した。図４にＴＭ偏光した光を変調器に入射させ
た時の吸収係数スペクトルの電圧変化と電圧変化による
吸収係数スペクトルの変化分をプロットした。
【００１４】この図４から、ＴＭ偏光ではＥ1 −ＨＨ1
に替わって、ＨＨの第二量子準位からの励起子吸収（Ｅ
1 −ＨＨ2 ）とＬＨの第一量子準位から励起子吸収（Ｅ
1 −ＬＨ1 ）との寄与が大きいことがわかる。ここで、
特に重要なことは、Ｅ1 −ＨＨ2 は電圧印加によってそ
の吸収ピークを増大させることにある。この吸収ピーク
の増大は、重い正孔と軽い正孔との間の相互作用である
バンドミキシング効果によるものである。その結果、図
４に示すように、吸収係数変化のＥ1 −ＨＨ2 のピーク
の増大によって、正の吸収変化分が大きくなり、前記式
（１）から判るように、屈折率変化は吸収係数変化の積
分で与えられるから、この場合屈折率変化をＴＥ偏光に
比べて大きくとることが可能となる。さらに、動作波長
からみて、Ｅ1 −ＨＨ2 のピークはＥ1 −ＨＨ1 のピー
クよりも遠くにあり、ＴＭ偏光でのＥ1 −ＨＨ1 のピー
クはＴＥ偏光でのそれにくらべて２〜３桁小さいため、
電圧印加による吸収係数変動を抑制できる。
【００１５】Ｅ1 −ＨＨ2 のピークの増大の程度は、井
戸層材料において、重い正孔と軽い正孔との量子井戸面
に垂直な方向の有効質量の差が大きい材料ほどよい。現
在の量子井戸結晶成長技術は、III 族とＶ族との化合物
半導体材料の上に成り立っている。理論計算から、III
−Ｖ族半導体材料の中で重い正孔と軽い正孔との有効質
量差が著しい化合物半導体は、ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，Ｉｎ
Ｓｂ又はこれら二元化合物の組合せで得られる三元化合
物ないし四元化合物であることが判明した。具体的に
は、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＳｂＰ又は
ＩｎＡｓＳｂＰのいずれか一つの材料から井戸層材料を
選定するのが好ましい。
【００１６】以上の知見に基づいて得られた本発明に基
づけば、今までにない大きな屈折率変化を吸収変動の増
加を抑制しつつ達成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【００１８】図１は本発明の実施の形態の位相光変調器
の模式図である。図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１
上にはｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＳｂＡ
ｓＰ／ＩｎＰからなる多重量子井戸層３、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層４、及びｐ−ＩｎＧａＡｓ層５が順次積層され
ている。前記ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にはＮ側電極６
が、一方前記ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５側にはＰ側電極７が
各々設けられている。
【００１９】前記Ｐ側電極７上には、変調信号に対応す
る電圧を印加するための電圧印加手段（図示せず）に接
続するためのリード線８が接続されている。図示しない
光源（レーザ）からのＴＭ偏光からなる入射光９は、変
調光１０として出射される。
【００２０】ここで、前記量子井戸層３は、ＩｎＳｂＡ
ｓＰとＩｎＰとをそれぞれ量子井戸層と障壁層とにする
多重量子井戸構造で、分子線エピタキシャル成長法や有
機金属気相成長法などの結晶成長法で作製される。
【００２１】図２は、本発明にかかる図１の構造を有す
る位相変調器を用いて、屈折率変化の電圧依存性を実線
で示したものである。なお、比較として従来構造での典
型的な特性も併せて示した。
【００２２】図２に示すように、両者の比較から、本発
明の構造の特性は、従来の特性に比べて屈折率変化の増
大が急激に起こり、同じ電圧での屈折率変化は従来に比
べて２〜３倍以上の高い値が得られることが判明した。
これは、前述したようにバンドミキシング効果が本発明
で採用した半導体材料によって増幅された結果である。
【００２３】但し、電圧がある閾値を超えると、重い正
孔と軽い正孔の有効質量の差が電界によるバンド構造の
変化により打ち消されてしまうため、バンドミキンシン
グ効果がもはや効かなくなり、屈折率変化の電圧依存性
は図にようなピーク構造を持つことになる。
【００２４】尚、ＴＭ偏光からなる入射光９を得る手段
としは、種々のものがある。例えば、半導体レーザの出
力光を偏波保持ファイバで、図１に示す光変調器まで導
き、入射光がＴＭ偏光となるように、ファイバの出力端
を回転させてもよい。このような手段と、図１に示す光
変調器とを組合せると、容易に入射光の位相を効率よく
変調する光変調装置を組み立てることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに説明し
たように、本発明によれば、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，Ｉｎ
ＡｓＰ，ＩｎＳｂＰ又はＩｎＡｓＳｂＰのいずれか一つ
の材料で量子井戸層を構成することにより、ＴＭ偏光で
の価電子帯第二準位からの吸収ピークの電圧変化を、大
きくとることができるので、従来の変調動作を凌ぐ高性
能な位相変調器及び光変調装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の光変調器の概略図であ
る。
【図２】本発明の実施の形態の光変調器の屈折率変化の
電圧依存性と従来構造での屈折率変化の電圧依存性の比
較図である。
【図３】ＴＥ偏光での吸収係数スペクトルの電圧変化と
対応する吸収係数変化の波長スペクトル図である。
【図４】ＴＭ偏光での吸収係数スペクトルの電圧変化と
対応する吸収係数変化の波長スペクトル図である。
【符号の説明】
１ １ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ３ ノンドープＩｎＳｂＡｓＰ／ＩｎＰからなる多重量
子井戸層 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ６ Ｎ側電極 ７ Ｐ側電極 ８ リード線 ９ 入射光 １０ 変調光
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−233292（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/015 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ，Ｉｎ
    ＳｂＰ又はＩｎＡｓＳｂＰのいずれか一つの材料からな
    る量子井戸層を有する量子井戸構造をコアとすることを
    特徴とする光位相変調器。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光位相変調器において、 前記位相変調器の動作時に印加される電圧の範囲内で、
    印加電圧の絶対値の増大とともに、重い正孔に対する価
    電子帯の第二量子準位から伝導帯の第一量子準位への電
    子の遷移による前記量子井戸構造の光吸収の強度が増加
    することを特徴とする光位相変調器。
  3. 【請求項３】 請求項１及び２記載の光位相変調器と、
    前記位相変調器にＴＭ偏光からなる信号光を入力する手
    段とを備えたことを特徴とする光変調装置。
JP22085896A 1996-08-22 1996-08-22 光位相変調器及び光変調装置 Expired - Lifetime JP3529072B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22085896A JP3529072B2 (ja) 1996-08-22 1996-08-22 光位相変調器及び光変調装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22085896A JP3529072B2 (ja) 1996-08-22 1996-08-22 光位相変調器及び光変調装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1062731A JPH1062731A (ja) 1998-03-06
JP3529072B2 true JP3529072B2 (ja) 2004-05-24

Family

ID=16757656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22085896A Expired - Lifetime JP3529072B2 (ja) 1996-08-22 1996-08-22 光位相変調器及び光変調装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3529072B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1062731A (ja) 1998-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0645858B1 (en) Strained quantum well structure having variable polarization dependence and optical device inducing the strained quantum well structure
US5953479A (en) Tilted valance-band quantum well double heterostructures for single step active and passive optical waveguide device monolithic integration
US5801872A (en) Semiconductor optical modulation device
JP2606079B2 (ja) 光半導体素子
JPH0715000A (ja) 複量子井戸構造を有する集積モノリシックレーザ−モデュレーター構成
JP2010232424A (ja) 半導体光増幅装置及び光モジュール
JPH09318918A (ja) 半導体光変調器
US5191630A (en) Nonlinear optical device for controlling a signal light by a control light
JP2536714B2 (ja) 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子
JP2003114407A (ja) 電界吸収型光変調器
WO2005081050A1 (ja) 変調器集積化光源およびその製造方法
JP3529072B2 (ja) 光位相変調器及び光変調装置
JP3208418B2 (ja) 半導体量子井戸光変調器
JP2001013472A (ja) 光半導体素子および光通信装置
JPH08248363A (ja) 導波形多重量子井戸光制御素子
JPH0621578A (ja) 半導体集積化変調光源装置
US6574027B2 (en) Optical modulator, and optical-modulator-intergrated laser diode
JP2760276B2 (ja) 選択成長導波型光制御素子
JPH1197790A (ja) 半導体レーザ
JP2000305055A (ja) 電界吸収型光変調器
JP4103490B2 (ja) 光変調器
JPH08201740A (ja) 半導体量子井戸光変調器ならびにこれを用いた光変調方法および装置
JP3527078B2 (ja) 光制御素子
JPH07321414A (ja) 電界吸収形多重量子井戸光制御素子
JP2023010119A (ja) 光変調器および光変調方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20031210

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040217

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20040220

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20040220

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20040220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090305

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090305

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100305

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110305

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110305

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120305

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 9