JPH0345938A - 波長可変光フィルタ - 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】 〔産業上の利用分野） 本発明は、波長多重化光信号から任意の光信号を選択す
る機能を有する波長可変光フィルタに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、波長多重化光信号から任意の光信号を選択して透
過させる光分波器として種々なものが提案され、また、
実用化されている。その中でも将来に行なわれることか
予想される光伝送方式である高密度波長多重方式あるい
は光周波数多重方式に適用可能な光分波器として、回折
格子を用いた分布帰還構造（ＤＦＢ　：　Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）あるいは分布反射構造
（ＤＢＲ：　ＤｉｓｔｒｉｂｕＬｅｄ　ＢｒａｇｇＲｅ
ｆｌｅｃｔｏｒ　）の波長可変光フィルタが、■波長分
解能の高さ、 ■選択波長のチューニングが可能であること、■集積化
に適していること、 などの点から数多く提案され、特開昭６２−２２１３号
、特開昭６２−２４１３８７号、特開昭６３−１３３１
０５号等に開示されている。

第７図は従来のこの種の波長可変光フィルタの一般的な
構造を示す概略断面図である。

導波層７２の右側部分には回折格子７３がＪＦｇ成され
、左側部分の上部には活性層７１が形成されている。各
部の上面にはそれぞれキャリアを注入するための電極が
設けられ、図面左から右に向かって、光利得領域７４９
位相制御領域７５１分布帰還（ＤＢＲ）領域７６とされ
ている。選択波長をチューニングすることは、位相制御
領域７５とＤＢＲ＠域７６のいずれかもしくは両方へキ
ャリアを注入することにより行なわれる。これはキャリ
ア濃度に依存するプラズマ効果により生じる屈折率変化
を利用するもので、この屈折率変化によって分布帰還さ
れる波長、すなわち、透過する選択波長をチューニング
するものである。

〔発明が解決しようとする！２！！り Ｌ述した従来の波長可変光フィルタにおいては、キャリ
ア注入によるプラズマ効果を利用して屈折率変化を生じ
させて選択波長をチューニングしているが、キャリア注
入を行なった場合には、屈折率変化が生じると同時に光
利得および自然放出光強度も変化してしまう。このため
、安定な波長選択性および非選択波長とのクロストーク
を十分なものとするために、キャリア注入量を限定する
必要があり、選択波長のチューニング範囲も狭く限定さ
れてしまうという欠点がある。また、キャリア注入によ
るプラズマ効果は、屈折率を減少させる作用をもつのに
対して、キャリア注入によって生じる熱は屈折率を増加
させる作用を持つ。このため、キャリア注入量の増加、
すなわち、注入電流の増加とともに屈折率は減少するも
のの、同時に増加する熱のために該屈折率は所定・の値
にて飽和してしまい選択波長のチューニング範囲はさら
に狭く限定されてしまうという欠点がある。

本発明は、広い波長範囲で選択波長をチューニングする
ことのできる波長可変光フィルタを実現することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の波長可変光フィルタは、 分布帰還形の半導体レーザ構造を有し、入射された光の
うち、特定の選択波長のみを通過させる波長可変光フィ
ルタにおいて、 印加電圧により、その屈折率が制御される分布帰還領域
と、 注入電流量により、その光利得が制御される光利得領域
とが光学的に結合されている。

この場合、分布帰還領域が光利得領域を兼ねるものとし
てもよく、 さらに、分布帰還領域と光利得領域との間に、光利得領
域に注入される電流が分布帰還領域に流れ込むことを防
止するための不要電流防止手段を設けてもよい。

また、分布帰還領域が形成される光導波層上に、電圧を
印加するための電極を直に設けてもよい。

（作用） 分布帰還領域の屈折率が印加電圧により制御され、これ
に伴なって選択波長も制御される。この分布帰還領域に
おいて生じる光吸収量の変化は、光学的に結合する光利
得領域にて補償される。

不要電流防止手段を設けた場合には、電流が分布帰還領
域に流れることがなくなり、熱が発生することがなく、
選択波長のチューニングは前述の印加電圧のみにより制
御されるので、選択波長が安定化される。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

未実施例は、量子閉込めシュタルク効果（Ｑ（：ＳＥ：
カンタム・コンファインド・シュタルク・エフェクト）
による屈折率変化を用いて選択波長のチューニングを行
なうとともに、光利得を与えて安定な選択透過率を得る
ものである。

まず、本実施例の作成方法について説明する。

ｎ型ＧａＡｓである基板１０１上に、　ＭＢＥ（モレキ
ュラー・ビーム・エピタキシー）法により　ｎ′″−Ｇ
ａＡｓからなるバッファ層１０２．　ｎ−八ｌｏ、　５
Ｇａｏ、　ｓＡｓからなる第１クラッド層】０３．厚さ
　１００人の１−ＧａＡｓおよび１−Ａ１０３Ｇａ、、
　７Ａｓとが交互に１１１１層された多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ　：マルチ・カンタム・ウェル）からなる第１光導
波層１０４．　ｌ”ＡｌＯ，＊Ｇａｏ、　７＾Ｓからな
る第２光導波層１０５を順に形成させた。

次に、第２光導波層１０５の一部にＤＢＲ領域を形成す
るために、該形成領域に相当する部分以外に保護用のフ
ォトレジストを塗布し、この後、該形成量域を含めた全
体に、２層目となるフォトレジストを被膜させた。続い
て、Ｈａ−Ｃｄレーザを用いた２光束干渉露光をＤＢＲ
形成領域に行ない、これを現像してフォトレジストから
なる周期約０．２４μｍのグレーティングを形成させた
。次に、該フォトレジストをマスクとして旧ＢＥ（リア
クティブ・イオン・ビーム・エツチング）法により、第
２光導波層１０５の上面にグレーティング状のコラゲー
ションを形成した後にフォトレジストをすべて剥離し、
この部分をＤＢＲ領域１１とした。続いてＬＰε（リキ
ッド・フェーズ・エピタキシィ−）法によりＰ−Ａｌｏ
、　５ＧａＯ，、、Ａｓである第２クラッド層１０６　
、　Ｐ”−ＧａＡｓであるコンタクト層１０７を順に形
成させた。次に、この上部に電極となるＡｕ／（：ｒを
積層させ、図示するようにＤＢＲ領域用の第１電極１０
８．不要電流防止手段であるキャリア吸込み用の第３電
極Ｉ０９．光利得領域用の第２電極１１０とに３分割し
、コンタクト層１０７もこれに合わせてエツチングし、
３分割した。次にこれを研磨し、基板１０１の裏面に第
４電極１１１として、Ａｕ／ＡｕＧｅを蒸着してアロイ
ングを行なった。

このようにして作成した素子を分＃後、ＤＬＲ領域が形
成される側の入出射端面に、該ＤＢＩｔ領域で生じる乱
反射を防止するためのＺｒＯ２である反射防止膜１１’
２をｒ＆膜させ、その後素子ホルダに固定して電極を取
出した。

次に、本発明および本実施例の動作原理について第２図
を参照して説明する。

第２図は、ＤＢＲまたはＤＦＢ領域における透過率の一
般的な変化をブラッグ波長λ＾を中心として示したもの
である。

一般にＤＢＲまたはＤＦ［１構造のものＣおいては、入
力光の波長に応じて透過および反射係数が大きく異なり
、ブラッグ波長λｎから十°分離れた波長では入力光は
回折反射を起こさず透過する。ただし、回折格子が１次
回折格子でない場合には、回折格子の上下方向へ放射回
折光を生じるゆいずれにせよ、これらの分布帰還領域に
おいては透過状態となる。これに対し、ブラッグ波長λ
Ｂ付近ではブラッグ波長λ８を中心に数〜数１０人程度
の幅のストップバンド２２１が形成される。このとき０
ＢＲＩ域の一部を境とした両側で光学的位相がすれた場
合、ストップバンド２２１の間の任意の位置に狭いスペ
クトル幅を有する透過波長域２２２が生じることが知ら
れ、この透過波長１２２２は、ＤＢＲ領域の端面の位相
に応じて移動することも知られている。本発明のものは
、このストップバンド２２１内の透過波長域２２２を任
意に制御することにより波長可変光フィルタを得るもの
である。その方法としてはＤＢＲ領域を一部スブリット
して、その光学的位相シフトを制御する方法、ＤＢＲ領
域の端面における位相を制御する方法およびＤＬＲ領域
の回折格子の実効的周期を制御する方法などがあり、い
ずれも、媒質の屈折率を制御することになる。

上述したように、本発明による波長可変光フィルタの選
択波長のチューニングには、量子閉じ込めシュタルク効
果を用いた屈折率変化を利用している。第１図に示すよ
うにＤＢＲ領域Ｕを有する第２光導波層１０５と、ＭＱ
Ｗで構成された第１光導波層１０４とを設け、ＤＢＲ領
域１１に逆バイアス−Ｖｔを印加し、コラゲーションが
形成されていない領域（光利得領域）１２に順電流１ｇ
を通電する。この場合、ＤＢＩＩ領域１１にはｐｉｎ接
合に対して逆バイアスとなるため、キャリアは注入され
ず、ｉ層である第１光導波層１０４に電界が印加される
。そのため、ＱＧＳＥにより、ＤＢＲ領域１１の屈折率
が変化し、吸収スペクトルも変化するので、ＤＢＲ領域
１１のブラッグ波長がシフトする。このようにして選択
波長がチューニングされるが、ＱＧＳＥは大きな屈折率
変化を起こすと同時に吸収係数も大きく変化する。そこ
で、前述のコラゲーションが形成されていない光利得領
域１２に順バイアスを印加してキャリア（電流１ｇ）の
注入を行ない、光利得を与える。注入型ａＩｇは、ＤＢ
Ｒ領域１１での光の減衰を補償してチューニング波長に
かかわらず安定な選択透過率（または増幅度）を得るよ
うに制御する。

以上のように本実施例によれば、ＤＢＲ領域１１での波
長チューニングをＱＧＳＥで行なうことにより、熱の発
生をともなわず、原理的に大きな屈折率変化を得ること
、すなわち広いチューニング範囲を得ることが可能とな
る。また、Ｑ（：ＳＥの難点である吸収スペクトルの変
化、あるいは吸収光量の大きな点もＤＢＲ＠域１１と隣
接して共振器内に光利得領域１２を形成することにより
解決される。光利得領域１２では、注入電流により光利
得と同様にプラズマ効果による屈折率変化を伴ない、Ｄ
ＢＲ領域１１との境界の位相が変化する。したがって正
確には選択波長のチューニングは、ＤＢＲ領域１１への
印加電圧と光利得領域への注入電流によって行なわれる
が、ＱＧＳＥによる屈折率変化が大である点、およびＤ
ＢＲ領域１１への直接印加によりコラゲーションの実効
的周期の制御を行なう点から、ＤＢＲ領域１１への印加
電圧が選択波長のチューニングにおいて支配的なものと
なる。

このように作成した第１の実施例の特性について以下に
述べる。ＤＢＲ領域１１へは、第１電棒１０８により０
■から一５Ｖまで印加し、透過波長域を変化させ、光利
得領域へは第２電８ｉ１１０により２０〜８０ｍＡまで
通電し、波長チューニング時に透過波長域の透過率（も
しくは光利得）が、−・定となるよう制御した。また、
キャリア吸い込み用の第３電極１０９へ印加する電圧は
第１電極１０８に印加するものとほぼ同様とし、ＤＢＲ
領域Ｉｔヘキャリアが流れ込むこと・を防止した。

以上の素子を用い、波長可変光源で透過スペクトルを測
定した結果を第３図に示す。図中、横軸は逆電圧無印加
時の透過波長λ。＝　８３４ＯＡを０としてその波長か
らの相対的波長をＡ単位で表わしている。これに示され
るように、逆電界を印加するにつれて透過波長の位置は
シフトした。このとき、逆電界印加によるＤＢＲ領域１
１の吸収係数変化を補償するために前述したように光利
得領域１２に電流注入を行なうことにより、波長チュー
ニング範囲にわたって、透過率（または増幅度）が一定
となるように制御することができた。波長チューニング
範囲は１０Å以上で、さらに、向上する可能性がある。

また、波長チューニングにＱＧＳＥを用いるため応答速
度が極めて速く、ｉｎｓ以下の応答性が可能である。

上述したように本実施例のものでは、第１．第２光導波
層１０４．１０５の隣接する部分に逆バイアスと順バイ
アスを印加する際に、順バイアス側の電極から逆バイア
ス側のｌ＆極へキャリアが流れ込むことを防医する不要
電流防止手段として、両電極間にもう１つの電極を設け
て逆バイアス側の電極とほぼ同電位とすることにより、
順バイアス側の電極より流れ込むキャリアを吸込むもの
としたが、このことを実現する他の防止策としてはコン
タクト層１０７を分離して画電極を十分話すこと、 両電極間にＦｅまたは０２をドーピングして高抵抗とす
ること、 両電極間を−・度エツチングし、間隙部にノンドープ領
域を再成長させること等が考えられ、特にこの方法に限
定されるものではない。

第４図は本発明の第２の実施例の構造を示す図である。

本実施例は、第１図に示した実施例と同様の動作を行な
うものを作成工程を省略して実現したものである。

まず、作成方法について説明する。

ｎ型のＧａＡｓである基板７０１上にＭＢＥ法によりｎ
”−ＧａＡｓからなるバッファ層２０２．　ｎ−八１０
３Ｇａｏ　ＦＩＡｓからなる第１クラツド層２０３．１
−ＧａＡｓ　（厚さ１００入）　／　ｔ−Ａｌｏ、　３
Ｇａｏ、　７＾Ｓ（厚さ　１００入）　ＭＱＷからなる
第１光導波層２０４．同じくｉ−八１０３Ｇａ０．Ａか
らなる光導波層２０５．　Ｐ−ＡＩ□、　５Ｇａｏ、　
ｓＡｓであるグ２クラッド層２０Ｂ、　Ｐ”−ＧａＡｓ
であるコンタクトに２０７を形成した後、光利得領域を
形成するたダに、この部分を除いてクラッド層２０６ま
でを選者エツチングし、第２光導波層２０５を露出させ
た。

次に、第１の実施例と同様の工程により、ＤＢＲ９域２
１を形成した。つづいて、Ａｕ／Ｃｒを第２電祠２１（
ｌとして光利得領域であるコンタクト層２０７１へ成膜
した後に研磨を行ない、裏面に第３電祠２Ｈを成膜しア
ロイングを行なった。そしてＤＢＲ領域２１へＡｕであ
る第１電極２０８を蒸着した。ねお、　ＤＢＲ領域２１
と光利得領域２２の間を３０μＩＩｌはと離し、ＤＢＲ
領域２１が形成される側の端面には第１の実施例と同様
に反射防止膜２１２を施し、素子寸ルダーに固定後、電
極を取り出した。

本実施例において、キャリア吸い込み電極を認けていな
いのは、ＤＢＲ領域２１が光利得領域１２と革なりＰ層
（第１図中の′Ｊ４２クラッド層１０８およυコンタク
ト層１０７）を除去しているためである。このためわず
かの電極分離で、キャリアの流れ込みをかなり防ｒｔ−
できるとともに作製工程を削減することができた。ただ
し、Ｄ８Ｒ領域２１上へ直接第１′２５極２０８を成膜
しているため、金属膜による導波吸収損失が生じた。こ
のため第１の実施例のものより多少注入電流を多くする
必要があった。素子の評価結果は第１の実施例のものと
同様であった。

第５図は本発明の第３の実施例の構成を示す図である。

本実施例は第１の実施例中の第１光導波層１０４を厚さ
７０人のＧａＡｓと厚さ　１００入の１−Ａｌｏ、：＋
Ｇａ＠　７ＡＳとからなるＭＱＷの第１光導波層５０４
とし、第２光導波層１０５の前面にコラゲーションを形
成させた第２光導波層５０５としたものである。この他
の構成は第１の実施例と同様であり、第１図と同じ番号
を付している。

電極は、第１の実施例と同様に３分割電極とし、反射防
止膜（不図示）は入出力面の両端面に施した。

本実施例のものにおいては、ＤＢＲ領域Ｉｌりの第１電
極１０８およびキャリア吸い込み用の第３を極１０９に
はＯ〜−５ｖの逆電圧−Ｖｔを印加し、光利得領域１２
にはｌＯ〜７０ｎ＋Ａを通電し、波長チューニングを行
なった。本実施例はＯＢＲ領域ＩＩにおいても光利得が
付与される、いわゆるＤＦＢ構造とされている。また前
記２つの実施例が回折格子の実効的屈折率を制御するの
が主なチューニングメカニズムであったのに対し、本実
施例はさらに、ＤＢＲ領域＋１の中央部に位相シフトが
生じるため、ＤＢＲストップバンド内での透過波長域の
移動が加わり波長チューニング範囲が拡大し、そのチュ
ーニング範囲はおよそ１５人以上となった。

第６図は本発明の第４の実施例の構成を示す図である。

本実施例は、光利得領域の両側にＤＢＲ領域を設けたも
ので、第１の実施例の第２光導波層ｔＯＳを、両端にコ
ラゲーションが形成された第２光導波層６０５とし、そ
の中央部に第２クラッド層６０６゜Ｒｎ１ル繕謹Ｌｔ−
Φ、小ヤ　叉１吾ゲーＳ１１つのト耶には第１．第２電
極６Ｇ−ｆｌ、　６１０をそれぞれ設け、コンタクト層
６０７の上部には第３電Ｆｊ４８０９を、また、両人出
射端面には反射防止膜（不図示）を設けたものである。

この他の構成は第１の実施例のものと同様であり、第１
の実施例と同一番号を付している。

本実施例における選択波長のチューニングは、第３実施
例と同様であり、コラゲーションの実効的周期の制御と
中央部の位相シフト量の制御による。ただし、位相シフ
ト量の制御は光利得の変化を伴なうので、選択波長のチ
ューニングはＤＬＲ領域１２へ印加する逆電圧−Ｖｔの
制御に主に依存する。

波長チューニング範囲は第２実施例と同様であるが、共
振器の両側をＤＢＲで構成しているため、透過波長域の
半値全幅が狭く、波長チューニングのチャンネル数が実
質的に多くなるという利点を有する。

（発明の効果） ↓　？１１ｆｆｔｌ　　パ）ｋ吐　ド　；「　ｊＡＫ　
ｊＬ　＋１　　−　１１．　　ｋ＊　　１４１１１園−
曇翼　１口　ＩＴｈように構成されているので、以下に
記載するような効果を奏する。

請求項１に記載のものにおいては、分布帰還領域におけ
る実効的屈折率をＱＣ５εによって制御することが行な
われ、かつ、ＱＣ５Ｅに伴なう光吸収量の変化が光利得
領域にて補償されるので、広い波長範囲で選択波長をチ
ューニングすることができ、高速応答を可能とすること
ができる効果がある。

請求項２に記載のものにおいては、分布帰還領域が光利
得領域を兼ねたものであり、その中央部に位相シフトが
生じるため、上記効果に加えて波長チューニング範囲が
拡大するという効果がある。

請求項３に記載のものにおいては、光利得領域に注入さ
れた電流が分布帰還領域に流れることが防止され、選択
波長のチューニングがＱＣ５Ｅのみによって行なわれる
ので、上記効果に加えて選択波長が安定するという効果
がある。

請求項４に記載のものにおいては、通常、光導波層の上
部に設けられる半導体層が除去されるために電流の流れ
が悪くなるので、上記効果に加えて分布帰還領域への電
流の流れ込みをさらに防止することができるとともに、
作成工程を省略することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図、第２図
は本発明の動作原理を説明するための図、第３図は第１
の実施例の動作を示す図、第４図乃至第６図はそれぞれ
本発明の第２乃至第４の実施例の構成を示す図、第７図
は従来例の構成を示す図である。 １１．２１・・・・・・・・・・・・・ＤＢＲ領域、１
２．２２・・・・・・・・・・・・・光利得領域、１０
１．２０１・・・・・・・・・・・基板、１０２．２０
２・・・・・・・・・・・バッファ層、１０３．２０３
・・・・・・・・・・・第１クラッド層、１０４．２０
４，５０４・・・・・・・７ｉＩＪｆ光導波層、１０５
．２０５，５０５．６０５・・・第２光導波層、１０６
．２０８，６０６・・・・・・・第２クラッド層、１０
７．２０７，６０７・・・・・・・コンタクト層、１０
８．２０８，６０８・・・・・・・第１？１ｆ極、１１
０．２１０，６１０・・・・・・・第２電極、１０９．
２０９，６０９・・・・・・・第３電極、１１１．２１
１・・・・・・・・・・・第４電極、１１２．２１２・
・・・・・・・・・・反射防止膜、２２１・・・・・・
・・・・・・・・・ストップパン２２２・・・・・・・
・・・・・・・・透過波長域。 ド、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分布帰還形の半導体レーザ構造を有し、入射された
   光のうち、特定の選択波長のみを通過させる波長可変光
   フィルタにおいて、 印加電圧により、その屈折率が制御される分布帰還領域
   と、 注入電流量により、その光利得が制御される光利得領域
   とが光学的に結合されていることを特徴とする波長可変
   光フィルタ。 ２、請求項１記載の波長可変光フィルタにおいて、分布
   帰還領域が光利得領域を兼ねていることを特徴とする波
   長可変光フィルタ。 ３、請求項１または請求項２に記載の波長可変光フィル
   タにおいて、 分布帰還領域と光利得領域との間に、光利得領域に注入
   される電流が前記分布帰還領域に流れ込むことを防止す
   るための不要電流防止手段が設けられていることを特徴
   とする波長可変光フィルタ。 ４、請求項１乃至請求項３に記載の波長可変光フィルタ
   において、 分布帰還領域が形成される光導波層上に、電圧を印加す
   るための電極が直に設けられていることを特徴とする波
   長可変光フィルタ。