JPH02168227A - 光位相変調器 - Google Patents
光位相変調器Info
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- JPH02168227A JPH02168227A JP32519888A JP32519888A JPH02168227A JP H02168227 A JPH02168227 A JP H02168227A JP 32519888 A JP32519888 A JP 32519888A JP 32519888 A JP32519888 A JP 32519888A JP H02168227 A JPH02168227 A JP H02168227A
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- phase modulator
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- side electrode
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、コヒーレント光通信で用いられる光位相変調
器に関するものである。
器に関するものである。
（従来技術とその問題点）
光の位相偏移変調（ＰＳＫ）を用いたコヒーレント光通
信は直接検波方式や光の周波数偏移変調（ＦＳＫ）、振
幅偏移変調（ＡＳＫ）を用いるコヒーレント光通信方式
と比較して高受信感度を実現できる特徴を有する。この
ＰＳＫ方式によるコヒーレント光通信に関して、これま
でにいくつかの実験報告が為されており、上述の高受信
感度が得られることが実験的に確認されている（Ｅｌｅ
ｃ、 Ｌｅｔｔｓ、Ｖｏｌ、２２． Ｎｏ、１．１９８
６）。
信は直接検波方式や光の周波数偏移変調（ＦＳＫ）、振
幅偏移変調（ＡＳＫ）を用いるコヒーレント光通信方式
と比較して高受信感度を実現できる特徴を有する。この
ＰＳＫ方式によるコヒーレント光通信に関して、これま
でにいくつかの実験報告が為されており、上述の高受信
感度が得られることが実験的に確認されている（Ｅｌｅ
ｃ、 Ｌｅｔｔｓ、Ｖｏｌ、２２． Ｎｏ、１．１９８
６）。
ここで用いられる位相変調器としては、小型化が可能、
光アンプとの集積の可能性を有するという観点から、半
導体材料を用いたもの、特に電界による屈折率変化が大
きい多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いたものが有望とみら
れ、近年盛んに研究が行われている。その中で、比較的
価れたものとして、ＭＯＣＶＤ成長によるＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰ ＭＱＷ位相変調器がある（Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔｓ、Ｖｏｌ、５０． Ｎｏ、７． Ｐ
、３６８゜１９８７）。しかしながら、この位相変調器
はＭＱＷのウェル厚の最適化及び導波路厚の最適化が不
十分であり、位相変調器の動作に必要な駆動電圧である
半波長電圧が１７Ｖと大きいのが問題であった。これを
解決するために、駆動電圧の低減を考えた設計を行うと
、伝搬損失がかなり大きくなることが予想される。
光アンプとの集積の可能性を有するという観点から、半
導体材料を用いたもの、特に電界による屈折率変化が大
きい多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いたものが有望とみら
れ、近年盛んに研究が行われている。その中で、比較的
価れたものとして、ＭＯＣＶＤ成長によるＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰ ＭＱＷ位相変調器がある（Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔｓ、Ｖｏｌ、５０． Ｎｏ、７． Ｐ
、３６８゜１９８７）。しかしながら、この位相変調器
はＭＱＷのウェル厚の最適化及び導波路厚の最適化が不
十分であり、位相変調器の動作に必要な駆動電圧である
半波長電圧が１７Ｖと大きいのが問題であった。これを
解決するために、駆動電圧の低減を考えた設計を行うと
、伝搬損失がかなり大きくなることが予想される。
ＰＳＫ方式の中でも、位相の０、ｎ／２、Ｈ，３ｎ／２
の４値を用いる４相ＰＳＫ方式においては、伝送容量が
２倍になる利点を有している。
の４値を用いる４相ＰＳＫ方式においては、伝送容量が
２倍になる利点を有している。
第４図は４相ＰＳＫ方式に使用する位相変調器について
説明するための図である。第４図（ａ）は単一電極の位
相変調器１３を用い３値の電圧を与えることにより位相
なｎ／２、■、３ｎ／２と変化させる方式である。これ
に対し第４図（ｂ）は同一の位相変調器をタンデムに接
続したものであり、この碌なタンデム構造の位相変調器
では第１の位相変調器１１では電圧ｖ１で位相変化なｎ
、第２の位相変調器１２では電圧■２で位相変化をｎ／
２変化させ、これらを組合わせることにより、位相のｎ
／２、■、３ｎ／２を得る方式である。この方式では最
大必要な位相変化は■でよいため第４図（ａ）に示した
方式に比べ最大の駆動電圧を下げることができ、更にｖ
ｖと２値の電圧値でよいため、電気回路的にも有利であ
る。しかし、素子長が２倍となってしまうため、伝搬損
失が大きくなるという問題がある。特に、ＭＱＷ位相変
調器の・場合は単位長当りの損失が太きいため、これは
重大な問題となってくる。以上述べたことは４相ＰＳＫ
に限らず一般に多相ＰＳＫで問題となる。
説明するための図である。第４図（ａ）は単一電極の位
相変調器１３を用い３値の電圧を与えることにより位相
なｎ／２、■、３ｎ／２と変化させる方式である。これ
に対し第４図（ｂ）は同一の位相変調器をタンデムに接
続したものであり、この碌なタンデム構造の位相変調器
では第１の位相変調器１１では電圧ｖ１で位相変化なｎ
、第２の位相変調器１２では電圧■２で位相変化をｎ／
２変化させ、これらを組合わせることにより、位相のｎ
／２、■、３ｎ／２を得る方式である。この方式では最
大必要な位相変化は■でよいため第４図（ａ）に示した
方式に比べ最大の駆動電圧を下げることができ、更にｖ
ｖと２値の電圧値でよいため、電気回路的にも有利であ
る。しかし、素子長が２倍となってしまうため、伝搬損
失が大きくなるという問題がある。特に、ＭＱＷ位相変
調器の・場合は単位長当りの損失が太きいため、これは
重大な問題となってくる。以上述べたことは４相ＰＳＫ
に限らず一般に多相ＰＳＫで問題となる。
本発明の目的は、駆動電圧が低く更に損失を低減した多
相ＰＳＫ用の光位相変調器を提供することにある。
相ＰＳＫ用の光位相変調器を提供することにある。
（問題を解決するための手段）
本発明による位相変調器は、半導体多重量子井戸構造を
光導波路とする光位相変調器であって、前記光導波路に
独立に電界を印加する複数の変調電極を有し、前記複数
の変調電極の長さが各々異なることを特徴とするもので
ある。
光導波路とする光位相変調器であって、前記光導波路に
独立に電界を印加する複数の変調電極を有し、前記複数
の変調電極の長さが各々異なることを特徴とするもので
ある。
（作用）
本発明は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造への垂直電界によ
るエキシトンピークの長波長側へのシフトによって生ず
る屈折率増加を利用したものである。
るエキシトンピークの長波長側へのシフトによって生ず
る屈折率増加を利用したものである。
まずこの電界による屈折率変化について簡単に説明する
。第２図（ａ）、（ｂ）は各々ＭＱＷ構造の各層に垂直
な電界による、吸収係数、屈折率の変化の傾向を示す図
である。電界が印加されていない場合には吸収端近くの
吸収スペクトラムにはエキシトンの吸収ピークが明瞭に
みられる。吸収係数とクラマースクローニッヒの関係に
ある屈折率のスペクトラムにはエキシトンの吸収ピーク
に対応して大きな段差が生じる。ＭＱＷの各層＆二垂直
な方向に電界を印加した場合、エキシトンはある程度の
形状を保ったままで長波長側ヘシフトする。従って、こ
れに対応して屈折率スペクトルも第２図（ｂ）に示した
ように、電界がＯの時の段差を保ったまま長波長側ヘシ
フトした形状となる。その結果、電界が０の時のエキシ
トンピーク波長近傍では、最初にあった屈折率スペクト
ルの段差程度大きく電界により屈折率は減少するが、あ
る程度長波長側の波長域では電界により増加する。この
波長域、例えばλ。ではエキシトンピークシフトによる
吸収変化は小さいため、位相変調器としてはこの波長を
使用するのが望ましい。
。第２図（ａ）、（ｂ）は各々ＭＱＷ構造の各層に垂直
な電界による、吸収係数、屈折率の変化の傾向を示す図
である。電界が印加されていない場合には吸収端近くの
吸収スペクトラムにはエキシトンの吸収ピークが明瞭に
みられる。吸収係数とクラマースクローニッヒの関係に
ある屈折率のスペクトラムにはエキシトンの吸収ピーク
に対応して大きな段差が生じる。ＭＱＷの各層＆二垂直
な方向に電界を印加した場合、エキシトンはある程度の
形状を保ったままで長波長側ヘシフトする。従って、こ
れに対応して屈折率スペクトルも第２図（ｂ）に示した
ように、電界がＯの時の段差を保ったまま長波長側ヘシ
フトした形状となる。その結果、電界が０の時のエキシ
トンピーク波長近傍では、最初にあった屈折率スペクト
ルの段差程度大きく電界により屈折率は減少するが、あ
る程度長波長側の波長域では電界により増加する。この
波長域、例えばλ。ではエキシトンピークシフトによる
吸収変化は小さいため、位相変調器としてはこの波長を
使用するのが望ましい。
またエキシトンピークのエネルギーシフト量は電界の２
乗に比例することが一般に知られており、それに伴う屈
折率変化も屈折率が増加する波長域では２次関数的に変
化する。従って電界強度が太きい方が、単位電界当りに
得られる屈折率変化は大きい。位相変調器に必要な位相
変化は、屈折率変化と素子長の積によって決まり、素子
長を長くすれば小さい屈折率変化でも必要な位相変化か
得られ、また逆に屈折率変化を大きくすれば短い素子長
で所望の位相変化が得られる。
乗に比例することが一般に知られており、それに伴う屈
折率変化も屈折率が増加する波長域では２次関数的に変
化する。従って電界強度が太きい方が、単位電界当りに
得られる屈折率変化は大きい。位相変調器に必要な位相
変化は、屈折率変化と素子長の積によって決まり、素子
長を長くすれば小さい屈折率変化でも必要な位相変化か
得られ、また逆に屈折率変化を大きくすれば短い素子長
で所望の位相変化が得られる。
本発明はこの後者の考えに基づき、ＭＱＷの電界による
屈折率変化を多相ＰＳＫ方式に適用するタンデム構造の
位相変調器に応用したもので、ＭＱＷへの電圧を許容さ
れる最大限の駆動電圧に設定し、それによる屈折率変化
とタンデム構造の各導波路で必要としている位相変化と
から素子長を決定することにより、伝搬損失を極力抑え
、低損失化を図ったものである。
屈折率変化を多相ＰＳＫ方式に適用するタンデム構造の
位相変調器に応用したもので、ＭＱＷへの電圧を許容さ
れる最大限の駆動電圧に設定し、それによる屈折率変化
とタンデム構造の各導波路で必要としている位相変化と
から素子長を決定することにより、伝搬損失を極力抑え
、低損失化を図ったものである。
（実施例）
第１図は、本発明による光位相変調器の実施例を示す図
である。材料系としては、ここでは１．５５ｐｍ帯での
動作を考えているため、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系
を用いた場合につき説明するが、波長を特に限定しなけ
れば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ系等、室温で安定なエキシトン吸収ピークが観測でき
るＭＱＷ構造が製作できる材料系であれば本発明は適用
可能である。
である。材料系としては、ここでは１．５５ｐｍ帯での
動作を考えているため、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系
を用いた場合につき説明するが、波長を特に限定しなけ
れば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ系等、室温で安定なエキシトン吸収ピークが観測でき
るＭＱＷ構造が製作できる材料系であれば本発明は適用
可能である。
まず第１図を用いて本実施例の製作方法について簡単に
説明する。ｎ −ＩｎＰ基板１上にｎ −ＩｎＡＩＡｓ
りＩｎＧａＡｓキャップ層５（０，２ｐｍ）をＭＢＥ法
により順次成長する。この時ＭＱＷのＩｎＧａＡｓウェ
ル厚を６５人、ＩｎＡｌＡｓバリア厚を６５人とした。
説明する。ｎ −ＩｎＰ基板１上にｎ −ＩｎＡＩＡｓ
りＩｎＧａＡｓキャップ層５（０，２ｐｍ）をＭＢＥ法
により順次成長する。この時ＭＱＷのＩｎＧａＡｓウェ
ル厚を６５人、ＩｎＡｌＡｓバリア厚を６５人とした。
またこのウェハのＭＱＷのエキシトンピーク波長は１．
４５１１ｍであった。
４５１１ｍであった。
次にｐ側電極を全面蒸着し、フォトリソグラフィー法に
よりタンデム構造導波路が形成出来る様に、途中にギャ
ップのあるストライプ状のレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＢＥ法によ
り１−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡＩＡｓＭＱＷガイド居３と
ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層４の界面までエツチングす
る。この時タンデム構造電極の電気的な独立性も同時に
得られている。また導波路幅は２ｐｍである。最後にｎ
側電極６を蒸着し、へき開によって入出射端面を形成す
る。
よりタンデム構造導波路が形成出来る様に、途中にギャ
ップのあるストライプ状のレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＢＥ法によ
り１−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡＩＡｓＭＱＷガイド居３と
ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層４の界面までエツチングす
る。この時タンデム構造電極の電気的な独立性も同時に
得られている。また導波路幅は２ｐｍである。最後にｎ
側電極６を蒸着し、へき開によって入出射端面を形成す
る。
次にこの位相変調器の動作について説明する。
まず最初に、電極を分割しないものについて素子長１ｍ
ｍにへき開したものを評価した。第３図はこの素子の電
圧に対する位相変化の評価結果で、波長１．５５０ｐｍ
のＴＥモードにより評価したものである。
ｍにへき開したものを評価した。第３図はこの素子の電
圧に対する位相変化の評価結果で、波長１．５５０ｐｍ
のＴＥモードにより評価したものである。
位相変化がｎ得られるときの電圧（半波長電圧）は３Ｖ
、２■得られるときの電圧は５ｖであり、電圧に対する
位相変化が線形でないことが示されている。
、２■得られるときの電圧は５ｖであり、電圧に対する
位相変化が線形でないことが示されている。
このとき、位相変調器には不必要な振幅変調は６Ｖ以下
の電圧では１ｄＢ以下と非常に小さく、良好な特性を示
した。また伝搬損失は８ｄＢ／ｍｍであった。４相ＰＳ
Ｋ用にこの素子を２個タンデムに接続すると、電圧は３
Ｖ（ｎ変調）と２Ｖ（ｎ／２変調）とかなり低電圧化が
図れるが、素子長が２ｍｍとなるため伝搬損失だけで１
６ｄＢとなり結合損失的５ｄＢを含めると挿入損失は２
０ｄＢ以上となる。ここで（作用）の項でも説明したよ
うに、２つの電極に同じ電圧３Ｖをそのまま用いること
を考えタンデム構造電極の長さを検討した。
の電圧では１ｄＢ以下と非常に小さく、良好な特性を示
した。また伝搬損失は８ｄＢ／ｍｍであった。４相ＰＳ
Ｋ用にこの素子を２個タンデムに接続すると、電圧は３
Ｖ（ｎ変調）と２Ｖ（ｎ／２変調）とかなり低電圧化が
図れるが、素子長が２ｍｍとなるため伝搬損失だけで１
６ｄＢとなり結合損失的５ｄＢを含めると挿入損失は２
０ｄＢ以上となる。ここで（作用）の項でも説明したよ
うに、２つの電極に同じ電圧３Ｖをそのまま用いること
を考えタンデム構造電極の長さを検討した。
第３図より３Ｖでの位相変調指数は、６０°／Ｖｍｍで
ある。従って、第１図において第１のｐ側電極７を１ｍ
ｍとそのままにし、第２のｐ側電極８を５００ｐｍとな
る様に、本発明主旨に基づき長さを変えてへき開した。
ある。従って、第１図において第１のｐ側電極７を１ｍ
ｍとそのままにし、第２のｐ側電極８を５００ｐｍとな
る様に、本発明主旨に基づき長さを変えてへき開した。
その結果、第１のｐ側電極７及び第２のｐ側電極８に各
々同一の電圧３ｖを印加することで、各々位相を■、ｎ
／２変化させることができ、４相ＰＳＫに必要な位相変
調を低電圧で行なうこができ、更に１つの電圧値で実現
することができ、その上全体の素子長を３／４に短くす
ることで伝搬損失も１２ｄＢと約４ｄＢで改善すること
ができ、低駆動電圧、低損失の両方を満足する４相ＰＳ
Ｋ用のタンデム構造の位相変調器が出来た。また必要な
駆動電圧を３ｖだけと１つの電圧値でよく駆動電気回路
も簡単なもので良いという利点がある。
々同一の電圧３ｖを印加することで、各々位相を■、ｎ
／２変化させることができ、４相ＰＳＫに必要な位相変
調を低電圧で行なうこができ、更に１つの電圧値で実現
することができ、その上全体の素子長を３／４に短くす
ることで伝搬損失も１２ｄＢと約４ｄＢで改善すること
ができ、低駆動電圧、低損失の両方を満足する４相ＰＳ
Ｋ用のタンデム構造の位相変調器が出来た。また必要な
駆動電圧を３ｖだけと１つの電圧値でよく駆動電気回路
も簡単なもので良いという利点がある。
また上述した実施例では４相ＰＳＫについて述べたが、
本発明はこれに限らず多相ＰＳＫに適用できる。例えば
８相ＰＳＫ用には０、ｎ／４、ｎ／２．３／４ｎ、■、
５／４ｎ、３／２ｎ、７／４■の位相変化が必要である
が、そのためにはタンデム構造電極を３分割し、各々の
長さの比を１：２：４にすればよい。
本発明はこれに限らず多相ＰＳＫに適用できる。例えば
８相ＰＳＫ用には０、ｎ／４、ｎ／２．３／４ｎ、■、
５／４ｎ、３／２ｎ、７／４■の位相変化が必要である
が、そのためにはタンデム構造電極を３分割し、各々の
長さの比を１：２：４にすればよい。
（発明の効果）
以上群に■に説明したように本発明によれば、多相ＰＳ
Ｋ方式に適用可能な低駆動電圧、低損失で更に一つの電
圧値で多値の位相が得られ、駆動回路的にも有利な光位
相変調器が得られる。
Ｋ方式に適用可能な低駆動電圧、低損失で更に一つの電
圧値で多値の位相が得られ、駆動回路的にも有利な光位
相変調器が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図はＭＱＷに
垂直な電界が印加された場合の屈折率変化を説明するた
めの図、第３図はＭＱＷを導波路とした位相変調器の電
圧に対する位相変化を説明するための図、第４図は４相
ＰＳＫを説明するための図である。 図において、 １はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層
、３は１−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷガイド
層、４はｐ −ＩｎＡｌＡｓクラッド層、５はｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層、６はｎ側電極、７，８はｐ側電極
、１１は第１の位相変調器、１２は第２の位相変調器、 １３は単一電極の位相変調器であ
垂直な電界が印加された場合の屈折率変化を説明するた
めの図、第３図はＭＱＷを導波路とした位相変調器の電
圧に対する位相変化を説明するための図、第４図は４相
ＰＳＫを説明するための図である。 図において、 １はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層
、３は１−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷガイド
層、４はｐ −ＩｎＡｌＡｓクラッド層、５はｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層、６はｎ側電極、７，８はｐ側電極
、１１は第１の位相変調器、１２は第２の位相変調器、 １３は単一電極の位相変調器であ
Claims (1)
- 半導体多重量子井戸構造を光導波路とする光位相変調器
であって、前記光導波路に独立に電界を印加する複数の
変調電極を有し、前記複数の変調電極の長さが各々異な
ることを特徴とする光位相変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32519888A JPH02168227A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 光位相変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32519888A JPH02168227A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 光位相変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02168227A true JPH02168227A (ja) | 1990-06-28 |
Family
ID=18174114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32519888A Pending JPH02168227A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 光位相変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02168227A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4404275A1 (de) * | 1993-02-12 | 1994-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiter-Strahlungsintensitätsmodulator |
| JP2001159748A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体光機能装置および半導体光機能素子 |
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