JPH05265067A - 周波数変調された光信号用のフォトレシーバ、トランスミッタ・レシーバ及び関連する光リンク - Google Patents

周波数変調された光信号用のフォトレシーバ、トランスミッタ・レシーバ及び関連する光リンク

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JPH05265067A
JPH05265067A JP5026021A JP2602193A JPH05265067A JP H05265067 A JPH05265067 A JP H05265067A JP 5026021 A JP5026021 A JP 5026021A JP 2602193 A JP2602193 A JP 2602193A JP H05265067 A JPH05265067 A JP H05265067A
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ナカジマ ヒサオ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォトレシーバ、トランスミッタ・レシーバ
及び光リンクの効率を改善する。 【構成】 フォトレシーバに活性層（１２）を有する半
導体の積層と、位相シフタ（１８）を有する回折格子
（１６）とを備え、電圧をタッピングするために、位相
シフタ（１８）上に中央電極（３０）を配置し、前記電
圧の変化が前記活性層（１２）を伝搬する光ビームの周
波数変調を反映している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数変調された光信
号用のフォトレシーバと、関連するトランスミッタ・レ
シーバと、前記トランスミッタ・レシーバを用いる双方
向光リンクに関する。本発明は一般的に光通信で用いら
れる。
【０００２】
【従来の技術】ここ数年、光通信の分野において、半導
体デバイスの新しい利用が開かれ、この半導体装置はト
ランスミッタ及びレシーバを共に備えているので、特に
好都合である。このようなデバイスは以下の論文におい
て詳細に説明されている。即ち、 −エレクトロン、Lett.、20、794 頁〜795 頁、1987年、
アルピング及びベントランド、エング(A.Alping、B.Bent
land、S.T.Eng) による「光ゲインを有するファイバ・オ
プティック・ローカル・エリア・ネットワーク用の100M
b/s レーザ・ダイオード端末装置（100Mb/s laser diod
terminal with optical gain for fibre-optic local
area networks)」。 −エレクトロン、Lett.、23、62頁〜64頁、1987年、オル
ソン、ビュール(N.A.Olsson.L.L.Buhl) による「ローカ
ル・エリア・ネットワーク用のシングル・レーザ高選択
性双方向伝送装置(Single-laser high-selectivitybidi
rectional transmissin system for local area networ
k application)」。 −エレクトロン、Lett.、15、820 頁〜821 頁、1979年、
ドーリァ、シェバリェ及びメロー(L.d'Auria、G.Chevali
er、P.Maillot) による「EROS半二重光リンクを用いたLI
BIDO(LIBIDO using EROS half-duplex optical lin
k)」。 −雑誌、光波技術(J.Lightwave Tech.).、9、737 頁〜74
0 頁、1991年、アンドレクソン及びオルソン(P.Andreks
on、N.A.Olson) による「ダイオード・レーザ増幅器によ
る光全二重伝送(Optical full-duplex transmission wi
th diod laser amplifier)。
【０００３】周波数変調（ＦＭ）又は周波数シフト・キ
ーイング（ＦＳＫ）により動作する光リンクは、トラン
スミッタとして、及びレシーバとして動作する半導体レ
ーザにより達成していた。このような光リンクは例えば
以下の文献に説明されている。即ち、 −エレクトロン、Lett.、25、890 頁〜892 頁、1989年、
コッホ、コア、ハイスマン及びコーレン(T.L.Koch、F.S.
Choa、F,Heisman、U,Koren) による「同調可能な狭帯域レ
シーバとして同調可能な多重量子ウェル分散ブラッグ反
射レーザ(TunableMultiple-quantum-well distributed-
Bragg-reflector laser as tunable narrowband receiv
er) 」。 −エレクトロン、Lett. 、26、1146頁〜1148頁、1990
年、チャウスキー、アウフフレート及びベルトウ(M.J.C
hawski、R.Auffret、Berthou) による「同調可能なＦＳＫ
弁別器／光検出器として２つの電極ＤＦＢレーザを用い
る1.5Gb/s ＦＳＫ伝送システム(1.5Gb/s FSK transmiss
ion system using two electrode DBF laseras tunable
FSK discriminator/Photodetector)」。 −エレクトロン、Lett.、26、1129頁〜1130頁、1990年、
中島による「注入同期分散フィードバック・レーザ発振
器におけるギガヘルツ周波数変調された多重光信号の復
調(Demodulation of multi-gigahertz frequency-modul
ated optical signals in a injection-locked distrib
uted feedback laser oscillator) 。 −フランス特許FR-A-2 652 465号。
【０００４】公知の処理では、一般的に半導体構造は分
散（ＤＦＢ）構造である。その構造が増幅器として機能
している（即ち、しきい値以下で分極されているとき）
か、又は発振器として機能している（即ち、十分しきい
値以上で分極されているとき）かによって、２つの種類
のプロセスが存在し得る。
【０００５】全ての場合で、半導体構造の端子で電圧が
タップされ、前記電圧の変化は周波数変化を反映してい
る。従って、前記電圧のバイアスにより、復調を実行し
て（ＦＭ又はＦＳＫの）光ビームを変調するために用い
たもとの情報を復調することができる。
【０００６】前述の最後の文献、即ちフランス特許FR-A
-2 652 465号は、２つの動作モード（増幅器／発振器）
間の差を説明しており、中でも発振器として動作する構
造の利益を説明している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記デバイスは、ある
点では満足させるが、周波数−電圧変換で限定的な感度
しかない欠点を有する。増幅器動作において、変換感度
は約0.6mV/GHz である。発振器動作では、更に低く、0.
2mV/GHz に低下する。この限定された感度は伝送速度を
限定させる。
【０００８】本発明は、より良好な効率が得られる構造
を提供することにより前記欠点を克服することを目的と
する。本発明によれば、感度は約1.2mV/GHz 、即ち最良
の従来技術の効率を２倍に達する。この改良は増幅器動
作及び発振器動作の両方で成立する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は分散フィードバ
ック（ＤＦＢ）構造の使用を提案するものであるが、前
記構造が回折格子において光学的な位相シフト・ゾーン
を有する。このようなゾーンは、位相シフタと呼ばれる
ことが時々あり、異なる２つの波長で発振可能にさせる
意味で、レーザの動作を混乱させる波長の縮退をなくし
得ることが知られている。位相シフタを導入した結果、
単波長が可能となった。本発明は、この改良を利用し、
位相シフタ上で電圧タッピング用に確保した電極を配置
することを提案するものであり、前記構造の供給電極又
は給電電極を保持するが、２つの半電極に細分され、タ
ッピング電極の両側に配置される。
【００１０】従って、特に本発明は、活性層と、少なく
とも前記活性層の一部分に光学的に結合された回折格子
とを含む積層により形成された分散フィードバック（Ｄ
ＦＢ）半導体構造を備え、周波数変調された光信号用の
フォトレシーバに関するものである。前記回折格子は光
学的な位相シフトを発生させる中央領域を有し、前記Ｄ
ＦＢ半導体構造は電源に接続された電源電極により覆わ
れている。前記フォトレシーバは、前記ＤＦＢ半導体構
造の端子で電圧をタッピングする手段を備える。前記フ
ォトレシーバは、前記半導体構造の端子で前記電圧をタ
ッピングする前記手段が光学的な位相シフトを発生させ
る前記回折格子の中央領域上に配置された中央電極によ
り構成される。前記電源電極は、前記中央電極の両側に
配置されると共に、電気的に絶縁された長手方向に２つ
の半電極に細分される。
【００１１】更に、本発明は、レーザ源としても用いら
れ、以上で定義したフォトレシーバにより構成されトラ
ンスミッタ・レシーバに関する。
【００１２】本発明による構成要素は同期ゾーンにおい
て動作する。即ち、放射される光線は受光する光線に周
波数同期されていることを理解すべきである。
【００１３】最後に、本発明は、これも同期ゾーンで動
作する前述のトランスミッタ・レシーバからなる２つの
トランスミッタ・レシーバ・アッセンブリを備えている
双方向光リンクに関する。
【００１４】
【実施例】図１に示すフォトレシーバは、光ビーム１４
を受光する活性層１２と、少なくとも活性層１２の一部
分に光学的に結合された回折格子１６とを含む積層によ
り構成された分散フィードバック（ＤＦＢ）半導体構造
１０を備えている。回折格子１６は光学的な位相シフト
を発生させる中央領域１８を有する。
【００１５】前記ＤＦＢ半導体構造１０の端子で電圧を
タッピングする手段は、回折格子１６の中央領域１８に
配置された中央電極３０により構成される。その場合
に、電源電極は、中央電極３０の両側に配置されると共
に、これらから絶縁された長手方向の２つの半電極２
２、２４に細分される。更に、ＤＦＢ半導体構造１０の
下に電極２５が配置され、例えばアースに接続されて、
即ち接地される。中央電極３０は抵抗３２に接続され
る。出力端子３４はフォトレシーバ出力となる。
【００１６】ＤＦＢ半導体構造１０は、電源２６に並列
に接続されている２つの半電極２２、２４を介して電流
が供給される。しかし、これら２つの電極を独立して給
電することも可能である。
【００１７】位相シフトによるＤＦＢレーザでは、図２
に示すように、光パワーがＤＦＢ半導体構造１０の中心
に収束しようとする。この場合に、光パワーＷ（任意の
単位）を活性層１２に沿って距離ｘの関数として表わす
ことができる。レーザ・キャビティーは長さＬを有する
ものとみなすことができる。顕著な最大値は横軸Ｌ／２
の中央領域に発生する。
【００１８】図２は約４の係数ＫＬに対応する。ただ
し、Ｋは活性層１２を有する回折格子の結合係数であ
り、Ｌはレーザ・キャビティー長である。
【００１９】図３及び図４は、本発明によるフォトレシ
ーバの動作を、増幅器動作条件及び発振器動作条件で説
明するものである。図３及び図４のａは入射光ビームの
周波数とＤＦＢ半導体構造１０の自然周波数との間の周
波数シフトｄＦの関数として、ＤＦＢ半導体構造１０に
おける光パワーの変化を示す。図３及び図４のｂは、Ｆ
ＳＫ変調された光信号を活性層１２に導入したときに、
中央電極３０上でタップされた電圧変化ｄＶを示す。こ
の光信号ＳＯ（ＦＳＫ）は離散的な２つの周波数シーケ
ンスを平均周波数近傍に有するものとする。この平均周
波数は、増幅器動作用の曲線ｄＶ（ｄＦ）のほぼ線形な
傾斜のうちの一つか、又は発振器動作用の０周波数シフ
トかに基づく周波数シフトｄＦに対応している。この動
作点は図４のｂにおけるｆ、及び図３のｂにおけるｆ及
びｆ を表わす。
【００２０】増幅器動作用の誤差曲線を有する増幅器動
作と発振器動作との間の動作の相違と、発振器動作用の
Ｚ層とは、既にフランス特許FR-A-2 652 465号に説明さ
れており、それ以上の詳細についてはこれを参照すべき
である。
【００２１】本発明において、入射光の周波数Ｆi とレ
ーザの自然周波数Ｆo との間の周波数差Ｆi −Ｆo は、
同期が発生する帯域幅以下である。
【００２２】従って、本発明の本質的な特徴のうちの一
つは、電圧タッピング電極の位相シフタにある。この位
相シフタは公知の型式のものでよい。文献には多数の実
施例、特に下記の文献に説明されている。即ち： −エレクトロン(Electron)、Lett. 、２０、８０頁〜８
１頁、１９８４年、セカルテジョ(K.Sekartedjo)、江
田、古屋、末松、小山及びタンブン−エク(T.Tanbun-E
k) による「単モード動作用の1.5 μm 位相シフトＤＢ
Ｆレーザ(1.5μm phase-shifted DFB laser for single
-mode operation)」、 −ジュルナール フィジィーク(J.Physique)、C4会議、
第9 号付録、第49巻、1988年9 月、ジロン、シャリル、
レステルラン、コレック及びブーレー(M.Gillon、J.Char
il、D.Lesterlin、P.Correc、J.C.Bouley) による「1.5 μ
m 位相シフト分散フィードバック・レーザ(1.5μｍ pha
se-shifted distributed feedback laser)」、 −ＩＥＥＥフォトニックス テクニック(IEEE Photonic
s Tech.)、Lett.2、612頁〜613 頁、1990年、吾妻及び
木下による「狭ストライプ領域を有するＤＦＢのＴＭモ
ード抑圧特性(TM mode suppression property of DFB l
asers with narrow stripe region)」。
【００２３】位相シフタの３つの例は図５に示されてい
るが、これらの３つの例は如何なる意味においても本発
明の範囲を限定するものではない。
【００２４】図５のａは回折格子１６を示し、その表面
はピッチ即ち間隔Ｐの周期的な起伏を有する。中央領域
１８ａにおいて、前記間隔は、間隔(P/4) の長さがあ
り、これが一方向又は他方向に回折格子に沿って進行す
る波の1/4 波長の光学的な位相シフトを発生させる。当
然、1/4 の間隔による回折格子を短縮させることも可能
である。
【００２５】図５のｂには、規則的なピッチ即ち間隔を
有する回折格子１６が示されている。これは、中央領域
１８ｂで幅広の部分を有する。幅広の部分の長さは1/4
波長の光学的な位相シフトに対応する。
【００２６】しかし、部分（ｃ）では、回折格子は幅狭
の領域１８ｃを有する。
【００２７】本発明においては、これらの位相シフタを
全て用いることができる。
【００２８】本発明によるＤＦＢ半導体構造を得るため
に任意のプロセスを用いることができる。例えば、エレ
クトロン、Lett. 、２５、１４７７頁〜１４７９頁、１
９８９年、スレンプケス、ロバイン、カズミールスキー
及びブーレー(S.Slempkes、D.Robein、C.Kazmierski、J.C.
Bouley) による「1.5 μｍ ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ埋め
込みリッジ・ストライプ・レーザの超低しきい値動作(E
xtremely low threshold operation of 1.5 μm GaInAs
/InP buried ridge stripe lasers)」に説明された埋め
込みリッジ・ストラブ法が可能である。。
【００２９】この実施例は、本発明を如何なる意味にお
いても限定するものではなく、図６の横断面図（ａ）及
び縦断面図（ｂ）に示されている。図１に既に示され、
かつ同一の参照番号、即ち活性層１２、回折格子１６、
半電極２２、２４、下側の電極２５、及び中央電極３０
を含む構成要素を見ることができる。一方の半電極２
２、２４、他方の中央電極３０が、エッチングで得た２
つの切り込み４２、４４によって分離されていることも
分かる。更に、活性層１２が層１５における埋め込みス
トリップに位置することも分かる。活性層１２は閉じ込
め層１３上に位置することができ、更に閉じ込め層１３
が基板１１上に位置している。最後に、高度にドープさ
れた半導体層１７は、上側の半電極２２、２４、中央電
極３０と、層１５との間に配置される。
【００３０】実施例では、1.5 μm の波長を中心とした
多重量子ウェル即ちＭＱＷ構造を形成している積層によ
り、活性層１２を形成することができる。基板１１はＮ
によりドープされたＩｎＰものでもよい。閉じ込め層１
３は、1.3 μm の波長及び層１５により形成されてもよ
く、全てＰによりドープされたＩｎＰである。半導体層
１７はＰ+ によりドープされたＩｎＰからなるものでも
よい。
【００３１】更に、本発明は、図７に示す双方向光リン
クに係わる。この双方向光リンクは第１のサブアッセン
ブリＳＥｌと、光ファイバＦＯと、第２のサブアッセン
ブリＳＥ２とを備えている。これらは２つのサブアッセ
ンブリＳＥｌ及びＳＥ２は同一であり、第１のサブアッ
センブリＳＥｌが数１、第２の第２のサブアッセンブリ
ＳＥ２が数２を従属させた符号により表わす同一手段に
関連させている。従って、第１のサブアッセンブリＳＥ
ｌは、図１のものと同じようなトランスミッタ・レシー
バＥＲ１と、電圧をタッピングする中央電極に接続され
て復調信号を供給する高周波増幅器Ａ１と、コンデンサ
及び誘導コイルからなる分極ティーＴ１を介して側電源
電極に接続された電源Ｉ１と、その送信周波数を変調す
るためにレーザの電流を変調できる情報発生器Ｇ１とを
備えている。電源Ｉ１により供給される電流の大きさ
は、選択された動作モードに従って、しきい値（増幅
器）近傍に、又はしきい値（発振器）より十分高く調節
される。
【００３２】最後に、図８は、本発明によるＤＦＢ半導
体構造１０が同一手段を有するリピータとして動作する
ことができることを示す。図８において、ＤＦＢ半導体
構造１０は、第１の光ファイバＦＯ１からの光を受光
し、第２の光ファイバＦＯ２を介して導かれた増幅ビー
ムを供給する。ＤＦＢ半導体構造１０は、その位相をシ
フトする中央領域１８と、電圧をタッピングする中央電
極３０とのために、増幅器Ａにより増幅可能に制御電圧
を供給する。従って、増幅された信号の品質を常時制御
することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、感度は約1.2mV/GHz 、
即ち最良の従来技術の効率の２倍に達する。この改善は
増幅器動作及び発振器動作の両方で成立する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりフォトレシーバの概要断面図であ
る。
【図２】活性層に沿った光パワーの変化を示す図であ
る。
【図３】復調原理を増幅器動作の場合について示す図で
ある。
【図４】復調原理を発振器動作の場合について示す図で
ある。
【図５】位相シフタの実施例を示す図である。
【図６】積層の詳細を示す断面図である。
【図７】本発明によるトランスミッタ・レシーバを用い
る双方向リンクを示すブロック図である。
【図８】本発明をリピータ構造に適用した図を示す。
【符号の説明】
１０ ＤＦＢ半導体構造 １２ 活性層 １６ 回折格子 １８ 中央領域 ２２、２４ 半電極 ２５ 電極 ２６ 電源 ３０ 中央電極 ＳＥ１ 第１のサブアッセンブリ ＳＥ２ 第２のサブアッセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラドウアン デロウィシュ フランス国， 75014 パリ， ブウルヴ ァール ジュールダン 45Ａ番地

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性層（１２）と、少なくとも前記活性
    層（１２）の一部分に光学的に結合された回折格子（１
    ６）とを含む積層により形成された分散フィードバック
    （ＤＦＢ）半導体構造（１０）を備え、周波数変調され
    た光信号用のフォトレシーバにおいて、 前記回折格子（１６）は光学的な位相シフトを発生させ
    る中央領域（１８）を有し、前記ＤＦＢ半導体構造（１
    ０）は電源（２６）に接続された電源電極（２２、２
    ４）により覆われ、更に前記フォトレシーバは前記ＤＦ
    Ｂ半導体構造（１０）の端子から電圧をタッピングする
    ための手段を備え、前記フォトレシーバは前記ＤＦＢ半
    導体構造（１０）の端子から電圧をタッピングするため
    の前記手段が光学的な位相シフトを発生させる前記回折
    格子（１６）の中央領域（１８）上に配置された中央電
    極（３０）により構成され、前記電源電極は電気的に絶
    縁された２つの長手方向向の半電極（２２、２４）に細
    分され、かつ前記中央電極（３０）の両側に配置されて
    いることを特徴とするフォトレシーバ。
  2. 【請求項２】 位相シフトを発生させる前記回折格子
    （１６）の前記中央領域（１８）は、前記回折格子の間
    隔が局部的に減少若しくは増加している領域（１８
    ａ）、又は前記回折格子の幅が増加している領域（１８
    ｂ）若しくは減少している領域（１８ｃ）であり、前記
    間隔は一定のままであることを特徴とする請求項１記載
    のフォトレシーバ。
  3. 【請求項３】 前記活性層（１２）は固体又は多重量子
    ウェル半導体層であることを特徴とする請求項１記載の
    フォトレシーバ。
  4. 【請求項４】 トランスミッタ・レシーバにおいて、請
    求項１から請求項３までのうちのいずれかの項に記載の
    前記フォトレシーバにより構成されると共に、前記トラ
    ンスミッタ・レシーバは自然周波数Ｆo 及び入射光信号
    の周波数Ｆiに同調された動作周波数を有するレーザの
    ような振舞いをし、受信した光周波数の周波数Ｆi と自
    然周波数Ｆo との間の周波数差Ｆi −Ｆo は前記レーザ
    の周波数同期帯域に対応する幅以下に保持されているこ
    とを特徴とするトランスミッタ・レシーバ。
  5. 【請求項５】 第１のトランスミッタ・レシーバアッセ
    ンブリ（ＳＥ１）と、光伝送線（ＦＯ）と、第２のトラ
    ンスミッタ・レシーバアッセンブリ（ＳＥ２）とに関連
    する双方向光リンクにおいて、前記第１及び第２のトラ
    ンスミッタ・レシーバ・アッセンブリ（ＳＥ１、ＳＥ
    ２）は請求項４記載のトランスミッタを備えていること
    を特徴とする双方向光リンク。
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