JPH0320724A - 光通信装置 - 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、半導体光増幅器および、この増幅器をを用い
た光通信装置に関する。

［従来技術］ 低コスト、低損失の光ファイバの導入により、光通信の
分野で革命的変革が発生している。光通信は、商業的に
既に確立し、光通信線は大陸間、海底間に敷設されてい
る。研究者らは、この革命の新たな段階一情報光信号を
処理する為に、集積光学回路を使用する点で−に先鞭を
つけつつある。

現在、信号は電気的な形で処理され、送信の為だけに光
の形に変換される。その信号が光のままで処理され、電
気的形態と光学形態とに信号を変換する必要がなくなれ
ば、非常に経済的な利点が発生する。

光信号の処理には、多数の複雑な装置、レーザ、検知器
、変調器、増幅器、再生器等が必要である。

しかし、光通信の商業的な利用が可能になるのは、これ
らが、複数の装置が単一のチップ上に形成されるような
集積技術を用いて経済的に入手可能になる場合である。

したがって、多大な研究開発努力が、そのような集積半
導体装置の設計・製造の開発に向られている。本発明は
すくなくともそのような装置に関する。（本明細書で使
用される用語は、可視領域より広いスペクトルの領域を
含む。

用語は光通信の技術分野に、また誘電体媒体（その損失
が２ｄＢ／Ｊｕｎでせいぜい１ｄＢ／ｋｍの光ファイバ
）を貫通する放射に関する。現在、そのような放射は０
．５〜２０ミクロンの範囲である。しかし、その範囲は
将来拡大するかもしれない。その場合、光学（光）とい
う用語は、より広い電磁スペクトルの範囲を含む。） 光増輻器は、光信号を受信し、（最小のひずみあるいは
、変質でもって）それを増幅する。現在の開発努力は、
レーザー反射表面は非反射コーティングで処理される程
度まで、半導体レーザー構造は進歩している。そのよう
な装置では、ゲインと反射率の積は１以下で、そのため
、その装置は発振しない。その装置は光信号がそこを通
過する間、それを増幅するのに使用される。そのような
装置は進行波増幅器と呼称され、光信号は装置内を往復
せず、ほぼ１回だけそこを通過することを意味する。

そのような光増幅器の重要な関心は増幅利得の安定性で
ある。増幅器の利得の変化は増幅の際の信号のひずみに
繋がる。しかし、増幅機構は、（装置にもよるカリ装置
の利得の固有の変化をもたらす。このことは、必要な増
幅をするために、そのような装置は誘導放射の現象に依
存していることを考えることにより理解できる。この誘
導放射には反転分布の形戊が必要であり、信号が増幅器
を通過する毎に減少し、ある有限時間の間、再構成され
る。（一般的に、半導体増幅器あるいはレーザーにおい
て反転分布は特定のキャリア濃度の存在により検知され
る。）従って、増幅器の利得は、信号が増幅器を通過し
た後のある期間、減少する。このある期間は通常、「増
幅器利得回復時間」と呼称される。

［発明の概要］ 本発明は、短縮された利得回復時間を有する半導体増幅
器に関する。

本発明の増幅器の回復時間は、光通信システム（そのデ
ータビット流はＩＧＨｚ以上さらには２，３ＧＨｚであ
る）で効果的に使用される程短い。

本発明は、増幅器を通過する光信号に起因する空乏後の
キャリア密度の回復を説明するメカニズムの斬新な解釈
によりなされた。キャリア密度の回復は、通常は非常に
低く、その結果、非常に長い利得回復時間となる。キャ
リア密度の回復、すなわち、利得回復時間は、増輻器の
少なくとも１つのキャリア蓄積領域をゲイン領域の近傍
に併置することにより、短くできることが発見された。

キャリア蓄積領域からゲイン領域へのキャリアの移動が
ゲイン領域内のキャリア密度を急速に増加させ、増幅器
ゲインの急速な回復を可能にする。

［実施例の説明コ Ｉ．導入部 本発明は、ゲイン回復時間を短縮した光学増幅器で、ま
た、そのような光学増幅器を有する光通信システムであ
る。本発明は、半導体材料中で発生するレーザー現象、
光増幅現象を紹介することにより、容易に理解できる。

この半導体材料中で発生するレーザー現象、光増幅現象
は、反転分布と誘導発振に依存する。このレーザー発振
、増幅現象は、物理システムの反転活性状態からより低
い活性状態への誘導遷移に依存する。この反転分布は、
レーザー現象、光増幅現象の前に、低位状態より高位励
起状態が多く存在する時に発生する。

この反転分布は、物体を旨くエネルギー化することによ
り、制御できる。半導体レーザーや増幅器の場合、励起
状態は伝導帯に電子が存在し、価電子化帯に附随ホール
が存在することにより、具現化される。励起状態から電
子もホールも存在しない低位状態への遷移が、光子の生
成になる。

半導体のこれらの特性はレーザーや光学増幅器の製造に
使用される。そのような装置が第１図に示されている。

ここで、本発明の説明に不要な要素は示されていない。

この第１図で「ゲイン領域」は、励起と誘導放射が発生
する場所である。ゲイン領域の材料は、適当な反転分布
、誘導放射が発生するような材料である。しばしばこの
ような材料は直接バンドギャップ材料で、この材料では
価電子帯の最大エネルギ状態と、伝導帯の最小エネルギ
状態が運動量空間内の同一場所で発生する。

従って、この材料では、価電子帯と伝導帯間に、運動量
保存用の光子を必要としない許容光学遷移が存在する。

このゲイン領域は、キャリアの伝導帯への注入に応じて
、光学ゲインを提供する。この注入は、例えば、適当な
電気的バイアス、あるいは、このようなキャリアの生成
させる適当な光学誘導現象を利用することによりなされ
る。しかし、説明の都合上、本明細書は、キャリアを生
成する電気的手段により記述する。従って、「電流」即
ち「キャリア注入電流」が、キャリア注入装置に流れる
。しかし、この電気的手段には光学ビーム、あるいは他
のキャリア生成手段も包含されるものとする。

第１図において、１ｌは光学フィールドをゲイン領域に
「制限する」手段である。この制限は屈折率を変化させ
る領域、典型的には、ゲイン領域を「ロード」するリッ
ジ導波路構造によりもたらされる。リッジ導波路下の光
学フィールドの「制限」はそのフィールドを導波方向と
直交する方向に閉じ込め、しかも、回折効果のみが考慮
される時が得らる程度を越えて閉じ込める。制限手段（
リッジ）　１１は下のゲイン領域ｌＯより狭い。しかし
、ある実施例では、リッジ即ち、他の光学フィールドを
ゲイン領域に閉じ込める手段は、第１図のゲイン領域以
上である。第１図の紙面に垂直方向の軸を有する適当な
光学空洞が、適当な反射面によりリッジｌ１のの下の領
域中に形成され、第１図の構成がレーザとして動作する
時には、フィードバック素子として使用される。しかし
、この構成が増幅器として動作する時は、フィードバッ
クは望ましくない。それは振動するに必要以上なフィー
ドバックゲインは不要だからである。従って、レーザ構
造は、空洞表面の反射率を減少させることにより、増幅
器としても動作する。この現象は、通常光学フィールド
（端面）の伝搬方向に直交する面を非反射被膜でコーテ
ィングして、空洞を通過する光が空洞表面で反射せずに
、１回の通過で出力するようにして達成される。このよ
うな装置は進行波増幅器と呼称される。このような装置
の端面反射率を減少させる他の技術は、光学放射の伝？
方向が端面と直交しないようなレーザ構造を得ることで
ある。このような装置においては、この端面ば性能向上
の為に、更に非反射コー■ティングでコートされる。

１図で、！２は「阻止」領域で、キャリア注入領域をゲ
イ′ン領域に制限する。多数の実施例では、この領域は
反転バイアスｐｎ接合である。本発明によるこの領域の
重要な意味は、この装置がレーザとして動作する際、こ
の領域の浮遊容量の影響を考慮することにより理解でき
る。この装置がレーザとして動作する際には、光学人力
はない。情報光学出力を得るのに、レーザをパルス発振
する為に、バイアス電圧と電流は急速に変化させられる
。「阻止」領域１２の浮遊容量は、レーザがパルス出力
されるスピード、従って装置のビットレートおよび関連
する光学システムを制限する。従って、そのようなレー
ザは最小の浮遊容量しか持たないように設計される。

しかし、本発明によれば、装置が光学増幅器として動作
する際には、浮遊容量や他のキャリア蓄積効果は有益で
あることが判明した。このことは、増幅器動作の詳細を
知ることにより理解できる。

増幅器として動作する際は、装置には誘導放射と連続増
幅となる光学人力がある。レーザ動作に使用されるパル
スバイアスではなく、一定バイアスは励起状態の反転分
布を確保する。しかし、増幅器に入る光学パルスの間隔
が短い時は、励起状態の一時的な欠乏（これは誘導放射
の結果として起る）は、次の光学パルスの到着前に、反
転分布になるのに充分迅速には回復しない。従って、第
２の光学パルスは第１のそれと同程度まで増幅はされな
い。それ故、第２パルスの増幅は第１パルスの増幅に依
存する。データ符号化情報担持光学データ流においては
、この影響は符号間干渉の形で、信号ひずみになる。

しかし、阻止領域ｌ２は大きな容量を有し、この領域は
「キャリア蓄積」領域として作用し、ゲイン領域にキャ
リアを再蓄積し、ゲイン領域を反転分布の状態に戻し、
各パルスの増幅が、先行パルスの増幅に余り影響されず
、符号間干渉が減少される。それ故、本発明の装置は、
ゲイン領域に隣接してキャリア蓄積領域を有し、キャリ
アはパルスが増幅される時、空乏域に急速に再蓄積され
る。

従って、この装置は、キャリアが蓄積領域からゲイン領
域へのキリアの移動時間がゲイン領域のキャリアの真性
ライフタイム以下となるよう、設計される。その移動は
例えば、引加電界の影響下でのキャリアのドリフトまた
は、キャリア密度勾配に起因する拡散の結果である。こ
のキャリア密度勾配は、光学信号はゲイン領域に閉じ込
められ、キャリアをゲイン領域内で欠乏させ、蓄積領域
内のキャリア密度に影響を与えずにおくことにより、形
成される。従って、光学信号がゲイン領域通過直後、キ
ャリア密度勾配は蓄積領域とゲイン領域の間に形成され
、蓄積領域からゲイン領域へのキャリアの拡散を生成さ
せる。本発明には、ゲイン領域に充分近接して蓄積領域
を併置することが含まれ、キャリア密度勾配の影響下で
の拡散時間が蓄積領域の併置がない場合に発生するより
、ゲイン領域内のキャリア密度の再蓄積する程充分に速
い（他の変数が同じとして）。

本発明をレーザおよび／または増幅器の偶然の従来技術
から区別する為に、本発明は「情報担持Ｊ光学信号また
は、「情報表示」光学信号の観点から記述する。これら
の用語は、情報を表す光学信号を意味し、本発明を、こ
こに開示した本発明の増幅器の特性を利用したり認識し
たリせずに、レーザおよび／または増幅器技術の偶然の
使用から区別する。

■．本発明の増幅器におけるゲイン回復時間の解析 ここでは、本発明の増幅器に関係する主要な問題−ゲイ
ン圧縮とゲイン回復について記述する。

ゲイン圧縮とゲイン回復を記述すると共に、本発明の構
成の実施例を含む種々の構成のゲイン回復の観察結果を
述べる。

デジタルデータ流では、パルス間の分離間隔はビット間
隔の整数倍である。入力パルスがゲインを圧縮するに充
分なエネルギを有しており、ビット間隔が増幅器のゲイ
ン回復時間より短いならば、増輻器は記号間干渉を起す
。あるパルスによるゲインは先行パルス（ランダムな）
からの間隔時間に依存するからである。ゲイン圧縮とゲ
イン回復の処理は、デジタル信号が記号間干捗なしに増
幅されうる最大許容ビット速度と増幅器人力パワーレベ
ルを制限する。２　Ｇ　ｂ　／　ｓの疑似ランダムビッ
ト流の異なるビットの異なるゲインの例は１．５５μｍ
の増幅器である。（１．Ｗ．Ｍａｒｓｈａｌｌ，Ｄ．Ｍ
．Ｓｐｉｒｌｔ　．Ｍ．Ｊ．　Ｏ　Ｍａｈｏｎｙ．　エ
レクトロン・レター２３，ｇｉｌｌ，１．８７）　Ａ　
Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓレーザのゲイン圧縮と回復は、ピコ
秒以下の時間解像度で以前に観察されている（Ｍ．Ｓ．
ｓｔｉｘ．Ｍ．Ｐ．Ｋｅｓｌｅｒ．Ｅ．Ｐ．　ｌｐｐｅ
ｎアブライドフィジックスレタ−４８．１７２２（１９
８Ｂ）　　，Ｍ．Ｐ．Ｋｅｓｌｅｒ．Ｅ．Ｐ．ｌｐｐｅ
ｎアブライドフィジックスレタ−５１　　１７８５（１
９８７））。本発明者らは、ゲイン圧縮と回復について
、第２図の実験装置を使用して解析した。図示されてい
るように、シヌソイドクロック信号が２個の可変波長モ
ード・ロック半導体レーザを駆動した（Ｙ．Ｌ．ＢｅＳ
ＳｅｎＯＶ．Ａ．Ｐ．ＢＯｇａｔＯＶ．Ｐ．ＰＶａｓｉ
ｌ　’ｅｖ．Ｖ．Ｎ．Ｍｏｒｏｚｏｖ，Ａ．Ｂ．Ｓｅｒ
ｇｃｅｖ，Ｓｏｖ．Ｊ　　量子電子１２．１５１０（１
９８３））。このレーザはグレーティング端面反射装置
を有する外部空洞共振器を使用している。このグレーテ
ィングはレーザの動作波長とスペクトル幅を制御する。

このレーザはＩＧＨｚ基本共振周波数または、高調波周
波数のいずれかでモード・ロックされている。パルス持
続時間は１２−２５ｐｓ　ＦＷＨＭである。最狭バルス
は１．２４−１．２５μｍの波長範囲で生或される。マ
イクロウェーブ位相シフタは、１つのレーザのＲＦ単一
パス内に挿入され、２つの光学パルス列間の遅れを変化
させるのに使用される。この２個のパルス列はファイバ
の方向性結合器内で結合される。第２の方向性結合器は
光学信号バス内に挿入されて付加的な検査ボートを提供
する。２個のパルス列の極性は、ファイバ極性制御器を
用いて調整される。

光はマイクロレンズを用いたテスト後、Ｉ　ｎＧａＡｓ
Ｐの１．３μｍＴＷ増幅器に結合され、マイクロスコー
プ対象物を使用して導出される。入力結合損失、出力結
合損失は、それぞれ、４ｄＢと５−６ｄＢである。パル
ス幅、パルス間遅延、光学スベクトラムを、増幅器の前
後で８ｐＳの解像度のストリークカメラと、０．１ｎｍ
の解像度の光学スベクトラム解析器を用いて測定した。

ゲインはプロープ信号をチョッピングすることにより測
定され、２つのＧｅ光学検知器上の信号（出力点でのそ
れと入力ファイバ上のパワーをモニターするそれ）を比
較した。

この実験で使用されたＴＷ増幅器は、通常１．３μｍ−
２５０μｍ長の二面に非反射コーティングを施し、ヘテ
ロ構造レーザチップに埋設されたチャネル基板により得
られた。平均面反射率は３ＸｌＯである。（１．Ｗ．Ｍ
ｒｓｈａｌｌ他の前掲書）１．２５μｍの波長（ピコ秒
のパルス増幅実験が実施された）における装置のゲイン
は２０±０．５ｄＢであった。

第３図は、１．２４２μｍの波長での１２−ｐｓ，４−
ＧＨｚパルス列での入力ファイバの平均パワーの面出力
パワーとゲインの依存性を示す。単一レーザ（第一の）
は、増幅器の接合面（Ｔ　Ｅ）に沿って極性化され、こ
の測定に使用された。測定された少信号ゲインは９．５
ｄＢである。５００μＷの大人力パワーに対しては２ｄ
Ｂもの減少である。

最大平均出力面パワーはＬ２ｍ　Ｗで、これは４００ｍ
Ｗのバルスピーク面パワーと、３ｆＪ／バルスのパルス
エネルギにに相当する。

ゲイン回復はポンブーブローブ実験で、第２図の２個の
レーザをを使用して測定された。このレーザはｌ．２５
μｍの波長、ＩＧＨｚの繰返し速度で動作する。第１レ
ーザは入力ファイバ中で２５ｐＳパルスで、９３μＷ　
（９３ｒＪ／パルス）の平均パワーを有し、ポンプする
。第２レーザは１４ｐｓパルステ、１．８８　μＷ　（
　１．８８　ｆ’Ｊ／パルス）ノ平均パワーを有し、チ
ョップし、プローブとして働く。

第４図はポンプとブロープ間の遅延の関数としてブロー
ブパルスとして得られるゲインを示す。ポンプパルスは
遅延時間０で、２ｄＢでゲインを空乏化する。このゲイ
ンは初期値へ、１００ｐｓの時定数の指数関数に適合し
た関数型で回復する。

本発明の増幅器（ＩＧＨｚ，４ＧＨｚで）で観測された
最大ゲイン圧縮は２ｄＢであった（第４，３図）。この
両方の繰返し速度では、同一量のゲイン圧縮（２　ｄ　
Ｂ）が、ほぼ同一のパルスエネルギ、ＩＧＨｚで１００
ｆＪ／パルスと４ＧＨｚで１２５ｆＪ／パルス（人力フ
ァイバで測定された）で得られた。（微小差は入力結合
損失の差に依存している。）パルスエネルギ（平均人力
パワーではなく）によるゲイン圧縮は、この装置で測定
された短い回復時定数（１００ｐｓ）と一致する（第４
図）。増幅器のゲインは約２５０ｐｓ後には回復するの
で、４ＧＨｚの後続パルスは、増幅の間たがいに独立し
ている。それ故、記号間干渉は、デジタル信号が４ＧＨ
ｚのビット速度で増幅されている時は、存在しない。よ
り高いビット速度では、ゲインは、圧縮されている時、
パルス間では完全には回復せず、記号間干渉に起因する
システム機能の低下を引起す。

従来のモデルが、キャリア密度Ｎの速度式によるゲイン
の動きを表す。

ここで、■は駆動電流、ｅは電荷、■は活性体積、Ｒ（
Ｎ）は全ての再結合プロセスを表す。入力パルスが短く
、パルス間の時間が長い時、回復プロセスの間は誘導放
射はなく再結合Ｒ（Ｎ）は次式となる。

（　Ａ．　Ｊ　．Ｔａｙ　ｌｏｒ．　Ｊ　．ＭＪｉｅｓ
ｅｎｆ’ｅ　ｌｄＰｈｙｓ．Ｒｅｖ　．　Ｂ．　３５　
．　２３２１（１９８７）） Ｒ　（Ｎ）のＣＮ３の項は、オージエプロセスに起因す
る再結合を表し、他の項は２分子（Ｂｉｍｏｌｅｃｕｌ
ａｒ）再結合を表す。もし、パルス幅が広い場合、また
は、デジタル入力信号が非零回帰型式（　ｎｏｎ一ｒｅ
ｔｕｒｎ　ｔｏ　ｚｅｒｏ　ｒｏｒｏ＋ａｔ）で変調さ
れる場合は、回復時に誘導放射の付加に起因して、再構
或が相違する。係数Ｂ。とδは、解析概算値をＩ　ｎＧ
ａＡｓｒのキャリア密度依存放射再結合速度の量子力学
数式に適合させるパラメータである。

（Ａｊ．Ｔａｙ　ｆｏｒ　．　Ｊ　．Ｍ．Ｖｆｅｓｅｎ
ｒｅｌｄ　．　Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ　．　３５　．　
２３２１（１９８７）　．　Ｂ．Ｓｅｒａ＋ａｇｅ．　
Ｊ　．　Ｐ．　Ｈｅｒｉｔａｇｅ．　Ｎ．　Ｋ．Ｄｕｔ
ｔａ，　Ｐ．Ａ１）Ｊ）．ＰｈｙＳ．５７，５４４３．
　（１９８５））その値は、Ｂ　　＝　１．４ＸＩＯ−
ｌＯｃｍ３／ｓで、δ一〇 １．１１！Ｘ　１０−１９ｃｍ３である（Ａ．Ｊ．Ｔａ
ｙｌｏｒ，Ｊ．Ｍ．ＷＩ．ｅｓｅｎｆ’ｅｌｄ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，３５．２３２１（１９８７））。オー
ジエ係数は、Ｃ　＝　２．８Ｘ　１０−２９ｃｍＯ／　
ｓである。ＴＷ増幅器は一定しきい値に到達せずに、高
電流に駆動されるので、その定常状態キャリア密度Ｎｏ
はレーザ（ここではそのキャリア密度は誘導放射に起因
するしきい・値で固定される）のそれよりもはるかに高
い。高駆動電流では、ＴＷ増幅器内の再結合はオージエ
処理に支配され、 の再結合は、適度なゲイン圧縮の為、ＮはＮＯから若干
変化する。

Ｒ　（Ｎ）−ＣＮ３ （　２５０”５００）　ａｍ長の増幅器では、従来の（
０．１５−０４）μｄの埋込みへテロ構造の部分に亘る
活性領域を有し、（８０−１２０）　ｍ　Ａの駆動電流
で、キャリア密度は５　Ｘ　１　０　１８ｍ’である。

前記の装置では、キャリアライフタイムの計算値はτ−
３００−４５０ｐｓである。このライフタイムの値は、
チャネル基板を有し、埋設へテロ（Ｃ　Ｓ　ＢＨ）構造
の増幅器のライフタイムの測定値（約Ｌｏｏｐｓ）より
はるかに長い。（Ｃ　Ｓ　Ｂ　Ｈ）構造の増幅器のライ
フタイムは以下に記述するように、約８０ｐｓである。

短い測定ライフタイムを説明する物理的メカニズムの新
たな解釈は、短いゲイン回復時間を有する新たな増幅器
構造を可能にする。活性領域の極近傍（数μｍ以内）に
キャリア蓄積領域（キャリア貯蔵所）位置させるという
概念である。増幅器駆動電流の一部は活性領域よりもこ
の貯蔵領域を通過する。この電流は駆動されるべき蓄積
領域内のキャリア密度を活性領域のそれと等しくする。

ゲインを圧縮する為充分なエネルギを有する光学パルス
が印加されると、活性領域（キャリア蓄積領域ではなく
）のキャリアを欠乏させる。これらの領域間でキャリア
の勾配が生じ、キャリア蓄積領域から活性領域へキャリ
アを拡散させる。これにより、活性領域のキャリア密度
が、定常状態値に戻るに必要な時間を短縮する。活性領
域から１−２μｍ以内に蓄積されたキャリアにとって、
拡散時間は非常に速＜　（１００ｐｓ以下）、このプロ
セスはキャリア蓄積時間を短縮する。ある場合は、キャ
リアは蓄積領域から活性領域に、活性領域近傍の高導電
電流バスを通過するドリフトにより、移動する。時間短
縮以外に、回復時間はバイアス電流値とは無関係になる
。オージエ制限再構成の従来の装置の１−２／３バイア
ス電流値依存性とは対照的である。

キャリア蓄積領域からの拡散に起因する短縮回復時間の
概念は公称１．３μｍのＴＷ増幅器の回復時間の比較に
よりテストされる。第１の増幅器はＣＳＢＨ構造（その
断面図は第５図）を有する。

この構造のレーザダイオードは、そのｐｎ電流阻止接合
は浮遊（シャント）キャバシタンスを構成するので、変
調応答は悪いことが知られている。

（Ｒ．Ｓ．Ｔｕｃｋｅｒ，　　　　Ｉ　　Ｅ　Ｅ　Ｅ　
　　Ｊ　．　　Ｌ１ｇｈｔｖａｖｅ　　Ｔｅｃｈ，，　
Ｌ　Ｔ−３．１１８０（１９８５））　　この接合はキ
ャリア蓄積領域として作用する。特に、第５図の領域Ａ
は、活性領域から数μｍ以内に位置したキャリア蓄積領
域順方向バイアス接合である。第２の増幅器は半絶縁埋
込みへテロ（ＳＩ−ＥＭＢＨ）レーザ構造である。その
断面図は第６図に示されている。

この構造のレーザダイオードは、その半絶縁ＩｎＰ電流
阻止領域は低浮遊キャパシタンスを構威し、リーク電流
を最小にするので、広い変調バンド幅を有している。こ
の構造では、活性領域に隣接した位置にはキャリア蓄積
領域はなく、回復時間は材料の特性と駆動電流に因る。

この両方の増幅器ともシリコン酸化物非反射コーティン
グ（表面反射率が約１０’）を使用している。（Ｇ．Ｅ
Ｉｓｅｎｓｔｅｉｎ．Ｇ．Ｒａｙｂｏｎ．Ｌ．Ｗ．Ｓｔ
ｕｔｚ　Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ．，ＬＴ−
６．１２（１９８Ｂ）） この種の増幅器のゲイン回復時間はボンプープローブ実
験で測定される。可変波長活性モードロック半導体レー
ザ（　Ｙ．Ｌ．Ｂｅｓｓｅｎｏｖ．　Ａ．Ｐ．Ｂｏｇａ
ｔｏｖ，　Ｐ．Ｐ．　Ｖａｓｉｌｅ．Ｖ．Ｎ．Ｍｏｒｏ
ｚｏｖ．Ａ．Ｂ．Ｓｅｒｇｅｅｖ．Ｓｏｖ．Ｊ．Ｑｕａ
ｎｔｕｍ　ＥＩｅｃｔｒｏｎ．１２．１５１０（１９８
３））は、ＩＧＨｚの繰返し速度で約１５ｐｓのパルス
を生成するが、これらが使用された。パルス列間の遅延
はＲＦ駆動信号の位相をレーザの１つに適合することに
より、調整された。この２個の信号はファイバ方向性カ
ブラ内で結合され、この結合信号はテスト中の増幅器に
、ファイバ●ビグテール分離器を介してマイクロレンズ
を用いて導入された。光は顕微鏡対物レンズを用いて増
幅器から導出された。全結合ロスは１０ｄＢであった。

このボンプープローブパルスはそれぞれ約１０Ｏｆ’Ｊ
／パルスと約２ｆ’Ｊ／パルスであった。

第７．８図には、数個の駆動電流に対するＣＳＢＨとＳ
　Ｉ　−ＥＭＢＨ構造の増幅器の測定回復時間が示され
ている。このポンプパルスは時間遅延零でゲイン領域を
空乏化し、このゲイン領域は、ボンブバスル消滅後回復
を開始する。このゲイン回復時間は、それを指数型式に
適合させることにより各カーブに対して決定される。ゲ
イン回復時間の増幅器バイアス電流への依存性は、両増
幅器対して第９図に示されている。ＣＳＢＨ構造の増幅
器では、回復時間は８０±ｌｏｐｓで、バイアス電流と
は無関係で、キャリア蓄積領域からの拡散（ドリフト）
に支配される回復と一致している。この測定回復時間は
従来のオージ工制限再構或モデルとは一致しない。この
同一の回復時間はボンブパルスが２　０／パルスに減少
した時に得られる。Ｓ１−ＥＭＢＨ構造の増幅器の回復
時間はバイアスとは独立で、１００ｍＡで４２０±４０
ｐｓから１２０ｍＡで２９０±６０ｐｓまで変化する。

この結果はキャリア蓄積領域を有さない構造で予想され
る回復プロセスの（オージエ）支配材料と一致する。計
算回復時間（Ｒ　（Ｎ）で表示された全部の項目を用い
て得られる）は、第９図に示され、測定データと良く一
致する。

本発明はキャリア蓄積領域からのキャリア拡散を用いて
、半導体光学増幅器のゲイン回復時間を短縮することが
できることを示した。短いゲイン回復時間を得る為に、
増幅器はキャリア蓄積領域が活性領域に隣接している構
造である必要がある。

この種の構造のレーザは、活性領域に隣接しているキャ
リア蓄積領域の浮遊シャント容量に起因して、一般に変
調応答が悪いと指摘されている（（Ｒ．８．Ｔｕｃｋｅ
ｒ，ＩＥＥＥ　Ｊ．ＬＩｇｈｔｖａｖｅ　　Ｔｅｃｈ．
，ＬＴ−３．１１８０（１９８５））。旨く配置したキ
ャリア蓄積領域を有する増幅器は更に短い回復時間を有
するよう使用することができる。短い回復時間は高ビッ
ト速度システムと２状態モードで使用される増幅器の動
作を改良する。

■．本発明の他の実施例 第１部で詳述したように、本発明の装置は半導体光学増
幅器とこの増幅器を使用した通信システムを含み、この
増幅器は、「キャリア蓄積」領域と「ゲイン」領域すな
わち、「活性」領域が相互に充分隣接し、キャリアが「
キャリア蓄積」領域から「ゲイン」領域へ移動する時間
が、ゲイン領域のキャリアの真性ライフタイム以下であ
るようにする。ここでは、本発明の種々の変型例が記載
されるが、これらは全部本発明の範囲内に包含される。

第ｌＯ図において、本発明の増幅器の実施例は埋設リッ
ジ導波路を有している。同図において、５ｌは接点（通
常金属製）である。「バイアス」電流は層５１から層５
６（基板）に流れる。電流の閉込めは領域５８によって
なされ、この領域５８は、空気ギャップ領域か、電流阻
止材料の領域かのいずれかである。このような材料は絶
縁物か、適当にバイアスがかけられた半導体かのいずれ
かである。５５はドープされていないか、かるくｎ型に
ドーブされた材料のゲイン層である。この材料の厚さは
実施例によって変り、層５５の材料は増幅する光の波長
に依存する。特に、実施例では層５５ははＩｎＧａＡｓ
Ｐである。層５２は接点層で、ＩｎＧａＡｓＰか、−ｐ
十型にドーブされたＩ　ｎＧａＡｓで、層５４はｐ型に
ドーブされたＩｎＰである。

第１０図において、領域５７は従来技術で公知のりッジ
導波路である。領域５５．５７は異なるバンドギャップ
の領域である。例えば、領域５５はｒ．ａミクロンの材
料で、領域５７は１．Ｌミクロンの材料である。あるい
は、領域５５は１．５　ミクロンの材料で、領域５７は
１．３　ミクロンの材料である。周知のように、リッジ
導波路領域は、活性（ゲイン）領域５５に対して、「負
荷」領域として動作する。このリッジ導波路は、リッジ
導波路下の領域に、図面に直交する方向に層５５中を進
行する光を閉込める働きをする。

この実施例において、蓄積領域とゲイン領域は材料５５
の同一層内で発生する。このゲイン領域はリッジ導波路
の下の領域である。それは、この領域は光が進行する唯
一の領域だからである。層５５の残りの部分は蓄積領域
である。それは、層５ｌから層５６へ進行するバイアス
電流は、層５５の全部をほぼ横切るからである。本実施
例において、電流の一部は、蓄積領域を通過し、その他
はゲイン領域を通過する。このような実施例において、
光学放射はある領域に閉込められる。このある領域とは
光の伝搬方向の長さが、その方向のゲイン領域の長さに
等しく、ゲイン領域に一致する。電流方向に直交する方
向の表面積は全部の全電流が閉込められるそれ以下であ
る。（注：この定義された領域を越えて、電流は閉込め
られたり、られなかったりする。この定義は単にこの特
定領域に注目する為である。）　しかし、他の実施例で
は、電流の流れる方向からみると、垂直方向に隣接した
ゲイン領域と蓄積領域とを有し、従って、大部分の電流
はゲイン領域と蓄積領域を通過する。この実施例では、
光学放射は、ある領域に閉込められる。このある領域と
は光の伝搬方向の長さが、その方向のゲイン領域の長さ
に等しく、ゲイン領域に一致する。しかし、電流方向に
直交方向の表面積は電流に附随する表面積にほぼ等しい
。この実施例では、他の実施例と同様に、ゲイン領域あ
るいは、蓄積領域の特性は変化し、多重量子井戸と呼称
される多重材料層を含んでいる。さらに、本発明を満足
させるには、単一の蓄積領域で充分である。

第１１図において、層６１は金属接点である。領域Ｂ２
はゲイン領域で、領域Ｂ３は蓄積領域である。領域６２
の反射係数は領域６３のそれとは異なり、その結果、光
放射の領域６２への閉込めになる。電流は活性領域と蓄
積領域に、再成長した半絶縁性材料あるいは、適当な空
気ギャップ（図では６４として示してある）により、閉
込められる。

第１２図は、他の実施例を示し、７１は金属接点である
。活性領域即ち、ゲイン領域７２は、電荷蓄積領域を含
む領域７３とは異なる反射係数を有する。

第１３図は本発明のゲイン領域と蓄積領域の垂直方向に
隣接したものを示す。同図で、７ｌはゲイン領域で、７
２は蓄積領域である。７３は電流阻止領域で、７４は金
属接点、７５は基板である。上述したように、「垂直方
向隣接」装置では、光学放射は、ある領域に閉込められ
る。このある領域とは電流方向の直交方向の表面積が、
電流方向の附随する表面積にほぼ等しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学増幅器の代表例を示す図、第２図
は本発明の光学増幅器のゲイン；ｊＰＩ定用の代表例を
示す図、 第３図は１２ｐｓ．４ＧＨＨｚのパルス列の平均入力（
入力ファイバで測定した）の関数として光学増幅器のゲ
インと出力を示す図、 第４図は入力ファイバで測定された９３ｆＪのパルスポ
ンプ入力とブローブパルス入力の光学増幅器のゲイン回
復を示す図、 第５図はＣＳＢＨ構造の光学増幅器の代表列を示す図、 第６図はＳｌ−ＥＭＢＨ構造の光学増幅器の代表列を示
す図、 第７図は第５図の増幅器の回復時間を示す図、第８図は
第６図の増幅器の回復時間を示す図、第９図は第５、６
図に示した増幅器のゲイン回復時間のバイアス電流依存
性を示す図、第ｌＯ図はリッジ導波路増幅器を含む本発
明の他の実施例を示す図、 第１１図は光学放射が活性領域すなわちゲイン領域に、
活性領域に隣接する材料の反射係数を適宜選択すること
により、閉込める本発明の他の実施例を示す図、 第ｌ２図は光学放射を活性領域すなわちゲイン領域に閉
込める為に使用される反射係数の変化を示す本発明の他
の実施例の図、 第１３図はゲイン領域と蓄積領域の垂直方向隣接を示す
本発明の他の実施例の図、 出　願　人：アメリカン．テレフォン．アンド．′４−
均耐ム力　（ｉｌｌＴ＋ ９瓢アトア’Ｉ’７　　（ｄｂ） Ｆ／６．７ ０ ２５０　　　　　　　　５０Ｏ ｔ運時聞（ｐｓｉ １５０ Ｆ／６．８ （ｓｄ　） 闘−＋１ら呂

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）（１）ゲイン領域と、
2. （２）ゲイン領域内を伝搬する光領域を、 伝搬方向に直交する方向に回折効果以上に閉込める手段 を有する半導体光増幅器、 （ｂ）光データビット流、 （ｃ）この光データビット流を光増幅器に結合する手段
   、 （ｄ）光増幅器より出力された増幅光データビット流を
   検知する手段、 からなる光通信装置において、 （ａ）前記半導体光増幅器は、キャリア蓄積領域を有し
   、キャリア蓄積領域からゲイン領域へのキャリアの平均
   移動時間は、ゲイン領域のキャリアの真性ライフタイム
   以下で、 （ｂ）光データビット流のデータビット速度が１ＧＨｚ
   を越えることを特徴とする光通信装置。 （２）光領域は、キャリア蓄積領域内に導入されないこ
   とを特徴とする請求項１記載の装置。
3. （３）光放射を、その光の伝搬方向の長さが同方向のゲ
   イン領域の長さにほぼ等しく、ゲイン領域にほぼ一致し
   、キャリア注入電流の直交方向の表面は、全キャリア注
   入電流が閉込められる領域の表面よりも小さい領域に閉
   じ込めることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. （４）光放射は、その光の伝搬方向の長さが同方向のゲ
   イン領域の長さにほぼ等しく、ゲイン領域にほぼ一致し
   、キャリア注入電流の直交方向の表面は、全キャリア注
   入電流が閉込められる領域の表面積以上の領域に閉じ込
   めることを特徴とする請求項１記載の装置。