JPH03105327A - 光方向性結合器 - Google Patents
光方向性結合器Info
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- JPH03105327A JPH03105327A JP24457589A JP24457589A JPH03105327A JP H03105327 A JPH03105327 A JP H03105327A JP 24457589 A JP24457589 A JP 24457589A JP 24457589 A JP24457589 A JP 24457589A JP H03105327 A JPH03105327 A JP H03105327A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
- G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
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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】
る．
［産業上の利用分野］
本発明は光方向性結合器に係り、特に光通信において半
導体レーザ等からの光を外部変調するための変調器や光
ファイバによって送られてくる光を空間的に切り替える
光スイッチとして使用される光方向性結合器に関する． 近年、光通信システムの発展に伴い、光を伝送するだけ
でなく、光信号を光のままで処理する光回路の研究が進
められている．そして光交換や光情報処理に用いられる
光回路の基本機能の１つとして光変調器／スイッチの開
発が強く求められている。
導体レーザ等からの光を外部変調するための変調器や光
ファイバによって送られてくる光を空間的に切り替える
光スイッチとして使用される光方向性結合器に関する． 近年、光通信システムの発展に伴い、光を伝送するだけ
でなく、光信号を光のままで処理する光回路の研究が進
められている．そして光交換や光情報処理に用いられる
光回路の基本機能の１つとして光変調器／スイッチの開
発が強く求められている。
［従来の技術］
光方向性結合器において光のスイッチングを行なうには
、平行に設けた２本の光導波路のうち、少なくとも一方
の光導波路の屈折率を変化させ、２本の光導波路の光学
的結合状態を変化させる必要がある．このため、従来に
おいては、光導波路部分に電界を加え、電気光学効果に
よって屈折率を変える方法が採られていた．しかし、こ
の方法によってはスイッチ速度がＣＲ時定数で制限され
てしまうため、数ＧＨｚ以上の高速スイッチングを行な
うことは困難であった。
、平行に設けた２本の光導波路のうち、少なくとも一方
の光導波路の屈折率を変化させ、２本の光導波路の光学
的結合状態を変化させる必要がある．このため、従来に
おいては、光導波路部分に電界を加え、電気光学効果に
よって屈折率を変える方法が採られていた．しかし、こ
の方法によってはスイッチ速度がＣＲ時定数で制限され
てしまうため、数ＧＨｚ以上の高速スイッチングを行な
うことは困難であった。
そこで、第５図に示されるような、屈折率などの光学定
数が光強度に対して非線形的に変化する井線形光学材料
を用いて光導波層を形成し、入力光の強度変化によって
スイッチングを行なう光方向性結合器、即ち非線形光方
向性結合器が考案された． 第５図において、例えばＧａＡｓ基板３２上に、Ａｊ
Ｏ． ） Ｇ ａ Ｏ．７ Ａ Ｓ下部クラッド層３４
及びＡｊ ｏ． ＋ ｓＧ ａ Ｏ． ｌｌ７Ａ Ｓ上
部クラツド層３６に上下を挟まれた光導波７ｉＩｉｆ３
８が形成されている．この光導波層３８は、厚さ１００
八のＧａＡｓ層と厚さ１００人のＡ ｊ ０． ２８Ｇ
ａ ０． ７２Ａ Ｓ層とが交互に６０層ほどｍ層さ
れたＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する非線形光学材
料から梢成されている。
数が光強度に対して非線形的に変化する井線形光学材料
を用いて光導波層を形成し、入力光の強度変化によって
スイッチングを行なう光方向性結合器、即ち非線形光方
向性結合器が考案された． 第５図において、例えばＧａＡｓ基板３２上に、Ａｊ
Ｏ． ） Ｇ ａ Ｏ．７ Ａ Ｓ下部クラッド層３４
及びＡｊ ｏ． ＋ ｓＧ ａ Ｏ． ｌｌ７Ａ Ｓ上
部クラツド層３６に上下を挟まれた光導波７ｉＩｉｆ３
８が形成されている．この光導波層３８は、厚さ１００
八のＧａＡｓ層と厚さ１００人のＡ ｊ ０． ２８Ｇ
ａ ０． ７２Ａ Ｓ層とが交互に６０層ほどｍ層さ
れたＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する非線形光学材
料から梢成されている。
そして上部クラッド層３６表面には、幅３μｍ、高さ０
．５μｍの２本の平行なスｌ−ライブ状のリッジ部４０
．４２が互いに３μｍの間隔をおいて設けれており、こ
れらリツジ部４０．４２に対応して光導波層３８に２本
の光導波路４４．４６が形威されている．これら２本の
光導波路４４．４６は、互いに光学的に結合されていて
、その結合領域の長さは２ｍｍとなっている． また、これら２本の光導波路４４．４６を含む光方向性
結合器の幅は６００μｍ″′Ｃ′あり、ＧａＡＳ基板３
２底面から上部クラッド層３６上面までの高さは１５０
μｍである． 次に、このように同一の非線形光学材料で楕成され、ま
た光学的に結合されている２本の光導波路４４．４６間
での光信号の移行動作を、第６図を用いて説明する。
．５μｍの２本の平行なスｌ−ライブ状のリッジ部４０
．４２が互いに３μｍの間隔をおいて設けれており、こ
れらリツジ部４０．４２に対応して光導波層３８に２本
の光導波路４４．４６が形威されている．これら２本の
光導波路４４．４６は、互いに光学的に結合されていて
、その結合領域の長さは２ｍｍとなっている． また、これら２本の光導波路４４．４６を含む光方向性
結合器の幅は６００μｍ″′Ｃ′あり、ＧａＡＳ基板３
２底面から上部クラッド層３６上面までの高さは１５０
μｍである． 次に、このように同一の非線形光学材料で楕成され、ま
た光学的に結合されている２本の光導波路４４．４６間
での光信号の移行動作を、第６図を用いて説明する。
いま、弱い光強度の入力光が光導波路４４に入力される
とすると、第６図（ａ）に示されるように、この入力光
は光導波路４４中を伝搬していくうちに、光再波路４４
と光導波路４６との光学的結合により、徐々に光導波路
４６に移行していく。
とすると、第６図（ａ）に示されるように、この入力光
は光導波路４４中を伝搬していくうちに、光再波路４４
と光導波路４６との光学的結合により、徐々に光導波路
４６に移行していく。
このとき、光導波路４４．４６の長さは適当に選択され
て完全結合長に設定されているので、この光方向性結合
器の出力端においては、光導波路．！１６のみから光が
出力される。
て完全結合長に設定されているので、この光方向性結合
器の出力端においては、光導波路．！１６のみから光が
出力される。
次いで、光導波路４４に入力される入力光の光強度を次
第に強くしていくと、光導波銘材利の光学的非線形性に
より、光導波路４４の屈折率が変化する。このため光導
波路４４．４６間の屈折率の対称性が崩れ位相の不整合
を生じるため、第６図（ｂ）に示されるように、この光
は光導波路４４から光再波路４６への１００％移行が行
なわれず、従って光方向性結合器の出力端においては再
び光導波路４４から光が出力される． また、光導波路４４に入力された光によって，光再波路
４４．４６の屈折率がともに低下する場合には、位相整
合が保たれたまま、光学的結合が大きくなるため、結合
が短くなり、スイッチングが行われる。
第に強くしていくと、光導波銘材利の光学的非線形性に
より、光導波路４４の屈折率が変化する。このため光導
波路４４．４６間の屈折率の対称性が崩れ位相の不整合
を生じるため、第６図（ｂ）に示されるように、この光
は光導波路４４から光再波路４６への１００％移行が行
なわれず、従って光方向性結合器の出力端においては再
び光導波路４４から光が出力される． また、光導波路４４に入力された光によって，光再波路
４４．４６の屈折率がともに低下する場合には、位相整
合が保たれたまま、光学的結合が大きくなるため、結合
が短くなり、スイッチングが行われる。
こうして、第５図に示される光方向性結合器は、光導波
層３８に３次の非線形光学係数χ０ｌの高いＭＱＷを用
い、この３次の光学的非線形性によって入力光の強度に
依存して光導波層４４．４６の屈折率を変化させて、２
つの光再波路４４，４６間のスイッチングを行なう．従
って、電極が不要となり、スイッチング速度もＣＲ時定
数による制限を受けないという特徴がある。
層３８に３次の非線形光学係数χ０ｌの高いＭＱＷを用
い、この３次の光学的非線形性によって入力光の強度に
依存して光導波層４４．４６の屈折率を変化させて、２
つの光再波路４４，４６間のスイッチングを行なう．従
って、電極が不要となり、スイッチング速度もＣＲ時定
数による制限を受けないという特徴がある。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記従来の非線形光方向性結合器におい
ては、光導波路を伝搬する光の水平方向への浸み出しが
あるため、光導波路を挟んでいる光導波層のクラｙ Ｆ
領域の屈折率も同時に変化する． すなわち、第７図（ａ）に示されるように、光を人力す
る前の光導波路４４．４６の屈折率をｎ、光導波路４４
．４６以外の光導波層３８の屈折率を０２とすると、光
の入力後には、第７図（ｂ）に示されるように、光導波
路４．４．４６の屈折率ｎ１が低下すると共に、光導波
路４４，４６を挟んでいる光導波層３８の屈折率ｎ２も
低下する。従って、入力光の強度変化による光導波路４
４．４６とこれら光桿波路４４，４６を挟む光導波Ｎ３
８との屈折率差はほぼ変わらないままである。
ては、光導波路を伝搬する光の水平方向への浸み出しが
あるため、光導波路を挟んでいる光導波層のクラｙ Ｆ
領域の屈折率も同時に変化する． すなわち、第７図（ａ）に示されるように、光を人力す
る前の光導波路４４．４６の屈折率をｎ、光導波路４４
．４６以外の光導波層３８の屈折率を０２とすると、光
の入力後には、第７図（ｂ）に示されるように、光導波
路４．４．４６の屈折率ｎ１が低下すると共に、光導波
路４４，４６を挟んでいる光導波層３８の屈折率ｎ２も
低下する。従って、入力光の強度変化による光導波路４
４．４６とこれら光桿波路４４，４６を挟む光導波Ｎ３
８との屈折率差はほぼ変わらないままである。
このため、光導波路４４．４６間の結合状態の変化を十
分大きくとることができず、従って効率のよいスイッチ
ングを行なうことができないという問題があった． そこで本発明は、入力光に対する複数の光導波路間の結
合状態の変化が十分大きくなるようにして、スイッチン
グ効率を向上させることができる光方向性結合器を提供
することをｌ」的とする。
分大きくとることができず、従って効率のよいスイッチ
ングを行なうことができないという問題があった． そこで本発明は、入力光に対する複数の光導波路間の結
合状態の変化が十分大きくなるようにして、スイッチン
グ効率を向上させることができる光方向性結合器を提供
することをｌ」的とする。
［課題を解決するための手段］
上記課題は、上下をクラッド層にｖ！．よれた光導波層
に複数の光導波路が設けられている光方向性結合器にお
いて、前記複数の光再波路がｎｊｐｉ超格子層によって
形成され、前記複数の光導波路に挟まれた前記光導波層
のクラッド領域に不純物が添加されていることを特徴と
する半導体光導波路によって達或される． また、上記の光方向性結合器において、前記複数の光導
波路を挟んでいる前記光導波層のクラッド領域にも不純
物が添加されていることを特徴とする半導体光導波路に
よって達或される．［作 用］ すなわち本発明は、複数の光導波路を挟んでいる光導波
層のクラッド領域、少なくとも複数の光導波路に挟まれ
た光導波層のクラッド領域に、不純物が添加されている
ため、クラッド領域の光学的非線形性は低下して、入力
光の強度の変化に対ずる屈折率の変化は小さくなる．従
って複数の光再波路の入力光の強度の変化に対する屈折
率の変化は相対的に大きくなり、複数の光導波路間の結
合状態の変化が大きくなる。すなわち、小さい強度の入
力光で複数の光導波銘間のスイッチングを行なうことが
でき、スイッチング効率を高くすることができる． ［実施例１ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図は本発明の一実施例による光方向性結合器を示す
斜視図、第２図は第１図の光方向性結合器の光導波路の
ｎｉｐｉ超格子ｖ１遺及びそのエネルギー帯を示す図、
第３図は第１図の光方向性結合器の光導波層の水平方向
の屈折率分布を示すグラフである． 第ｌ図において、例えばＧａＡｓ基板２上に、ＡＮ ｏ
．ｘ Ｇａｏ７Ａｓ下部クラッド層４及びＡ２。ｌ ３
Ｇ ａ ｏ． ｓｔＡ Ｓ上部クラッド層６に上下を挟
まれた相対的に屈折率の大きいＧａＡｓ光導波層８が形
成されている．そしてこのＧａＡｓ光導波層６には、幅
３μｍ、間隔３，ｕｍの２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子
光導波路１０．１２が一定の間隔をおいて平行に形成さ
れ、互いに光学的に結合されている． また、これら２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１
０．１２を挟んでいるＧａＡｓ光導波層６には、例えば
Ｚｎが添加されたクラッド領域１４，１６．１８が形成
されている．さらにＡ１ｏ（ ＩＧ ａ ａ， ＠７Ａ
Ｓ上部クラッド層８表面には、２本のＧａＡｓｎｉｐ
ｔ超格子光導波路１０．１２に対応して、幅３μｍ、間
隔３μｍの２本の平行なストライブ状のりッジ部２０．
２２が形或されている． ＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光専波路１０．１２は、第２図
（ａ）に示されるように、薄膜或艮方向にｐ型及びｎ型
ドーパントを周期的にドーピングすることによって形成
されたｎ型超薄膜層２４、ｌ型超薄ＷＡ層２６、Ｐ型超
薄膜１２８、及びｌ型超薄膜層３０が順に積層されたｎ
ｉｐｉ超格子梢遣を有している．そしてこのｎｉｐｉ超
格子構造は、第２図（ｂ）に示されるように、周期的に
変化するポテンシャルエネルギーを有している。但しこ
のときポテンシャル井戸の底にたまる電子ｎｏ及び正孔
ｐｏは互いに空間的に分離されている．このように周期
的なポテンシャルエネルギーをもつＧａＡｓ ｎ ｉ
ｐ ｉ超格子光導波路１０．１２は、通常のＭＱＷと同
様に、３次の非線形光学係数χ＋３１が大きく、高い光
学的非線形性を有する。
に複数の光導波路が設けられている光方向性結合器にお
いて、前記複数の光再波路がｎｊｐｉ超格子層によって
形成され、前記複数の光導波路に挟まれた前記光導波層
のクラッド領域に不純物が添加されていることを特徴と
する半導体光導波路によって達或される． また、上記の光方向性結合器において、前記複数の光導
波路を挟んでいる前記光導波層のクラッド領域にも不純
物が添加されていることを特徴とする半導体光導波路に
よって達或される．［作 用］ すなわち本発明は、複数の光導波路を挟んでいる光導波
層のクラッド領域、少なくとも複数の光導波路に挟まれ
た光導波層のクラッド領域に、不純物が添加されている
ため、クラッド領域の光学的非線形性は低下して、入力
光の強度の変化に対ずる屈折率の変化は小さくなる．従
って複数の光再波路の入力光の強度の変化に対する屈折
率の変化は相対的に大きくなり、複数の光導波路間の結
合状態の変化が大きくなる。すなわち、小さい強度の入
力光で複数の光導波銘間のスイッチングを行なうことが
でき、スイッチング効率を高くすることができる． ［実施例１ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図は本発明の一実施例による光方向性結合器を示す
斜視図、第２図は第１図の光方向性結合器の光導波路の
ｎｉｐｉ超格子ｖ１遺及びそのエネルギー帯を示す図、
第３図は第１図の光方向性結合器の光導波層の水平方向
の屈折率分布を示すグラフである． 第ｌ図において、例えばＧａＡｓ基板２上に、ＡＮ ｏ
．ｘ Ｇａｏ７Ａｓ下部クラッド層４及びＡ２。ｌ ３
Ｇ ａ ｏ． ｓｔＡ Ｓ上部クラッド層６に上下を挟
まれた相対的に屈折率の大きいＧａＡｓ光導波層８が形
成されている．そしてこのＧａＡｓ光導波層６には、幅
３μｍ、間隔３，ｕｍの２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子
光導波路１０．１２が一定の間隔をおいて平行に形成さ
れ、互いに光学的に結合されている． また、これら２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１
０．１２を挟んでいるＧａＡｓ光導波層６には、例えば
Ｚｎが添加されたクラッド領域１４，１６．１８が形成
されている．さらにＡ１ｏ（ ＩＧ ａ ａ， ＠７Ａ
Ｓ上部クラッド層８表面には、２本のＧａＡｓｎｉｐ
ｔ超格子光導波路１０．１２に対応して、幅３μｍ、間
隔３μｍの２本の平行なストライブ状のりッジ部２０．
２２が形或されている． ＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光専波路１０．１２は、第２図
（ａ）に示されるように、薄膜或艮方向にｐ型及びｎ型
ドーパントを周期的にドーピングすることによって形成
されたｎ型超薄膜層２４、ｌ型超薄ＷＡ層２６、Ｐ型超
薄膜１２８、及びｌ型超薄膜層３０が順に積層されたｎ
ｉｐｉ超格子梢遣を有している．そしてこのｎｉｐｉ超
格子構造は、第２図（ｂ）に示されるように、周期的に
変化するポテンシャルエネルギーを有している。但しこ
のときポテンシャル井戸の底にたまる電子ｎｏ及び正孔
ｐｏは互いに空間的に分離されている．このように周期
的なポテンシャルエネルギーをもつＧａＡｓ ｎ ｉ
ｐ ｉ超格子光導波路１０．１２は、通常のＭＱＷと同
様に、３次の非線形光学係数χ＋３１が大きく、高い光
学的非線形性を有する。
また、このｎｉｐｉ超格子楢迎においては、周期的にド
ーピングされたｐ型及びｒｌ型ドーバン１・による屈折
率の変化は小さい． 他方、ＧａＡｓ光導波層６にＺｎが添加されたクラッド
領域１４，１６．１８は、平坦なポテンシャルエネルギ
ーを有しているため、その３次の非線形光学係数χ０Ｉ
は小さく、通常の半導体結晶と同等である． こうしてＧａＡｓ光導波層６のＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ
超格子光導波路１０．１２の光学的非線形性は高く、ク
ラッド領域！４，１６．１８のそれは低くなっている． このため、第３図（ａ）に示されるように、光を入力す
る前のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２の屈
折率をｎ＋、クラッド領域１４，１６．１８の屈折率を
ｎ２とすると、光の入力後には、第３図（ｂ）に示され
るように、光学的非線形性の高いＧａＡｓｎｉｐｉ超格
子光導波路１０，１２の屈折率ｎｌは大きく低下し、他
方においてクラッド領域１４，１６．１８の屈折率ｎ２
はほぼ変わらないままである．すなわち、入力光の強度
変化に伴い、ＧａＡｓｎｉｐＬ超格子光再波路１０．１
２だけが大きな屈折率変化を示し、クラヅド領域１４，
１６．１８の屈折率変化は小さい。
ーピングされたｐ型及びｒｌ型ドーバン１・による屈折
率の変化は小さい． 他方、ＧａＡｓ光導波層６にＺｎが添加されたクラッド
領域１４，１６．１８は、平坦なポテンシャルエネルギ
ーを有しているため、その３次の非線形光学係数χ０Ｉ
は小さく、通常の半導体結晶と同等である． こうしてＧａＡｓ光導波層６のＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ
超格子光導波路１０．１２の光学的非線形性は高く、ク
ラッド領域！４，１６．１８のそれは低くなっている． このため、第３図（ａ）に示されるように、光を入力す
る前のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２の屈
折率をｎ＋、クラッド領域１４，１６．１８の屈折率を
ｎ２とすると、光の入力後には、第３図（ｂ）に示され
るように、光学的非線形性の高いＧａＡｓｎｉｐｉ超格
子光導波路１０，１２の屈折率ｎｌは大きく低下し、他
方においてクラッド領域１４，１６．１８の屈折率ｎ２
はほぼ変わらないままである．すなわち、入力光の強度
変化に伴い、ＧａＡｓｎｉｐＬ超格子光再波路１０．１
２だけが大きな屈折率変化を示し、クラヅド領域１４，
１６．１８の屈折率変化は小さい。
従って、入力光の強度変化によるＧａＡｓｎｉρｉ超格
子光導波路１０．１２とクラッド領域１４．１６．１８
との屈折率差の変動が大きくなる．このため、ＧａＡｓ
ｎ ｉ ｐ ｉ８格子光導波路１０，１２間の結合状態
の変化が大きくなり、小さい強度の入力光でスイッチン
グを行なうことができる．すなわち、スイッチング効率
の高い光方向性結合器を実現ずることができる． 次に、第１図に示す光方向性結合器の製造方法を、第４
図を用いて説明する． ＧａＡＳ基板２上に、通常のＭＯＶＰＢ法を用いて、Ａ
ｊ ａ． ｘ Ｇ ａ Ｏ． ？ Ａ Ｓ下部クラッ
ド層４、ｎｉｐｉ超格子層からなるＧａＡｓｉＮ波層８
、及びＡ ｊ ｏＩｓＧ ａ ｏ． ｓｔＡ． ｓ上部
クラツド層６を順に成長させる。なお、ＧａＡｓ光導波
層８の形威は、薄膜成長方向にｎ型ドーバントとして例
えばＳｎを、またｐ型ドーパンｌ・として例えばＺｎを
周期的にドーピングすることによって行なう（第４図（
ａ）〜（ｂ）参照）． 次いで、パターニングしたレジストをマスクとして、化
学エッチングによりＡ１。ｌ ＩＧ ａ Ｏ． ｌｌ７
ＡＳ上部クラッド層６表面を選択的にエッチングして、
幅３μｍ、間隔３μｍの２本の平行なストライプ状のり
ッジ部２０．２２を形成する（第４図（ｃ）参照）． 次いで、Ａ ｊ ｏ． ｒ ｓＧ ａ ｏ． ａ７Ａ
６上部クラット層６の２本のリッジ部２０．２２をレジ
ストでマスクして、例えばアンプル拡散法により不純物
としてＺｎをＧａＡｓ光尋波層８に拡敗する。そしてＡ
Ｉ。ｉＧａｏ．ｔＡｓ下部クラッド層４に達ずるまでＺ
ｎを拡散して、ＧａＡｓ光導波層８にクラッド領域１４
，１６．１８を形成する。従ってリンジ部２０，２２下
方のＧａＡｓ光導波層８はクラッド領域１４．１６．１
８に挟まれたＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１
２となる（第４図（ｄ）参照）。
子光導波路１０．１２とクラッド領域１４．１６．１８
との屈折率差の変動が大きくなる．このため、ＧａＡｓ
ｎ ｉ ｐ ｉ８格子光導波路１０，１２間の結合状態
の変化が大きくなり、小さい強度の入力光でスイッチン
グを行なうことができる．すなわち、スイッチング効率
の高い光方向性結合器を実現ずることができる． 次に、第１図に示す光方向性結合器の製造方法を、第４
図を用いて説明する． ＧａＡＳ基板２上に、通常のＭＯＶＰＢ法を用いて、Ａ
ｊ ａ． ｘ Ｇ ａ Ｏ． ？ Ａ Ｓ下部クラッ
ド層４、ｎｉｐｉ超格子層からなるＧａＡｓｉＮ波層８
、及びＡ ｊ ｏＩｓＧ ａ ｏ． ｓｔＡ． ｓ上部
クラツド層６を順に成長させる。なお、ＧａＡｓ光導波
層８の形威は、薄膜成長方向にｎ型ドーバントとして例
えばＳｎを、またｐ型ドーパンｌ・として例えばＺｎを
周期的にドーピングすることによって行なう（第４図（
ａ）〜（ｂ）参照）． 次いで、パターニングしたレジストをマスクとして、化
学エッチングによりＡ１。ｌ ＩＧ ａ Ｏ． ｌｌ７
ＡＳ上部クラッド層６表面を選択的にエッチングして、
幅３μｍ、間隔３μｍの２本の平行なストライプ状のり
ッジ部２０．２２を形成する（第４図（ｃ）参照）． 次いで、Ａ ｊ ｏ． ｒ ｓＧ ａ ｏ． ａ７Ａ
６上部クラット層６の２本のリッジ部２０．２２をレジ
ストでマスクして、例えばアンプル拡散法により不純物
としてＺｎをＧａＡｓ光尋波層８に拡敗する。そしてＡ
Ｉ。ｉＧａｏ．ｔＡｓ下部クラッド層４に達ずるまでＺ
ｎを拡散して、ＧａＡｓ光導波層８にクラッド領域１４
，１６．１８を形成する。従ってリンジ部２０，２２下
方のＧａＡｓ光導波層８はクラッド領域１４．１６．１
８に挟まれたＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１
２となる（第４図（ｄ）参照）。
こうして、第１図に示される光方向性結合器が製遺され
る． このように本実施例によれば、２本のＧ ａ Ａ． ｓ
ｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２を挟むＧａＡＳ光導
波層８に不純物を添加して光学的非線形性の低いクラッ
ドｗ４域１４，１６．１８を設け、入力光の強度変化に
よるＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２とクラ
ツド領域１４．１６．１８との屈折率差の変動を大きく
ずることにより、ＧａＡｓ ｎ ｉ ｐ ｉ超格子光導
波路１０．１２間の結合状態の変化を大きくずる．この
ため、小さい強度の入力光でスイッチングを行なうこと
ができる。
る． このように本実施例によれば、２本のＧ ａ Ａ． ｓ
ｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２を挟むＧａＡＳ光導
波層８に不純物を添加して光学的非線形性の低いクラッ
ドｗ４域１４，１６．１８を設け、入力光の強度変化に
よるＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０．１２とクラ
ツド領域１４．１６．１８との屈折率差の変動を大きく
ずることにより、ＧａＡｓ ｎ ｉ ｐ ｉ超格子光導
波路１０．１２間の結合状態の変化を大きくずる．この
ため、小さい強度の入力光でスイッチングを行なうこと
ができる。
本発明者の実験によれば、第ｌ図に示される光方向性結
合器の一方のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０に１
ｍＷの光を入力したところ、その光はほとんど他方のＧ
ａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１２から出力された．ま
た、ＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ超格子光導′／！．路１０
に２ｍＷの光を入力したところ、その光はほとんどその
（ｔまＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ超格子光導波路１０から
出力された。すなわち、この光スイッチングに必要な光
強度は従来のほぼ１／２であった。こうして本実施例に
よる光方向性結合器は効率の高い光スイッチとして働く
ことが確認された． なお、上記実施例においては、２本のＧａＡｓｎｉｐｉ
超格子光導波路１０．１２を挟むＧａＡＳ光導波層８に
光学的非線形性の低いクラ・ノド顧域１４，１６．１８
を設けているが、２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波
路１０．１２は挟まれたＧａＡｓ光導波層８のみに光学
的非線形性の低いクラッド領域ｌ６を設けてもよい．こ
の場合においても、上記実施例と同様の効果を奏するこ
とができる． ［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、上下をクラッド層に挟ま
れた光導波層に複数の光導波路が設けられている光方向
性結合器において、複数の光再波路がｎｉｐｉ超格子層
によって形成され、これら複数の光導波路に挟まれた光
導波層のクラッド領域又はこれら複数の光導波路を挟む
光導波層のクラッド領域に、不純物を添加して光学的非
線形性を低下させることにより、ｎｉｐｉ超格子層から
なる光導波路とクラッド領域との屈折率差の変動が大き
くなり、従って小さい強度の入力光で複数の光導波路間
のスイッチングを行なうことができる．これにより、光
方向性結合器のスイノチング効率を向上させることがで
きる．
合器の一方のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１０に１
ｍＷの光を入力したところ、その光はほとんど他方のＧ
ａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波路１２から出力された．ま
た、ＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ超格子光導′／！．路１０
に２ｍＷの光を入力したところ、その光はほとんどその
（ｔまＧａＡｓ ｎ ｉ ｐｉ超格子光導波路１０から
出力された。すなわち、この光スイッチングに必要な光
強度は従来のほぼ１／２であった。こうして本実施例に
よる光方向性結合器は効率の高い光スイッチとして働く
ことが確認された． なお、上記実施例においては、２本のＧａＡｓｎｉｐｉ
超格子光導波路１０．１２を挟むＧａＡＳ光導波層８に
光学的非線形性の低いクラ・ノド顧域１４，１６．１８
を設けているが、２本のＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光導波
路１０．１２は挟まれたＧａＡｓ光導波層８のみに光学
的非線形性の低いクラッド領域ｌ６を設けてもよい．こ
の場合においても、上記実施例と同様の効果を奏するこ
とができる． ［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、上下をクラッド層に挟ま
れた光導波層に複数の光導波路が設けられている光方向
性結合器において、複数の光再波路がｎｉｐｉ超格子層
によって形成され、これら複数の光導波路に挟まれた光
導波層のクラッド領域又はこれら複数の光導波路を挟む
光導波層のクラッド領域に、不純物を添加して光学的非
線形性を低下させることにより、ｎｉｐｉ超格子層から
なる光導波路とクラッド領域との屈折率差の変動が大き
くなり、従って小さい強度の入力光で複数の光導波路間
のスイッチングを行なうことができる．これにより、光
方向性結合器のスイノチング効率を向上させることがで
きる．
第１図は本発明の一実施例による光方向性結合器を示す
斜視図、 第２図は第１図の光方向性結合器の光再波路の０１ρＩ
超格子構造及びそのエネルギー帯を示す図、 第３図は第ｌ図の光方向性結合器の動作を説明するため
の図、 第４図は第１図の光方向性結合器の製造方法を示す工程
図、 第５図は従来の光方向性結合器を示す斜視図、第６図及
び第７図はそれぞれ第５図の光方向性結合器の動作を説
明するための図である。 図において、 ２．３２−−ＧａＡｓ基板、 ４．３４−−−−−−Ａ．Ｇ ｏ．ｓ Ｇａｏ．ｔ Ａ
ｓ下部クラッド層、 ６ ． ３ ６−−Ａｊｌ ｏ． ＋ｓＧ ａ ｏ．ａ
ｔＡ Ｓ上部クラッド層、 ８・・・・・・ＧａＡｓ光痺波層、 １０ １２・・・・・・ＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光専波
路、 １４．１６．１８・・・・・・クラッド領域、２０．２
２，４０．４２・・・・・・リッジ部、２４・・・・・
・ｎ型超薄膜層、 ２６． ３０・・一・・・ｉ型超薄Ｊ１！層、 ２８・・・・・・Ｐ型超薄１１９層、 ３８・・・・・・光尋波層、 ４ ４ ． ４ ６・・・・・・光導波路．
斜視図、 第２図は第１図の光方向性結合器の光再波路の０１ρＩ
超格子構造及びそのエネルギー帯を示す図、 第３図は第ｌ図の光方向性結合器の動作を説明するため
の図、 第４図は第１図の光方向性結合器の製造方法を示す工程
図、 第５図は従来の光方向性結合器を示す斜視図、第６図及
び第７図はそれぞれ第５図の光方向性結合器の動作を説
明するための図である。 図において、 ２．３２−−ＧａＡｓ基板、 ４．３４−−−−−−Ａ．Ｇ ｏ．ｓ Ｇａｏ．ｔ Ａ
ｓ下部クラッド層、 ６ ． ３ ６−−Ａｊｌ ｏ． ＋ｓＧ ａ ｏ．ａ
ｔＡ Ｓ上部クラッド層、 ８・・・・・・ＧａＡｓ光痺波層、 １０ １２・・・・・・ＧａＡｓｎｉｐｉ超格子光専波
路、 １４．１６．１８・・・・・・クラッド領域、２０．２
２，４０．４２・・・・・・リッジ部、２４・・・・・
・ｎ型超薄膜層、 ２６． ３０・・一・・・ｉ型超薄Ｊ１！層、 ２８・・・・・・Ｐ型超薄１１９層、 ３８・・・・・・光尋波層、 ４ ４ ． ４ ６・・・・・・光導波路．
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、上下をクラッド層に挟まれた光導波層に複数の光導
波路が設けられている光方向性結合器において、 前記複数の光導波路がｎｉｐｉ超格子層によつて形成さ
れ、 前記複数の光導波路に挟まれた前記光導波層のクラッド
領域に不純物が添加されている ことを特徴とする半導体光導波路。 ２、請求項１記載の光方向性結合器において、前記複数
の光導波路を挟んでいる前記光導波層のクラッド領域に
も不純物が添加されていることを特徴とする半導体光導
波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24457589A JPH03105327A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 光方向性結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24457589A JPH03105327A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 光方向性結合器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105327A true JPH03105327A (ja) | 1991-05-02 |
Family
ID=17120760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24457589A Pending JPH03105327A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 光方向性結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03105327A (ja) |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP24457589A patent/JPH03105327A/ja active Pending
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