JPH02502858A - 光パワーリミタ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 先パワーリミタ 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１その多数のものが非線形光学 を使用する。リミタが先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 信号強度と共に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ｓ　ｅａｔｏｎ他により（文献“ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｌｎｅ ｅｒｉｎｇ−、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Ｂ　ｏａｒｄｍａｎおよびＥ　ｇａｎによるＩ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　 　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑ　ｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　 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（“０ｐｔｔｃａ、１　ａｎｄ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ／”　。

Ｖｏｌ、１９　、　Ｎｏ、２　、６５乃至７２頁、　１！１Ｊ８７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ｎ５のクラッド領域と第１の側で接 しており屈折率ｎ、−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ｎ（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λ。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、と等価なバンドギャップよりも 大きい。ここでｎ（は波長λにおける光信号の強度と逆に変化し、ｎ５およびｎ 、は光信号の予め定められたしきい値においてｎ（が少なくとも実質的にｎ５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 よびバンドエツジに近い屈折に関連している。コア材料のバンドエツジの直下の 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ツジよりもずっ 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０５およ びｎ、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Ｇ−ａ、Ｉ　ｎ５Ａｓ、 ＡＩおよびＰに基づく半導体材料はバンドエツ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り、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１０’ｃｍ−’に到達するエネルギレベ ルとしてバンドエツトを考えると、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４０ｎ ａ＋の範囲にある値だけλＣ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ｎ５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り、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４０ｎｍ２ｓ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８０ｎａ＋だけλ８より も大きくされるべきである。

ｎｓがｎ、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。

ｎ５は１桁以上ｎ、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　（ｎｏ　”　−ｎｓ　２）”２≦λ　　　・　（Ｅｌ）ここで、 ｎｏ−人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。

１／２ｊａｎ−’Ｃ（ｎｓ　　２−ｎａ　　２　）／　　（ｎｏ　　”　　−ｎ ｓ　　２　）コ１″　＋π／２≧（ｄ　ｙｒ／λ）（ｎｏ　２　ｎ５２）”２− 　（Ｅ２）屈折率ｎ０およびｎ３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 ｎ（に対して十分に近いことである。

本発明の実鳩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クラッド領域 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図は本発明にょろりブ導波体装置の制限定数封入カパワーの 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ェ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は共に多重量子ウェル（ＭＱＷ）層である。

実効的なバンドエツ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 エツ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Ｇａ　Ｉ　ｎ Ａｓ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０５はＭＱＷ層のＧａＩｎＡｓ層（ウェル）およびＡＩＩｎＡｓ（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８０人である 。コア領域層３において、１２０人のウェルは約０．８　ｅＶのバンドギャップ （波長の１．５５μｍ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６０人のウェルは約０．８７　ｅＶのバンドギャップ（波長の１．４ ３μｍと等価な）で３．３８の屈折率ｎ５を与える。

コア領域層３は１μｍの厚さであり、これは０．８　ｅＶ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１０μｍ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Ｇａ１ｎＡｓＰ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０．８　ｅＶより下の約３０　ｍｅＶ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ｎ。は、（ｎｏ　　ｎ２１）として表すことがで きる。ここで、ｎ２は入力信号の強度（Ｗ　ａｎ　−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ツのオーダーである。入力信号が５　Ｘ 　１０’　Ｗ／　ｃｍ−２のオーダーの光強度を有するときには、ｎ５およびｎ 、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；　　ｎｏ　−ｎ２　ｌ−ｎ５−　（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； （ｎｏ　　ｎ２　Ｉ）　２≦（λ１５ｄ）　２−（Ｅ４）これは約３．５　ＸＩ Ｏ’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λ１５ｄ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ｎ ｏ＋ｎａおよび０５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λ１５ｄ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ｎ、およびｎ５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０．０３５　ｍＷ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倍信号使用されているが、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ｎ２Ｉ、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ｎ２Ｉｓ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ｎｚ　 ｌ５−０．０３８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　Ｘ　１０３Ｗ／　ｃｊ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が与えられてもよい。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（３７９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つの異なるウェル・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ｌ、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−３μ ｍ１合計した高さがｔ−１，３μｍ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。１、■およびｍ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ＩＷ／ａｔの光強度に対して１ ０−５だけ減少する。第１０図において、２つの曲線は３μｍの幅Ｗ　（１４μ ｍ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００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ょ ろりミツ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ツジはウェルのそれである。吸収エツジの位置はさ らに薄いウェ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、材料の屈折率はウェ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ェ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１１図において断面図に より示されており、例えば１．５３μｍ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ツジを存し、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ツジは例えば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の透明なりラッド層は、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 号用の入力ポードア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 波体と共通のウェ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 ドア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。

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Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、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ｎａの材 料の第２のクラッド領域によって反対の第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含む光パワーリミタ 構造において、 λはコア領域材料のバンドギャップ等価波長λｃよりも少し大きいが、実質的に 第２のクラッド領域のバンドギャップ等価波長λｓよりも大きく、ｎｃは波長λ で光信号の強度と逆に変化するが、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 るのに十分にｎｓに近付くように少なくとも実質的に一定のままである光パワー リミタ構造。
2. （２）λは１０乃至４０ｎｍの範囲の量だけλｃよりも上にある請求項１記載の 構造。
3. （３）ｎｓは１桁以上ｎａよりも大きい請求項１または２記載の構造。
4. （４）コア領域の第２の側と接するクラッド材料は気体である請求項３記載の構 造。
5. （５）導波体は、波長λにおける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項記載の構造。
6. （６）第１のクラッド領域は屈折率ｎｔおよび波長λｔに等しいバンドギャップ を有する材料の第３のクラッド領域にコア領域と反対側で接し、ｎｔはｎｃより も小さく、実質的にｎｓと同じであり、λｔはλｃよりも大きい請求項１乃至５ のいずれか１項記載の構造。
7. （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 ウエル材料を含む請求項６記載の構造。
8. （８）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、屈折率ｎｓの 材料の第１のクラッド領域によって第１の側の境界が制限され屈折率ｎａの材料 の第２のクラッド領域によって反対の第２の側の境界が制限されている屈折率ｎ ｃのコア領域を有する直接ギャップ半導体材料導波体を含む光パワーリミタ構造 において、 λはコア領域材料のバンドギャップ等価波長λｃの２０ｎｍ内にあるが、実質的 に第２のクラッド領域のバンドギャップ等価波長λｓよりも大きく、ｎｃは波長 λで光信号の強度と逆に変化するが、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 するのに十分にｎｓに近付くように少なくとも実質的に一定のままである光パワ ーリミタ構造。
9. （９）実質的に添付図面を参照して上記に記載された光パワーリミタ構造。
10. （１０）請求項１乃至９のいずれか１項に記載された構造と、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含む 光パワーリミタ。
11. （１１）導波体のクラッド領域中を伝播する光放射線が、コア領域から放出され 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含む請求項１０記 載のリミタ。
12. （１２）阻止手段は、クラッド領域中の吸収材料を含む請求項１１記載のリミタ 。
13. （１３）阻止手段はコア領域から放出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１１記載のリミタ。
14. （１４）実質的に添付図面を参照して上記に記載された光パワーリミタ。