JPH0297914A - 集積型光ノードおよびそれを用いたバス型光情報システム - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光バスシステムのバスラインと各端末を結合
するため、光増幅部と双方向分岐結合部を持つ集積型光
ノードに関するものである。

〔従来の技術〕

バス型光情報システムにおいては、第９図に示す様に、
光フアイババスライン１０１の一部に光ノード１０２を
設け、送受信機能を有する端末機器１０３が接続され、
バスラインを通して端末相互間の情報伝送を行なってい
る。このようなバスシステムに用いられる光ノードとし
ては、従来、 （１）受光・発光型、（２）受動光分岐型等１種々の方
式が提案されている。

（１）の受光・発光型は、光信号を電気信号に変換した
後、再び光信号を送出する方法で、発光・受光デバイス
をバスライン上に挿入するものである。しかしながら、
本方法ては、再生時間の遅れによる信号の時間遅延など
の問題の他、波型多重化信号の再生は煩雑であるなどの
問題点を有していた。

一方、（２）の受動光分岐型は、第１Ｏ図に示す様に、
バスライン１０１上にＴ型の分岐カップラ１０４を設置
し、バスライン上の信号の取り込み、バスラインへの信
号の送出を行なうことによって、光ノード間の情報伝送
を実現するものである。Ｔ型分岐カップラ１０４の下に
は、Ｙ型分岐カップラ１０５を介して、受信部１０６、
送信部１０７が接続されている。しかしながら、このよ
うな受動型光分岐ノードでは１分岐損失による光パワー
の減衰が著しく、光ノードの設置台数が制限されるとい
う基本的問題を有していた。

また、分岐結合損失のために、バスライン上の信号のダ
イナミックレンジが大きくなり、光検出器の性能に対す
る負担が大きくなるなどの問題点があった。

このような分岐・結合損失を補うために、バスライン上
に光増幅器１０８を挿入し、光信号を直接増幅する方法
があるが、光フアイバ結合部位の増加のために新たな結
合損失を与えることになり、光増幅器１０８として高い
増幅度を要求されるなどの問題点があった。

一方、光増幅器と分岐カップラを組み合わせた類似の例
としては、複合型のレーザ共振器を構成した例がいくつ
か提案されている。

例えば、　Ｉ　、　Ｈ、Ａ　Ｆａｔｔａｈ　ｅｔ　ａｌ
。

“Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｉｎｔｅｒｔｅｒｏｍ
ｅｔｒｉｃ　１ａｓｅｒ”Ａｐｐｌ　ｐｈｙｓＬｅｔｔ
４１．２．　Ｐｐ　１１２−１１４（Ｊｕｌｙｌ　９８
２　）には、第１１図に示すようなｙ分岐を含む干渉型
レーザが記載されている。

また、Ｊ　Ｓａｌｚｍａｎ　ｅｔ　ａｌ、　”Ｃｒｏｓ
ｓ　ｃｏｕｐｌｅｄｃａｖｉｔｙ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒｌａｓｅｒ　　　Ａｐｐｌ　ＰｈｙｓＬｅｔｔ
　　５２．１０．ｐｐ７６７−７６９（Ｍａｒｃｈ　１
９８８）には、第１２図（ａ）、（ｂ）に示すようなＸ
分岐を含む干渉型レーザが記載されている。ここでＲ１
へＲ４は共振面、Ｌ。

〜Ｌ４は共振器長を夫々示す。

更に、特開昭６２−１４５２２５号では、このような分
岐型レーザな用いて分岐損失を補償するという提案もな
されている。

しかしながら、これらのレーザな光バスシステムのノー
ドとして利用する点は全く考えられていなかった。

［発明の概要］ 本発明の目的は、上記従来の光ノードの問題点を解決し
、光分岐結合損失を補い、かつ送信器・受信器とバスラ
インとの結合を双方向で可能にした効率的な集積型光ノ
ードを提供することにある。

本発明の上記目的は、光ノードを、半導体基板と、この
基板上に形成され、バス型光情報システムのバスライン
を連結するチャンネル導波路とから構成し、更にこのチ
ャンネル導波路に、導波路中を伝搬する光を増幅するレ
ーザ増幅部と、バスラインに光送信器及び／又は光受信
器を結合する為の光分岐部とを設けることによって達成
される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

実施例１ 第１図は本発明の基本概念を示す図である。

ここで、１．２はそれぞれ光バスラインであるところの
光ファイバを示し、３は本発明による光増幅器に双方向
分岐カップラを内蔵した集積光ノードを示す。また６、
７はそれぞれ端末接続のための受信器、送信器、４．５
はそれぞれ受信・送信器６．７と集積光ノード３を接続
するための光ファイバ、８は分岐カップラ、９はアイソ
レータを示す。

以下、本集積光ノード３の動作を順を追って説明する。

送信部７から多重化された光信号が送出されると、光フ
ァイバ５から集積光ノード３の分岐導波路に結合され、
双方向に分離後、光増幅され、双方向である光ファイバ
ｌおよび２の方向に光信号が送出される。

光ファイバ・光ノード結合部の挿入損失、双方向光分岐
カップラ部８の過剰損失は、集積光ノード３に含まれる
光増幅部で補償され、バスライン上の光信号はほぼ一定
の出力レベルとなるように構成できる。

一方、受信の場合は、バスラインの光ファイバ１あるい
は光ファイバ２からやって来た光信号は、集積光ノード
３内で光増幅されるとともに、分岐カップラ８によって
光ファイバｌあるいは２のいずれの方向からきた光信号
もその一部を、受信部側への分岐導波路へ導入すること
が可能となる０分岐された光信号は、光ファイバ４を介
して、受信部６に入力され、分波・検出し、所望の情報
の授受か行える。

尚、バスライン上の信号は常にその一部は分岐カップラ
８を直進し、かつ増幅部によって増幅されることによっ
て分岐・結合損失が補償され、バスライン上の信号レベ
ルか一定に保たれる。

第２図は、本発明の集積光ノードのデバイス構成を示す
図である。集積光ノードは、ＧａＡｓ基板１４上に、Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａ文ＧａＡｓコピタキシャル層を形
成し、リッジ形の導波路を作製した構造を有している。

直進バスライン上には、光増幅部であるレーザ増幅部１
０ａ、１０ｂか設けられ、バスライン上の光信号を直接
増幅する。これらのレーザ増幅部は、共振器を形成しな
い進行波型レーザ増幅器か望ましく、そのためには光ノ
ード内で不必要な反射部分をなくすため、各入出力部分
には無反射コーティング１３　ａ　−１３ｄが施されて
いる。また、分岐カップラ部８においても、不要な反射
を押えるため、テーパ化を行う必要かある。

分岐カップラ部８は、ゲインを与えない受動先導波路か
らなり、受信側分岐導波路１１と、送信側分岐導波路１
２との双方向結合を行うため、３分岐導波路と２分岐（
７分岐）導波路との複合によって形成されている０本分
酸カップラの特徴は、バスライン方向への直進部が存在
すると共に、受発信部用の分岐導波路１１゜１２から、
バスラインの双方向に光信号を送出し、バスラインの双
方向から光信号を取り込みてきることである。

各入出力ボートと光ファイバの結合は、ハツトカップリ
ングを用いている。

第３図は、レーザ増幅部の断面図である。ここで１４は
ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２０はｎ　−Ａ　ｌＧａＡ
ｓクラッド層、２１は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＧ
ａＡｓ活性層を含むＧＲＩＮ−Ｓ　　ＣＨ（ｇｒａｄｅ
ｄ−ｉｎｄｅｘ　　５ｅｐａｒａｔｅ　　ｃｏｎｔｉｎ
ｅｍｅｎｔｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　）層、２
２はＰ−ＡｎＧａＡｓクラット層、２３はＧａＡｓキャ
ッフ層、２５．２６はＡｕ電極である。リッジ作製は、
フォトリソによるパターン形成後、反応性イオンビーム
エツチングによって作製する。そしてＳｉＮｘ層２４を
堆積した後、リッジ上部のみ窓あけを行い、電極形成を
行う。本レーザ増幅部を、しきい値以下の電流でバイア
スしておくことによって、入射光の増幅を行うことがで
きる。

以上の説明においては、分岐カップラ部８、分岐導波路
部１１．１２を受動型導波路（Ｐａ５ｓｉｖｅ　ｗａｖ
ｅｇｕｉｄｅ　）としたが、これらの部分を光増幅部と
しておくことも可能である。

第２実施例 第４図は、本発明による第２の実施例を示す模式図であ
る０本実施例では、バスライン方向に配置された光増幅
部３０ａ、３０ｂか形成され、受信部・送信部への分岐
導波路３２゜３３が、バスライン方向の導波路と交差し
ている０分岐カップラ３１は、交差部に７字型の溝を形
成することによって、分岐結合を行っている０分岐結合
の比率は、導波路の光電磁界分布と溝の深さを制御する
ことによって、調整することがてきる。このような溝の
形成には。

Ｇａ集束イオンビーム（Ｆ　Ｉ　Ｂ）によるエツチング
、反応性イオンビーム（ＲＩ　ＢＥ）によるエツチング
などの微細加工技術が利用できる。

分岐カップラ部３１以外の部分は、前記第１実施例と同
様の構成で実現できる。

本実施例における７字型分岐カップラは、左右の分岐導
波路３２．３３への分岐比か異なる。通常、受信部の方
の結合を高めるため、７字型の下部の方を受信部側分岐
導波路３２に向けて配置するとよい、溝の分岐比を−３
ｄ　Ｂ。

過剰損失を無視すると、受信部側への分岐比は一３ｄＢ
、送信部側への分岐比は一６ｄＢとなる。また、７字型
の上部（開いた側）に光が入射する場合、−６ｄＢの反
射が存在するため、送信部側の周波数安定化のために、
第１図に示すようなアイソレータ９を挿入することが必
要となる。

第３実施例 上記第１および第２の実施例においては、光ノード部分
と送受信部を異なるチップ上に形成し、接続を行った。

第５図に示す本実施例においては、光ノード部・送受信
部を１つの基板上に集積化したデバイスについて説明す
る。送信部は、２つの異なる波長を送信できる分布反射
型レーザ（Ｄ　Ｂ　Ｒ−Ｌ　Ｄ　）　４０　ａ及び４０
ｂからなり、７合波器４２によって、波長多重化された
光信号が送出される。Ｙ合波後の光波は。

さらにアイソレータ４３を通過し、分岐カップラ部４４
に入射する。アイソレータ４３は、ＧａＡｓエピタキシ
ャル膜上に、Ｃｄ　Ｍ　ｎ　Ｔ　ｅからなるエピタキシ
ャル膜を分子線エピタキシ一方（ＭＢＥ）で形成し、相
反部と非相反部および偏光フィルタを構成することによ
って。

実現することかできる。Ｖ字型分岐カップラ４４を用い
る場合には、反射が大きく、アイソレータ４３は不可欠
となる。第１実施例の様な３分岐カップラ＋Ｙ分岐カッ
プラからなる分岐カップラては、送信部レーザそのもの
の戻り光の影響は低減できるものの、バスライン上のレ
ーザ増幅器４５ａ、４５ｂが進行波動作を行うため、Ｄ
ＢＲ部分での不要な反射を除去する必要があり、アイソ
レータ４３は重要である。

次に、受信部側は、バスラインからの光信号は、光増幅
器４５または４５ｂによっって増幅された後、分岐カッ
プラ４４で分岐導波路４７に導かれ、グレーティング４
６ａ。

４６ｂによってブラッグ回折され、所望の光波長の光信
号のみが、リッジ導波路側部のスラブ導波路部へ出射さ
れる０選択された光信号は。

波長に応じて独立の光検出器４８ａ、４８ｂによって検
波される。光検出器４８ａ、４８ｂの層構成は、光増幅
部４５ａ、４５ｂと同一であるが、逆バイアスを印加す
ることによって、光検出器として動作させることができ
る。

受信部側にはアイソレータを組み込んでいないので、各
段差部分での不要な反射を押えるため、境界を斜めに設
定する。テーバ化するなどの工夫を行なう必要がある。

もちろん、アイソレータを両分酸に設置すれば、性能の
向上が期待できる。

本実施例の光増幅器と分岐カップラは、広い波長帯域を
有しているため、波型多重化された、光バスシステムの
集積光ノードとして有用と考えられる。

以上の実施例の他にも、双方向分岐型のカップラ部の構
成として、種々のものが考えられる。第６図は、導波路
の交差部分に２重のグレーティング構造５０を形成し、
双方向分岐結合を実現するものである。グレーティング
は、電子ビーム露光法などによって、局部的に形成する
ことか可能である。本実施例を示す第６図においては、
簡単のため、光増幅部、光ファイバなどの他の構成要素
を省略して記述した。

第７図は、Ｔ型の分岐カップラ５１ａ。

５１ｂを２つ組み合わせて、送受信部との双方向結合を
行なっている。Ｔ型カップラは。

Ｔ型の導波路の中央部を、プリズム状に除去することに
よって得られる。プリズム状の部分では、導波光は、全
反射をうける構成となっている。

第８図は、方向性結合器型のＴ型分岐カップラ５２ａ、
５２ｂを、２つ組み合わせて送受信部との双方向結合を
行なっている。

方向性結合器型およびグレーティング回折型の分岐デバ
イスは、波長依存性を有するため、使用する波長多重領
域で適切な波長選択幅を持つ様に、結合係数を調整して
おく必要があろう、これは、単一波長のバスシステムで
は問題はない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の集積型光ノードにおいて
は、チャンネル導波路に、光増幅のためのレーザ増幅領
域と、送信器および受信器との結合のための複数の導波
路への結合を双方向で行なう分岐カップラ部とを設ける
ことによって、光バスシステム用の光ノードとして、光
分岐・結合の損失を補償し、かつ送信器、受信器とバス
ラインとの結合を双方向で行なうことが可能となった。

また、本発明の集積光ノードを用いることにより、バス
ライン上の光パワーレベルをほぼ等しくでき、光ノード
の多段接続が可能になると共に、光検出器の検出ダイナ
ミックレンジを小さくでき、バスシステムの高性能化を
図ることができる。

更に、光分岐部と光増幅部さらには送受信部を一体化す
ることによって、煩雑な光ファイバ・導波路の結合部分
を少なくすることができ、素子の小型化にも有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ノードを説明するブロック図、 第２図は本発明の第１の実施例を示す光ノードの模式図
、 第３図は第１の実施例におけるレーザ増幅部の断面図。 第４図は本発明の第２の実施例を示す光ノードの模式図
、 第５図は波型多重化した送受信部を一体化した本発明の
第３図の実施例を示す模式図、第６図〜第８図は分岐カ
ップラ部分の他の実施形態を説明する模式図、 第９図は光バスシステムを説明する概念図第１０図は従
来例である受動分岐型光ノードの概念図、 第１１図及び第１２図Ｑ（ａ）、（ｂ）はレーザ増幅器
内に分岐を有する干渉型レーザの例を示す概略図である
。 １．２・・・光バスライン用光ファイバ４．５・・・送
受信部分岐用光ファイバ３・・・集積光ノード ８・・・双方向分岐カップラ ６・・・受信部 ７・・・送信部 ］Ｏａ　、　１０ｂ・・・レーザ増幅部１１．１２・・
・分岐導波路 １３ａ〜１３ｄ・・・無反射コート

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、該基板上に形成され、バス型光情
   報システムのバスラインを連結するチャンネル導波路と
   から成り、該チャンネル導波路に、導波路中を伝搬する
   光を増幅するレーザ増幅部と、前記バスラインに光送信
   器及び／又は光受信器を結合する為の光分岐部とを設け
   たことを特徴とする集積型光ノード。
2. （２）前記光分岐部が、前記バスラインに結合されるチ
   ャンネル導波路の両方向から各々更に２つのチャンネル
   導波路を分岐する２つの３叉分岐路と、各分岐路から分
   岐されたチャンネル導波路を２本ずつまとめて夫々光送
   信器及び光受信器に結合する為の２つの２叉分岐路とか
   ら成る特許請求の範囲第１項記載の集積型光ノード。
3. （３）前記光分岐部が、前記バスラインに結合されるチ
   ャンネル導波路に、その両端が夫々光送信器及び受信器
   に結合されるもう１つのチャンネル導波路を交差させ、
   その交差部にＶ字形の溝を形成して成る特許請求の範囲
   第１項記載の集積型光ノード。
4. （４）前記チャンネル導波路の光入出力端面が無反射コ
   ートされ、前記レーザ増幅部が進行波型の動作を行なう
   特許請求の範囲第１項記載の集積型光ノード。
5. （５）前記光送信器及び／又は光受信器が、前記半導体
   基板上に一体的に形成された特許請求の範囲第１項記載
   の集積型光ノード。
6. （６）少なくとも前記光分岐部から分岐し、光送信器に
   接続されるチャンネル導波路中に導波路型アイソレータ
   が設けられた特許請求の範囲第１項記載の集積型光ノー
   ド。