JPH0587635A - 回折格子を有する光検出装置 - Google Patents
回折格子を有する光検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】波長トラッキング機能やモニター機能などを有
する回折格子を持つ光検出装置である。 【構成】回折格子が半導体光導波層４を含む光導波路に
形成され、この光導波路の外部に出射される回折光は複
数部分から成る光検出素子列１１で受光される。光導波
路に入射する光の波長変動による回折光の出射角の変化
はこの光検出素子列１１で検出され、この検出情報に基
づいて光導波路に注入される電流が制御されて光導波路
のブラッグ波長が調整される。これで、回折光が常に光
検出素子列１１の特定部分に入射する様にされて、波長
トラッキングを行ないつつ光検出が行なわれる。この検
出情報は、半導体レーザなど他のものの制御にも用いら
れる。
する回折格子を持つ光検出装置である。 【構成】回折格子が半導体光導波層４を含む光導波路に
形成され、この光導波路の外部に出射される回折光は複
数部分から成る光検出素子列１１で受光される。光導波
路に入射する光の波長変動による回折光の出射角の変化
はこの光検出素子列１１で検出され、この検出情報に基
づいて光導波路に注入される電流が制御されて光導波路
のブラッグ波長が調整される。これで、回折光が常に光
検出素子列１１の特定部分に入射する様にされて、波長
トラッキングを行ないつつ光検出が行なわれる。この検
出情報は、半導体レーザなど他のものの制御にも用いら
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野などにおい
て使用される光検出装置に関する。この光検出装置は、
受光光の波長変動などを検出ないしモニターして、その
検出信号をフィルタリングないし分波作用部の波長トラ
ッキングの為に用いたり、レーザ発振光の波長および／
または出力の制御の為に用いたりする。また、このよう
な光検出装置は、光通信ネットワークないしシステムの
送受信端局に好適に用いられる。
て使用される光検出装置に関する。この光検出装置は、
受光光の波長変動などを検出ないしモニターして、その
検出信号をフィルタリングないし分波作用部の波長トラ
ッキングの為に用いたり、レーザ発振光の波長および／
または出力の制御の為に用いたりする。また、このよう
な光検出装置は、光通信ネットワークないしシステムの
送受信端局に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】従来、０．８μｍ帯での波長多重通信に
おいて、１波当りの波長帯幅は、受信側のフィルターの
性能などを考慮して、２０ｎｍ程度とかなり広く設定さ
れている。その為、この帯域で送信光の波長が多少変動
しても十分受信可能で波長多重通信に支障を与える様な
ことは無く、受信側で各通信波長に対して波長トラッキ
ング機能は必要とされていなかった。
おいて、１波当りの波長帯幅は、受信側のフィルターの
性能などを考慮して、２０ｎｍ程度とかなり広く設定さ
れている。その為、この帯域で送信光の波長が多少変動
しても十分受信可能で波長多重通信に支障を与える様な
ことは無く、受信側で各通信波長に対して波長トラッキ
ング機能は必要とされていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、波長トラッキング機能が必要とされない代わりに、
１波当りの帯域が広いので波長の多重度を増加させるこ
とが困難であり、波長多重通信の利点が十分に生かされ
ていなかった。
は、波長トラッキング機能が必要とされない代わりに、
１波当りの帯域が広いので波長の多重度を増加させるこ
とが困難であり、波長多重通信の利点が十分に生かされ
ていなかった。
【０００４】従って、本発明の目的は、この問題点に鑑
み、波長多重通信において１波当りの波長帯幅を狭く設
定して波長多重度を増加できる様にする等の為に利用さ
れる受光光の波長変動等の検出機能を持つ光検出装置を
提供することにある。
み、波長多重通信において１波当りの波長帯幅を狭く設
定して波長多重度を増加できる様にする等の為に利用さ
れる受光光の波長変動等の検出機能を持つ光検出装置を
提供することにある。
【０００５】また、本発明の他の目的は、この問題点に
鑑み、波長多重通信などにおいて送信側の光源となるレ
ーザ装置の発振波長および／または出力モニター機能を
持つレーザ装置用の光検出装置を提供することにある。
鑑み、波長多重通信などにおいて送信側の光源となるレ
ーザ装置の発振波長および／または出力モニター機能を
持つレーザ装置用の光検出装置を提供することにある。
【０００６】また、本発明の他の目的は、この問題点に
鑑み、波長多重度を大幅に増加できる上記光検出装置を
含む光通信ネットワークを提供することにある。
鑑み、波長多重度を大幅に増加できる上記光検出装置を
含む光通信ネットワークを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による第１の光検出装置においては、光が入力される
半導体光導波路と、該導波路に形成された回折格子と、
該導波路に電流を注入する為の電極と、該導波路の外部
に出射される回折光を検出する為の複数部分から成る光
検出手段とを有することを特徴とする。
明による第１の光検出装置においては、光が入力される
半導体光導波路と、該導波路に形成された回折格子と、
該導波路に電流を注入する為の電極と、該導波路の外部
に出射される回折光を検出する為の複数部分から成る光
検出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】より具体的には、前記光検出手段は、複数
の光検出素子から成る光検出素子列で構成されていたり
する。
の光検出素子から成る光検出素子列で構成されていたり
する。
【０００９】この本発明の第１の構成では、導波路に入
射する光の波長変動による回折光の出射角の変化を光検
出手段で検出し、この検出情報に基づいて、例えば、導
波路への注入電流を制御してプラズマ効果など（キャリ
ア注入による屈折率変化を利用）で導波路のブラッグ波
長を変化させ、常に特定の光検出手段の部分に回折光が
入射する様になっている。
射する光の波長変動による回折光の出射角の変化を光検
出手段で検出し、この検出情報に基づいて、例えば、導
波路への注入電流を制御してプラズマ効果など（キャリ
ア注入による屈折率変化を利用）で導波路のブラッグ波
長を変化させ、常に特定の光検出手段の部分に回折光が
入射する様になっている。
【００１０】上記目的を達成する本発明による第２の光
検出装置においては、光が入力される半導体光導波路
と、該導波路に形成された回折格子と、該導波路に電圧
を印加する為の電極と、該回折格子が形成された領域か
ら光波長以内の距離に形成された少なくとも１層の厚さ
がドブロイ波長以下の量子井戸とを有することを特徴と
する。
検出装置においては、光が入力される半導体光導波路
と、該導波路に形成された回折格子と、該導波路に電圧
を印加する為の電極と、該回折格子が形成された領域か
ら光波長以内の距離に形成された少なくとも１層の厚さ
がドブロイ波長以下の量子井戸とを有することを特徴と
する。
【００１１】この本発明の第２の構成では、量子井戸構
造を用いることにより、回折格子のブラッグ波長の可変
幅が拡大し、波長トラッキング幅を拡大でき、また波長
可変時の応答特性が改善される。
造を用いることにより、回折格子のブラッグ波長の可変
幅が拡大し、波長トラッキング幅を拡大でき、また波長
可変時の応答特性が改善される。
【００１２】上記目的を達成する本発明による第３の光
検出装置においては、光が入力される半導体光導波路
と、該導波路に形成された回折格子と、該導波路に電圧
を印加する為の電極とを有し、該回折格子が形成された
領域から光波長以内の距離の該光導波路の部分に、少な
くとも２層の量子井戸とその間の障壁層を含む層が形成
され、該障壁層は光導波路に印加する電圧によって量子
井戸間の結合状態を変化可能な厚さ、ポテンシャル形状
に形成されていることにより、波長可変幅を更に拡大し
たものである。
検出装置においては、光が入力される半導体光導波路
と、該導波路に形成された回折格子と、該導波路に電圧
を印加する為の電極とを有し、該回折格子が形成された
領域から光波長以内の距離の該光導波路の部分に、少な
くとも２層の量子井戸とその間の障壁層を含む層が形成
され、該障壁層は光導波路に印加する電圧によって量子
井戸間の結合状態を変化可能な厚さ、ポテンシャル形状
に形成されていることにより、波長可変幅を更に拡大し
たものである。
【００１３】より具体的には、前記量子井戸がｐ型及び
ｎ型の一方の導電型に形成され、該障壁層が高抵抗層で
形成されていたり、前記障壁層が短周期の超格子で形成
されていたり、前記障壁層のポテンシャルがフラットバ
ンド状態で傾斜している様に形成されていたり、前記量
子井戸がＡｌxＧａ1-xＡｓ、前記障壁層がＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成され、そして該障壁層の
厚さが３ｎｍ以上、１５ｎｍ以下であったりする。
ｎ型の一方の導電型に形成され、該障壁層が高抵抗層で
形成されていたり、前記障壁層が短周期の超格子で形成
されていたり、前記障壁層のポテンシャルがフラットバ
ンド状態で傾斜している様に形成されていたり、前記量
子井戸がＡｌxＧａ1-xＡｓ、前記障壁層がＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成され、そして該障壁層の
厚さが３ｎｍ以上、１５ｎｍ以下であったりする。
【００１４】上記目的を達成する本発明による第４の構
成を有する光検出装置においては、導波路のブラッグ波
長を注入電流または印加電圧によって変化させるための
電極の他に、１個以上の電流注入用の電極が形成され、
光増幅機能を有することを特徴とする。光増幅部が光入
射端に存在する場合は、入射端面に無反射コーティング
を施すことにより、増幅幅を増大できる。入射光は、光
増幅部において信号光の増幅とともに自然放出光が重畳
されるが、単位波長あたりの自然放出光量は少ないの
で、雑音の増大もわずかで、最小検出感度を大幅に向上
できる。
成を有する光検出装置においては、導波路のブラッグ波
長を注入電流または印加電圧によって変化させるための
電極の他に、１個以上の電流注入用の電極が形成され、
光増幅機能を有することを特徴とする。光増幅部が光入
射端に存在する場合は、入射端面に無反射コーティング
を施すことにより、増幅幅を増大できる。入射光は、光
増幅部において信号光の増幅とともに自然放出光が重畳
されるが、単位波長あたりの自然放出光量は少ないの
で、雑音の増大もわずかで、最小検出感度を大幅に向上
できる。
【００１５】上記目的を達成する本発明による第５の構
成を有する光検出装置においては、光導波路の外部に出
射される回折光を受光するための複数の光検出器が、導
波路方向に短かい受光面を持つ光検出器と、長い受光面
を持つ光検出器で構成されていることを特徴とする。こ
れにより、回折格子のブラッグ波長から、かなり離れた
波長の入射光も検出できるため、迅速な波長チューニン
グが可能になる。また、波長多重された信号光の中から
特定の複数の波長の光信号を同時に分波検出することが
可能になる。
成を有する光検出装置においては、光導波路の外部に出
射される回折光を受光するための複数の光検出器が、導
波路方向に短かい受光面を持つ光検出器と、長い受光面
を持つ光検出器で構成されていることを特徴とする。こ
れにより、回折格子のブラッグ波長から、かなり離れた
波長の入射光も検出できるため、迅速な波長チューニン
グが可能になる。また、波長多重された信号光の中から
特定の複数の波長の光信号を同時に分波検出することが
可能になる。
【００１６】上記目的を達成する本発明による第６の構
成を有する光検出装置においては、複数の光検出器を、
導波路に沿って複数列、しかも、その受光面が導波路に
沿う方向で、総合的に見て、連続するように配置するこ
とを特徴とする。これにより、光検出装置全体をコンパ
クトにしたり、受光面の導波路方向の長さを短くして、
光検出装置の波長分解能を向上させることが可能にな
る。
成を有する光検出装置においては、複数の光検出器を、
導波路に沿って複数列、しかも、その受光面が導波路に
沿う方向で、総合的に見て、連続するように配置するこ
とを特徴とする。これにより、光検出装置全体をコンパ
クトにしたり、受光面の導波路方向の長さを短くして、
光検出装置の波長分解能を向上させることが可能にな
る。
【００１７】更に、上記他の目的を達成する本発明によ
る波長および／または出力モニター機能を有する半導体
レーザ装置用の光検出装置においては、半導体レーザの
光軸上に、回折格子を有する半導体光導波路と、該導波
路に電流を注入するかまたは電圧を印加する為の電極
と、該導波路の外部に出射される回折光を検出する為の
複数部分から成る光検出手段とを有することを特徴とす
る。この本発明の構成では、モニター部の導波路に入射
する光の波長変動による回折光の出射角の変化などを光
検出手段で検出し、この検出情報を半導体レーザ側へフ
ィードバックして、半導体レーザの波長および／または
出力を所望の値に維持する様になっている。
る波長および／または出力モニター機能を有する半導体
レーザ装置用の光検出装置においては、半導体レーザの
光軸上に、回折格子を有する半導体光導波路と、該導波
路に電流を注入するかまたは電圧を印加する為の電極
と、該導波路の外部に出射される回折光を検出する為の
複数部分から成る光検出手段とを有することを特徴とす
る。この本発明の構成では、モニター部の導波路に入射
する光の波長変動による回折光の出射角の変化などを光
検出手段で検出し、この検出情報を半導体レーザ側へフ
ィードバックして、半導体レーザの波長および／または
出力を所望の値に維持する様になっている。
【００１８】また、上記他の目的を達成する本発明によ
る光通信ネットワークでは、異なる波長の光信号を送出
する１つ以上の送信端局と複数の波長の光信号を受信す
る１つ以上の受信端局が、光伝送路で接続された光通信
ネットワークにおいて、少なくとも１つの受信端局に上
記本発明の光検出装置を備えることを特徴とする。ま
た、該光通信ネットワークにおいて、少なくとも１つの
送信端局に上記本発明の半導体レーザを有する光検出装
置を備えることを特徴とする。
る光通信ネットワークでは、異なる波長の光信号を送出
する１つ以上の送信端局と複数の波長の光信号を受信す
る１つ以上の受信端局が、光伝送路で接続された光通信
ネットワークにおいて、少なくとも１つの受信端局に上
記本発明の光検出装置を備えることを特徴とする。ま
た、該光通信ネットワークにおいて、少なくとも１つの
送信端局に上記本発明の半導体レーザを有する光検出装
置を備えることを特徴とする。
【００１９】
【実施例】第１実施例 以下、本発明の第１実施例を図１および図２で説明す
る。図１は、本発明に基づく回折格子付き光導波路と光
検出素子列を有する光検出装置の第１実施例の構成図で
ある。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に、順に、
ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層３、ＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ光導波層４（０≦ｙ＜ｘ＜１となっている。これによ
り光閉じ込め層３のエネルギーギャップの方が光導波層
４のそれより大きくなって、層３の屈折率が小さくなり
光閉じ込め機能を果たす）、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉
じ込め層６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層７（０
＜ｚ＜１）が形成される。横方向の閉じ込めは、ストラ
イプ形状部を除く両側エッチング後の再成長で積層され
た高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層５で行なわれる。
る。図１は、本発明に基づく回折格子付き光導波路と光
検出素子列を有する光検出装置の第１実施例の構成図で
ある。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に、順に、
ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層３、ＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ光導波層４（０≦ｙ＜ｘ＜１となっている。これによ
り光閉じ込め層３のエネルギーギャップの方が光導波層
４のそれより大きくなって、層３の屈折率が小さくなり
光閉じ込め機能を果たす）、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉
じ込め層６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層７（０
＜ｚ＜１）が形成される。横方向の閉じ込めは、ストラ
イプ形状部を除く両側エッチング後の再成長で積層され
た高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層５で行なわれる。
【００２０】コンタクト層７の上には、回折光出射用窓
９が形成された上部ｐ型電極８が形成され、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２の裏面には、ｎ型電極１が形成されている。ま
た、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層４の内部若しくは導波層
４から光の波長範囲内の位置に、回折格子（不図示）が
形成されている。更に、回折格子付き光導波路の回折光
出射用窓９の真上には、３個の素子ＰＤ１、２、３から
成る光検出素子列１１が配置されている。
９が形成された上部ｐ型電極８が形成され、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２の裏面には、ｎ型電極１が形成されている。ま
た、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層４の内部若しくは導波層
４から光の波長範囲内の位置に、回折格子（不図示）が
形成されている。更に、回折格子付き光導波路の回折光
出射用窓９の真上には、３個の素子ＰＤ１、２、３から
成る光検出素子列１１が配置されている。
【００２１】以上の構成において、導波路に光が入力す
ると、光導波層４内又はこれを含む導波路の付近に形成
されている回折格子により回折光が導波路上面に出射さ
れる。
ると、光導波層４内又はこれを含む導波路の付近に形成
されている回折格子により回折光が導波路上面に出射さ
れる。
【００２２】回折光の垂直方向からの傾斜角θは、回折
格子のピッチΛと入射光の波長λに対し、次の関係を満
たす。 ｓｉｎθ＝ｎef−ｑλ／Λ （１） ここで、ｑは整数、ｎefを導波路の等価屈折率である。
格子のピッチΛと入射光の波長λに対し、次の関係を満
たす。 ｓｉｎθ＝ｎef−ｑλ／Λ （１） ここで、ｑは整数、ｎefを導波路の等価屈折率である。
【００２３】導波路に対し、ほぼ垂直な回折光の傾斜角
θはほぼ零（θ≒ｓｉｎΘ〜０）になるので、回折格子
のピッチΛは、 Λ〜ｑλ／ｎef に設定されることになる。入射光の波長変化ｄλに対す
る傾斜角θの変化分ｄθは、（１）式を微分して次式で
与えられる。 ｄθ／ｄλ＝（ｄｎef／ｄλ−ｑ／Λ） （２） 本実施例では、導波路の等価屈折率は３．４〜３．５と
なるので０．８μｍ帯の入射光に対し、およそ０．２４
μｍの回折格子を形成する（ｑ＝１）。
θはほぼ零（θ≒ｓｉｎΘ〜０）になるので、回折格子
のピッチΛは、 Λ〜ｑλ／ｎef に設定されることになる。入射光の波長変化ｄλに対す
る傾斜角θの変化分ｄθは、（１）式を微分して次式で
与えられる。 ｄθ／ｄλ＝（ｄｎef／ｄλ−ｑ／Λ） （２） 本実施例では、導波路の等価屈折率は３．４〜３．５と
なるので０．８μｍ帯の入射光に対し、およそ０．２４
μｍの回折格子を形成する（ｑ＝１）。
【００２４】このとき、入射光の波長変化に対する傾斜
角の変化は、 ｄθ／ｄλ〜−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍ であった。
角の変化は、 ｄθ／ｄλ〜−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍ であった。
【００２５】回折光のファーフィールドパターン（ＦＦ
Ｐ）は、導波路に沿う方向では非常に狭く、その広がり
角（θp ）は０．２°程度であり、導波路を横切る方向
では広くその広がり角（θt ）は１５°程度である。従
って、入射光の波長が０．５ｎｍ程度変化すれば、出射
角即ち傾斜角θは〜０．２°変化するので、導波路に沿
う方向で回折光のビーム径程度変化することになる。よ
って、光検出素子列１１の導波路に沿う方向の各素子Ｐ
Ｄ１、２、３の受光面のサイズを回折光のビーム径（θ
p ）程度にすれば、０．５ｎｍ程度の波長変化を検出で
きる。
Ｐ）は、導波路に沿う方向では非常に狭く、その広がり
角（θp ）は０．２°程度であり、導波路を横切る方向
では広くその広がり角（θt ）は１５°程度である。従
って、入射光の波長が０．５ｎｍ程度変化すれば、出射
角即ち傾斜角θは〜０．２°変化するので、導波路に沿
う方向で回折光のビーム径程度変化することになる。よ
って、光検出素子列１１の導波路に沿う方向の各素子Ｐ
Ｄ１、２、３の受光面のサイズを回折光のビーム径（θ
p ）程度にすれば、０．５ｎｍ程度の波長変化を検出で
きる。
【００２６】波長分解能は上方に回折される回折光の導
波路に沿う方向の広がり角（θp ）によって制限されて
いるので、回折格子付き導波路の回折格子と光導波路の
結合効率を小さくし且つ回折格子付き光導波路を長くす
ることにより、θp を狭くし、波長分解能を上げること
が可能である。
波路に沿う方向の広がり角（θp ）によって制限されて
いるので、回折格子付き導波路の回折格子と光導波路の
結合効率を小さくし且つ回折格子付き光導波路を長くす
ることにより、θp を狭くし、波長分解能を上げること
が可能である。
【００２７】図２は、波長トラッキング機能を有する図
１の光検出装置の簡単なブロック図である。図２におい
て、先ず受信開始前の初期設定として、光導波路に入射
した光の回折光の強度分布の最強領域が光検出素子列１
１の中央の素子ＰＤ２に入射される様に、光導波路の注
入電流を注入電流制御回路１５で制御して回折格子のブ
ラッグ波長を変化させる。この時、他の検出素子ＰＤ
１、ＰＤ３への入射光量は、両者等しいかゼロになる様
に設定されている。この状態で受信を開始する。
１の光検出装置の簡単なブロック図である。図２におい
て、先ず受信開始前の初期設定として、光導波路に入射
した光の回折光の強度分布の最強領域が光検出素子列１
１の中央の素子ＰＤ２に入射される様に、光導波路の注
入電流を注入電流制御回路１５で制御して回折格子のブ
ラッグ波長を変化させる。この時、他の検出素子ＰＤ
１、ＰＤ３への入射光量は、両者等しいかゼロになる様
に設定されている。この状態で受信を開始する。
【００２８】受信中に入射光の波長が長い方へ変化する
と、検出素子ＰＤ２の入射光量が減少すると共に、検出
素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出素子ＰＤ３の入射光
量は減少するかゼロのままである。比較回路１６で、Ｐ
Ｄ１（検出素子ＰＤ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ
２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演算することで、この入射
光の波長の変化の量と方向が分かる。そこで、比較回路
１６で注入電流制御回路１５を制御して光導波路への注
入電流を減少させて、回折格子のブラッグ波長を長波長
側へシフトさせる。これで、検出素子ＰＤ１、ＰＤ３の
入射光量を等しくさせるかゼロにすることにより、回折
光の入射最強領域が中央の検出素子ＰＤ２になる様にす
る。一方、入射光の波長が短い方へ変化して上記入射光
量が逆に変化した場合は、光導波路への注入電流を同様
の仕方で増加させて回折格子のブラッグ波長を短波側へ
シフトさせ、同様に回折光の出射角を制御する。こうし
て、入射光の波長が変化しても光導波路からの回折光が
常に光検出素子列１１の中央の検出素子ＰＤ２へ入射す
る様にでき、入射光の波長トラッキングが可能となる。
この際、注入電流と回折格子のブラッグ波長との関係
は、前もって測定されていて注入電流制御回路１５に記
憶されている。
と、検出素子ＰＤ２の入射光量が減少すると共に、検出
素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出素子ＰＤ３の入射光
量は減少するかゼロのままである。比較回路１６で、Ｐ
Ｄ１（検出素子ＰＤ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ
２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演算することで、この入射
光の波長の変化の量と方向が分かる。そこで、比較回路
１６で注入電流制御回路１５を制御して光導波路への注
入電流を減少させて、回折格子のブラッグ波長を長波長
側へシフトさせる。これで、検出素子ＰＤ１、ＰＤ３の
入射光量を等しくさせるかゼロにすることにより、回折
光の入射最強領域が中央の検出素子ＰＤ２になる様にす
る。一方、入射光の波長が短い方へ変化して上記入射光
量が逆に変化した場合は、光導波路への注入電流を同様
の仕方で増加させて回折格子のブラッグ波長を短波側へ
シフトさせ、同様に回折光の出射角を制御する。こうし
て、入射光の波長が変化しても光導波路からの回折光が
常に光検出素子列１１の中央の検出素子ＰＤ２へ入射す
る様にでき、入射光の波長トラッキングが可能となる。
この際、注入電流と回折格子のブラッグ波長との関係
は、前もって測定されていて注入電流制御回路１５に記
憶されている。
【００２９】第２実施例 図３は、本発明の第２実施例である。光導波路から出射
される回折光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）
は、前述したように、導波路に沿う方向では非常に狭く
その広がり角（θｐ）は０．２°以下であり、導波路を
横切る方向では広く、その広がり角（θt）は１５°程
度である。このように導波路を横切る方向における広が
り角が大きいので、光検出素子列１１に入射する光量
は、全放射光量の数％程度になってしまう。
される回折光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）
は、前述したように、導波路に沿う方向では非常に狭く
その広がり角（θｐ）は０．２°以下であり、導波路を
横切る方向では広く、その広がり角（θt）は１５°程
度である。このように導波路を横切る方向における広が
り角が大きいので、光検出素子列１１に入射する光量
は、全放射光量の数％程度になってしまう。
【００３０】そこで、光導波路と光検出素子列１１の間
にシリンドリカルレンズ１２を配置して、回折光の導波
路を横切る方向の集光を行なうことにより検出素子列１
１に入射する光量を増加させ、光導波路に入射する光が
弱くても波長トラッキングが有効に行なわれるようにし
たものである。その他の構成は、第１実施例と同じであ
る。図３において、図１と同一符号で示すものは、同一
機能部分ないし素子を表わす。
にシリンドリカルレンズ１２を配置して、回折光の導波
路を横切る方向の集光を行なうことにより検出素子列１
１に入射する光量を増加させ、光導波路に入射する光が
弱くても波長トラッキングが有効に行なわれるようにし
たものである。その他の構成は、第１実施例と同じであ
る。図３において、図１と同一符号で示すものは、同一
機能部分ないし素子を表わす。
【００３１】第３実施例 次に、本発明の第３実施例を図４で説明する。図４は、
本発明に基づく回折格子付き光導波路と光検出素子列を
有する光検出装置の第３実施例の光入射側から見て左半
分を示す断面構成図である。同図において、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２２上に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド
層２３、厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ井戸層３１を１０層、
厚さ１０ｎｍのＡｌyＧａ1-yＡｓ層３２（０≦ｙ＜ｘ＜
１）を１１層交互に積層した超格子導波路層２４、周期
約２６０ｎｍの２次の回折格子３３、ｐ−ＡｌxＧａ1-x
Ａｓクラッド層２６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト
層２７が形成される。横方向の閉じ込めは、エッチング
後の再成長で積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込
み層２５で行なわれる。コンタクト層２７の上には、回
折光出射用窓２９が形成された上部ｐ型電極２８が形成
され、ｎ−ＧａＡｓ基板２２の裏面には、ｎ型電極２１
が形成されている。
本発明に基づく回折格子付き光導波路と光検出素子列を
有する光検出装置の第３実施例の光入射側から見て左半
分を示す断面構成図である。同図において、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２２上に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド
層２３、厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ井戸層３１を１０層、
厚さ１０ｎｍのＡｌyＧａ1-yＡｓ層３２（０≦ｙ＜ｘ＜
１）を１１層交互に積層した超格子導波路層２４、周期
約２６０ｎｍの２次の回折格子３３、ｐ−ＡｌxＧａ1-x
Ａｓクラッド層２６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト
層２７が形成される。横方向の閉じ込めは、エッチング
後の再成長で積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込
み層２５で行なわれる。コンタクト層２７の上には、回
折光出射用窓２９が形成された上部ｐ型電極２８が形成
され、ｎ−ＧａＡｓ基板２２の裏面には、ｎ型電極２１
が形成されている。
【００３２】この構成において、量子井戸３１は、回折
格子３３の領域から光波長以内の距離にあり、その厚さ
はドブロイ波長以下である。更に、回折格子付き光導波
路の回折光出射用窓２９の真上には、第１実施例の図１
に示すのと同じく、３個の素子ＰＤ１、２、３から成る
光検出素子列１１が配置されている。以上の構成におい
て、導波路に光が入射すると、光導波層２４内又はこれ
を含む導波路の付近に形成されている回折格子４３によ
り回折光が導波路上面に出射される。この時、入射光の
波長が回折格子３３のブラッグ波長と一致していれば上
記回折光は導波路から垂直な方向に出射される。この事
情は、第１実施例と同じである。
格子３３の領域から光波長以内の距離にあり、その厚さ
はドブロイ波長以下である。更に、回折格子付き光導波
路の回折光出射用窓２９の真上には、第１実施例の図１
に示すのと同じく、３個の素子ＰＤ１、２、３から成る
光検出素子列１１が配置されている。以上の構成におい
て、導波路に光が入射すると、光導波層２４内又はこれ
を含む導波路の付近に形成されている回折格子４３によ
り回折光が導波路上面に出射される。この時、入射光の
波長が回折格子３３のブラッグ波長と一致していれば上
記回折光は導波路から垂直な方向に出射される。この事
情は、第１実施例と同じである。
【００３３】第１実施例と異なる点は、第３実施例では
超格子導波路層２４に電流を注入するのではなく逆バイ
アスを印加する。逆バイアスを印加しない時の回折格子
３３のブラッグ波長は８７０ｎｍであり、量子井戸構造
３１、３２の吸収端は８５０ｎｍであり、従ってブラッ
グ波長の光（これは入射光である）に対し量子井戸構造
３１、３２は十分低損失になっている。電極２８に−５
Ｖの逆バイアスを印加すると、回折格子３３のブラッグ
波長は約７ｎｍ短くなった。これは、量子井戸構造３
１、３２のＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効
果）に伴う屈折率の大きな変化により生じたものであ
る。これにより、回折格子３３付き光導波路と複数の光
検出素子ＰＤ１、２、３で構成される波長トラッキング
機能を有する光検出装置の波長トラッキング帯域は、光
導波路へのキャリア注入によるプラズマ効果などによる
ブラッグ波長の可変幅（数ｎｍ程度）と比べて、８６３
〜８７０ｎｍと拡大された。また、波長可変時の応答速
度は、光導波路へのキャリア注入時間を要しないので、
キャリア注入する場合と比べて（この場合、キャリア注
入の為の時間を必要とするので数ｎｓｅｃと遅い）、５
００ｐｓｅｃ程度と大きく改善された。
超格子導波路層２４に電流を注入するのではなく逆バイ
アスを印加する。逆バイアスを印加しない時の回折格子
３３のブラッグ波長は８７０ｎｍであり、量子井戸構造
３１、３２の吸収端は８５０ｎｍであり、従ってブラッ
グ波長の光（これは入射光である）に対し量子井戸構造
３１、３２は十分低損失になっている。電極２８に−５
Ｖの逆バイアスを印加すると、回折格子３３のブラッグ
波長は約７ｎｍ短くなった。これは、量子井戸構造３
１、３２のＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効
果）に伴う屈折率の大きな変化により生じたものであ
る。これにより、回折格子３３付き光導波路と複数の光
検出素子ＰＤ１、２、３で構成される波長トラッキング
機能を有する光検出装置の波長トラッキング帯域は、光
導波路へのキャリア注入によるプラズマ効果などによる
ブラッグ波長の可変幅（数ｎｍ程度）と比べて、８６３
〜８７０ｎｍと拡大された。また、波長可変時の応答速
度は、光導波路へのキャリア注入時間を要しないので、
キャリア注入する場合と比べて（この場合、キャリア注
入の為の時間を必要とするので数ｎｓｅｃと遅い）、５
００ｐｓｅｃ程度と大きく改善された。
【００３４】動作も第１実施例とほとんど同じである。
図１をも参照しながら説明すると、先ず受信開始前の初
期設定として、光導波路に入射した光の回折光の強度分
布の最強領域が光検出素子列１１の中央の素子ＰＤ２に
入射される様に、光導波路への印加電圧を制御して回折
格子３３のブラッグ波長を変化させる。この時、他の検
出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量は、等しいかゼロに
なる様に設定されている。この状態で受信を開始し、受
信中に入射光の波長が長い方へ変化すると、検出素子Ｐ
Ｄ２の入射光量が減少すると共に、検出素子ＰＤ１の入
射光量が増加し、検出素子ＰＤ３の入射光量は減少する
かゼロのままである。比較手段で、ＰＤ１（検出素子Ｐ
Ｄ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ２−ＰＤ１（又は
ＰＤ３）を演算することで、この入射光の波長の変化の
量と方向が分かる。そこで、比較手段で電圧印加手段を
制御して光導波路への印加電圧を減少させて、回折格子
３３のブラッグ波長を長波長側へシフトさせ、検出素子
ＰＤ１、ＰＤ３の入射光量を等しくさせるかゼロにする
ことにより回折光の最強領域が中央の検出素子ＰＤ２に
入射される様にする。一方、入射光の波長が短い方へ変
化した場合は、光導波路への印加電圧を増大させて回折
格子３３のブラッグ波長を短波長側へシフトさせ、同様
に回折光の出射角を制御する。こうして、入射光の波長
が変化しても光導波路からの回折光が常に光検出素子列
１１の中央の検出素子ＰＤ２へ入射する様にでき、入射
光の波長トラッキングが可能となる。
図１をも参照しながら説明すると、先ず受信開始前の初
期設定として、光導波路に入射した光の回折光の強度分
布の最強領域が光検出素子列１１の中央の素子ＰＤ２に
入射される様に、光導波路への印加電圧を制御して回折
格子３３のブラッグ波長を変化させる。この時、他の検
出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量は、等しいかゼロに
なる様に設定されている。この状態で受信を開始し、受
信中に入射光の波長が長い方へ変化すると、検出素子Ｐ
Ｄ２の入射光量が減少すると共に、検出素子ＰＤ１の入
射光量が増加し、検出素子ＰＤ３の入射光量は減少する
かゼロのままである。比較手段で、ＰＤ１（検出素子Ｐ
Ｄ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ２−ＰＤ１（又は
ＰＤ３）を演算することで、この入射光の波長の変化の
量と方向が分かる。そこで、比較手段で電圧印加手段を
制御して光導波路への印加電圧を減少させて、回折格子
３３のブラッグ波長を長波長側へシフトさせ、検出素子
ＰＤ１、ＰＤ３の入射光量を等しくさせるかゼロにする
ことにより回折光の最強領域が中央の検出素子ＰＤ２に
入射される様にする。一方、入射光の波長が短い方へ変
化した場合は、光導波路への印加電圧を増大させて回折
格子３３のブラッグ波長を短波長側へシフトさせ、同様
に回折光の出射角を制御する。こうして、入射光の波長
が変化しても光導波路からの回折光が常に光検出素子列
１１の中央の検出素子ＰＤ２へ入射する様にでき、入射
光の波長トラッキングが可能となる。
【００３５】第４実施例 先ず、第４実施例の動作原理を説明する。超格子構造に
おいて、障壁層が薄く量子井戸が結合状態にある場合、
この超格子構造の屈折率（ｎ1とする）は、障壁層と量
子井戸層を混ぜた混晶（超格子構造に含まれる各成分を
これと同量の割合で含む様な混晶）の屈折率（ｎAとす
る）にほぼ等しいが（ｎ1≒ｎA）、障壁層が比較的厚
く、量子井戸層が結合状態にない場合の超格子構造の屈
折率（ｎ2とする）は広い波長範囲においてｎAより０．
１程度大きくなること（ｎA＋０．１≦ｎ2）が知られて
いる（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌ．１２，ｐ．３９７（１９
８３）参照）。
おいて、障壁層が薄く量子井戸が結合状態にある場合、
この超格子構造の屈折率（ｎ1とする）は、障壁層と量
子井戸層を混ぜた混晶（超格子構造に含まれる各成分を
これと同量の割合で含む様な混晶）の屈折率（ｎAとす
る）にほぼ等しいが（ｎ1≒ｎA）、障壁層が比較的厚
く、量子井戸層が結合状態にない場合の超格子構造の屈
折率（ｎ2とする）は広い波長範囲においてｎAより０．
１程度大きくなること（ｎA＋０．１≦ｎ2）が知られて
いる（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌ．１２，ｐ．３９７（１９
８３）参照）。
【００３６】従って、超格子構造の比較的厚い障壁層に
電界を印加してここのポテンシャル分布を変化させ、実
効的に障壁層のポテンシャル高さ、形状を変化させる
と、量子井戸間の結合状態が変化することになり、その
結果、超格子構造の屈折率が大きく変化する（量子井戸
間が結合状態にある時は比較的屈折率が小さく、結合状
態にない時は比較的屈折率が大きくなる）。
電界を印加してここのポテンシャル分布を変化させ、実
効的に障壁層のポテンシャル高さ、形状を変化させる
と、量子井戸間の結合状態が変化することになり、その
結果、超格子構造の屈折率が大きく変化する（量子井戸
間が結合状態にある時は比較的屈折率が小さく、結合状
態にない時は比較的屈折率が大きくなる）。
【００３７】本実施例は、こうした原理により、電圧印
加領域である超格子構造の半導体光導波路の屈折率を吸
収損失の増大を伴わないで大きく変化させ、回折格子の
ブラッグ波長を変化させることで、光導波路への入射光
の波長が変動しても外部へ出射する回折光が常に光検出
手段の所定部分に来て検出される様になっている。ここ
では、導波路へのキャリア注入により屈折率変化を利用
するものでも、また量子井戸を有する導波路に電界を印
加して量子準位エネルギー近傍の光の吸収増大により屈
折率の変化を利用するものでもなく、上記の如き態様で
超格子構造を用いるものなので、回折格子のブラッグ波
長の可変幅が更に拡大し、波長トラッキング幅を拡大で
き、また波長可変時の応答特性が更に改善される。ま
た、導波路の光吸収損失が増大するという欠点や、屈折
率変化が吸収端付近の波長の光に限定され利用できる光
もその辺りの波長に限定されるという様な欠点もない。
加領域である超格子構造の半導体光導波路の屈折率を吸
収損失の増大を伴わないで大きく変化させ、回折格子の
ブラッグ波長を変化させることで、光導波路への入射光
の波長が変動しても外部へ出射する回折光が常に光検出
手段の所定部分に来て検出される様になっている。ここ
では、導波路へのキャリア注入により屈折率変化を利用
するものでも、また量子井戸を有する導波路に電界を印
加して量子準位エネルギー近傍の光の吸収増大により屈
折率の変化を利用するものでもなく、上記の如き態様で
超格子構造を用いるものなので、回折格子のブラッグ波
長の可変幅が更に拡大し、波長トラッキング幅を拡大で
き、また波長可変時の応答特性が更に改善される。ま
た、導波路の光吸収損失が増大するという欠点や、屈折
率変化が吸収端付近の波長の光に限定され利用できる光
もその辺りの波長に限定されるという様な欠点もない。
【００３８】以下、第４実施例を図５で説明する。図５
は、本発明に基づく回折格子付き光導波路と光検出素子
列を有する光検出装置の第４実施例の半分を示す断面構
成図である。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基板４２上
に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層４３、厚さ
５ｎｍのｎ−ＧａＡｓ井戸層５１を１０層、厚さ６ｎｍ
の高抵抗ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５２（０≦ｙ＜ｘ＜１）を
１１層交互に積層した超格子導波路層４４、周期約２６
０ｎｍの回折格子５３、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド
層４６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層４７（０＜
ｚ＜１）が形成される。横方向の閉じ込めは、エッチン
グ後の再成長で積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め
込み層４５で行なわれる。コンタクト層４７の上には、
回折光出射用窓４９が形成された上部ｐ型電極４８が形
成され、ｎ−ＧａＡｓ基板４２の裏面には、ｎ型電極４
１が形成されている。
は、本発明に基づく回折格子付き光導波路と光検出素子
列を有する光検出装置の第４実施例の半分を示す断面構
成図である。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基板４２上
に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層４３、厚さ
５ｎｍのｎ−ＧａＡｓ井戸層５１を１０層、厚さ６ｎｍ
の高抵抗ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５２（０≦ｙ＜ｘ＜１）を
１１層交互に積層した超格子導波路層４４、周期約２６
０ｎｍの回折格子５３、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド
層４６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層４７（０＜
ｚ＜１）が形成される。横方向の閉じ込めは、エッチン
グ後の再成長で積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め
込み層４５で行なわれる。コンタクト層４７の上には、
回折光出射用窓４９が形成された上部ｐ型電極４８が形
成され、ｎ−ＧａＡｓ基板４２の裏面には、ｎ型電極４
１が形成されている。
【００３９】この構成において、量子井戸５１は、回折
格子５３の領域から光波長以内の距離にあり、その厚さ
はドブロイ波長以下である。更に、回折格子付き光導波
路の回折光出射用窓４９の真上には、第１実施例の図１
に示す如く、３個の素子ＰＤ１、２、３から成る光検出
素子列１１が配置されている。
格子５３の領域から光波長以内の距離にあり、その厚さ
はドブロイ波長以下である。更に、回折格子付き光導波
路の回折光出射用窓４９の真上には、第１実施例の図１
に示す如く、３個の素子ＰＤ１、２、３から成る光検出
素子列１１が配置されている。
【００４０】以上の構成において、導波路に光が入力す
ると、光導波層４４内又はこれを含む導波路の付近に形
成されている回折格子５３により回折光が導波路上面に
出射される。この時、入射光の波長が回折格子５３のブ
ラッグ波長と一致していれば上記回折光は導波路から垂
直な方向に出射される。この事情は、上記第１実施例と
同じである。
ると、光導波層４４内又はこれを含む導波路の付近に形
成されている回折格子５３により回折光が導波路上面に
出射される。この時、入射光の波長が回折格子５３のブ
ラッグ波長と一致していれば上記回折光は導波路から垂
直な方向に出射される。この事情は、上記第１実施例と
同じである。
【００４１】第４実施例では、第３実施例と同様に、超
格子導波路層４４に逆バイアスを印加する。上記構成に
おいて、バイアスを印加しない時の回折格子５３のブラ
ッグ波長は８７５ｎｍであり、超格子導波路層４４の吸
収端は約８２０ｎｍであった。電極４８に−５Ｖの負バ
イアスを印加すると、回折格子５３のブラッグ波長は約
１０ｎｍ短くなった。これは、無バイアス時は障壁層５
２に印加される電界が自己バイアス（ｎ−クラッド層４
３とｐ−クラッド層４６によるもの）のみなので障壁層
５２のポテンシャル分布の傾斜は小さく、量子井戸５１
間の結合程度は小さいので、超格子導波路の屈折率は同
一Ａｌ組成の混晶の場合の値に比べておよそ０．１程度
大きな値であるからである。一方、負バイアスを印加す
ると、井戸層５１はｎ型にドープされている為に電界は
すべて障壁層５２に印加され、そのポテンシャルの傾斜
が大きくなるので、実効的に障壁層５２のポテンシャル
高さが低くなり、量子井戸５１間の結合程度が大きくな
って屈折率は同一Ａｌ組成の混晶の値に近付き小さくな
るからである。この時の屈折率の変化に対して、光吸収
の増大は伴わないので光導波路の光損失は変化しない。
これにより、回折格子５３付き光導波路と複数の光検出
素子ＰＤ１、２、３で構成される波長トラッキング機能
を有する光検出装置の波長トラッキング帯域は、光導波
路へのキャリア注入によるプラズマ効果などによるブラ
ッグ波長の可変幅（数ｎｍ程度）などと比べて、８６５
〜８７５ｎｍと拡大された。また、波長可変時の応答速
度は、光導波路へのキャリア注入時間を要しないので、
キャリア注入する場合と比べて（この場合、キャリア注
入の為の時間を必要とするので数ｎｓｅｃと遅い）、５
００ｐｓｅｃ程度と大きく改善された。
格子導波路層４４に逆バイアスを印加する。上記構成に
おいて、バイアスを印加しない時の回折格子５３のブラ
ッグ波長は８７５ｎｍであり、超格子導波路層４４の吸
収端は約８２０ｎｍであった。電極４８に−５Ｖの負バ
イアスを印加すると、回折格子５３のブラッグ波長は約
１０ｎｍ短くなった。これは、無バイアス時は障壁層５
２に印加される電界が自己バイアス（ｎ−クラッド層４
３とｐ−クラッド層４６によるもの）のみなので障壁層
５２のポテンシャル分布の傾斜は小さく、量子井戸５１
間の結合程度は小さいので、超格子導波路の屈折率は同
一Ａｌ組成の混晶の場合の値に比べておよそ０．１程度
大きな値であるからである。一方、負バイアスを印加す
ると、井戸層５１はｎ型にドープされている為に電界は
すべて障壁層５２に印加され、そのポテンシャルの傾斜
が大きくなるので、実効的に障壁層５２のポテンシャル
高さが低くなり、量子井戸５１間の結合程度が大きくな
って屈折率は同一Ａｌ組成の混晶の値に近付き小さくな
るからである。この時の屈折率の変化に対して、光吸収
の増大は伴わないので光導波路の光損失は変化しない。
これにより、回折格子５３付き光導波路と複数の光検出
素子ＰＤ１、２、３で構成される波長トラッキング機能
を有する光検出装置の波長トラッキング帯域は、光導波
路へのキャリア注入によるプラズマ効果などによるブラ
ッグ波長の可変幅（数ｎｍ程度）などと比べて、８６５
〜８７５ｎｍと拡大された。また、波長可変時の応答速
度は、光導波路へのキャリア注入時間を要しないので、
キャリア注入する場合と比べて（この場合、キャリア注
入の為の時間を必要とするので数ｎｓｅｃと遅い）、５
００ｐｓｅｃ程度と大きく改善された。
【００４２】超格子導波路層５１、５２のポテンシャル
分布には種々の態様があり、図６、７、８にその例を示
す。図６の例では、フラットバンド状態で障壁層５２−
１のポテンシャルが傾斜している様に超格子導波路層５
１−１、５２−１、クラッド層４３、４６を形成してい
る。図７の例では、障壁層５２−２のポテンシャルが傾
斜しつつ階段状になる様に超格子導波路層５１−２、５
２−２等を形成している。図８の例では、障壁層５２−
３が更に短周期の超格子で形成されている。これらの例
では、電圧を印加した際に量子井戸５１−１、５１−
２、５１−３間の結合が容易に生じることになる。
分布には種々の態様があり、図６、７、８にその例を示
す。図６の例では、フラットバンド状態で障壁層５２−
１のポテンシャルが傾斜している様に超格子導波路層５
１−１、５２−１、クラッド層４３、４６を形成してい
る。図７の例では、障壁層５２−２のポテンシャルが傾
斜しつつ階段状になる様に超格子導波路層５１−２、５
２−２等を形成している。図８の例では、障壁層５２−
３が更に短周期の超格子で形成されている。これらの例
では、電圧を印加した際に量子井戸５１−１、５１−
２、５１−３間の結合が容易に生じることになる。
【００４３】動作は第３実施例とほとんど同じである。
図１をも参照しながら説明すると、先ず受信開始前の初
期設定として、光導波路に入射した光の回折光の強度分
布の最強領域が光検出素子列１１の中央の素子ＰＤ２に
入射される様に、光導波路４４の印加電圧を電圧印加手
段で制御して回折格子５３のブラッグ波長を変化させ
る。この時、他の検出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量
は、等しいかゼロになる様に設定されている。この状態
で受信を開始し、受信中に入射光の波長が長い方へ変化
すると、検出素子ＰＤ２の入射光量が減少すると共に、
検出素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出素子ＰＤ３の入
射光量は減少するかゼロのままである。比較手段で、Ｐ
Ｄ１（検出素子ＰＤ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ
２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演算することで、この入射
光の波長の変化の量と方向が分かる。そこで、比較手段
で電圧印加手段を制御して光導波路への印加電圧を変化
させて、回折格子５３のブラッグ波長を長波長側へシフ
トさせ、検出素子ＰＤ１、ＰＤ３の入射光量を等しくさ
せるかゼロにすることにより回折光の最強領域が中央の
検出素子ＰＤ２に入射される様にする。一方、入射光の
波長が短い方へ変化した場合は、光導波路への印加電圧
を反対方向に変化させて回折格子５３のブラッグ波長を
短波側へシフトさせ、同様に回折光の出射角を制御す
る。こうして、入射光の波長が変化しても光導波路から
の回折光が常に光検出素子列１１の中央の検出素子ＰＤ
２へ入射する様にでき、入射光の波長トラッキングが可
能となる。
図１をも参照しながら説明すると、先ず受信開始前の初
期設定として、光導波路に入射した光の回折光の強度分
布の最強領域が光検出素子列１１の中央の素子ＰＤ２に
入射される様に、光導波路４４の印加電圧を電圧印加手
段で制御して回折格子５３のブラッグ波長を変化させ
る。この時、他の検出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量
は、等しいかゼロになる様に設定されている。この状態
で受信を開始し、受信中に入射光の波長が長い方へ変化
すると、検出素子ＰＤ２の入射光量が減少すると共に、
検出素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出素子ＰＤ３の入
射光量は減少するかゼロのままである。比較手段で、Ｐ
Ｄ１（検出素子ＰＤ１の入射光量）−ＰＤ３、及びＰＤ
２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演算することで、この入射
光の波長の変化の量と方向が分かる。そこで、比較手段
で電圧印加手段を制御して光導波路への印加電圧を変化
させて、回折格子５３のブラッグ波長を長波長側へシフ
トさせ、検出素子ＰＤ１、ＰＤ３の入射光量を等しくさ
せるかゼロにすることにより回折光の最強領域が中央の
検出素子ＰＤ２に入射される様にする。一方、入射光の
波長が短い方へ変化した場合は、光導波路への印加電圧
を反対方向に変化させて回折格子５３のブラッグ波長を
短波側へシフトさせ、同様に回折光の出射角を制御す
る。こうして、入射光の波長が変化しても光導波路から
の回折光が常に光検出素子列１１の中央の検出素子ＰＤ
２へ入射する様にでき、入射光の波長トラッキングが可
能となる。
【００４４】第５実施例 上記第１実施例などによる波長トラッキング機能を有す
る光検出装置は、回折格子を形成した半導体光導波路、
電流注入または電圧印加用の電極、及び前記導波路の外
部に出射される回折光を受光できる位置に配置した複数
の光検出器、導波路に入射する光の波長変動による回折
光の出射角の変化を前記複数の光検出素子により検出し
常に特定の光検出素子に回折光が入射されるように導波
路のブラッグ波長を注入電流または印加電圧によって変
化させる制御手段によって構成されている。
る光検出装置は、回折格子を形成した半導体光導波路、
電流注入または電圧印加用の電極、及び前記導波路の外
部に出射される回折光を受光できる位置に配置した複数
の光検出器、導波路に入射する光の波長変動による回折
光の出射角の変化を前記複数の光検出素子により検出し
常に特定の光検出素子に回折光が入射されるように導波
路のブラッグ波長を注入電流または印加電圧によって変
化させる制御手段によって構成されている。
【００４５】しかしながら、これらの実施例では、入射
光強度が弱いと回折光の強度も弱くなり、検出強度が低
下してしまう。そこで、光導波路に光増幅機能を付加す
ることにより、装置の検出感度を大幅に改善できる。第
５実施例はこのような実施例である。
光強度が弱いと回折光の強度も弱くなり、検出強度が低
下してしまう。そこで、光導波路に光増幅機能を付加す
ることにより、装置の検出感度を大幅に改善できる。第
５実施例はこのような実施例である。
【００４６】図９は、本実施例の特徴をもっともよく表
わす図面であり、回折格子付き光導波路部１２３と光増
幅部１２２、光検出素子列１２１の配置を示している。
回折格子付き光導波路部１２３及び光増幅部１２２に
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ光閉じ込め層１１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ
＜１）光導波層１１４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込
み層１１５、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１１
６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０＜ｚ＜１）コンタクト層
１１７が形成されており、ｎ型基板１１２の反対側には
ｎ型電極１１１が形成されている。回折格子付き光導波
路部１２３には回折光出射用窓１２０が形成された上部
ｐ型電極１１９が形成されており、光増幅部１２２には
上部ｐ型電極１１８が形成されている。
わす図面であり、回折格子付き光導波路部１２３と光増
幅部１２２、光検出素子列１２１の配置を示している。
回折格子付き光導波路部１２３及び光増幅部１２２に
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ光閉じ込め層１１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ
＜１）光導波層１１４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込
み層１１５、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１１
６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０＜ｚ＜１）コンタクト層
１１７が形成されており、ｎ型基板１１２の反対側には
ｎ型電極１１１が形成されている。回折格子付き光導波
路部１２３には回折光出射用窓１２０が形成された上部
ｐ型電極１１９が形成されており、光増幅部１２２には
上部ｐ型電極１１８が形成されている。
【００４７】また、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層１１４内
部もしくは導波層１１４を含む光導波路から光の波長範
囲内の位置に、回折格子１２４が形成されている。３個
の光検出素子列１２１は、回折格子付き光導波路の回折
光出射用窓１２０の真上に配置されている。導波路の両
端面には無反射コーティング１２５が施されている。
部もしくは導波層１１４を含む光導波路から光の波長範
囲内の位置に、回折格子１２４が形成されている。３個
の光検出素子列１２１は、回折格子付き光導波路の回折
光出射用窓１２０の真上に配置されている。導波路の両
端面には無反射コーティング１２５が施されている。
【００４８】次に、本実施例の動作について説明する。
電極１１８より発振しきい電流以下の電流を注入した状
態で、無反射コーティング１２５を通して入射された光
は、光増幅部１２２を通ることで増幅され、回折格子１
２４によって回折光が導波路上面に出射される。この
時、出射される回折光の強度は、光増幅部１２２がある
ことで、前記実施例における回折光の強度よりも強いも
のとすることができる。光増幅部１２２では、信号光の
増幅とともに自然放出光が重畳されるが、各光検出素子
では、回折格子により波長成分に分岐された信号光が検
出されるため、重畳される自然放出光のうち信号光と同
一波長成分のみが雑音となる。従って、自然放出光の重
畳にもかかわらず、Ｓ／Ｎ比を大幅に改善できる。
電極１１８より発振しきい電流以下の電流を注入した状
態で、無反射コーティング１２５を通して入射された光
は、光増幅部１２２を通ることで増幅され、回折格子１
２４によって回折光が導波路上面に出射される。この
時、出射される回折光の強度は、光増幅部１２２がある
ことで、前記実施例における回折光の強度よりも強いも
のとすることができる。光増幅部１２２では、信号光の
増幅とともに自然放出光が重畳されるが、各光検出素子
では、回折格子により波長成分に分岐された信号光が検
出されるため、重畳される自然放出光のうち信号光と同
一波長成分のみが雑音となる。従って、自然放出光の重
畳にもかかわらず、Ｓ／Ｎ比を大幅に改善できる。
【００４９】導波路の構造は、光増幅部１２２および回
折格子付き光導波路部１２３とも同一の構成をとってい
るので、製造工程が簡易になる。また、両者間の光軸合
わせをする必要がなく結合損を考慮する必要がなくな
る。波長トラッキングの方法等については、第１実施例
などと同じである。
折格子付き光導波路部１２３とも同一の構成をとってい
るので、製造工程が簡易になる。また、両者間の光軸合
わせをする必要がなく結合損を考慮する必要がなくな
る。波長トラッキングの方法等については、第１実施例
などと同じである。
【００５０】第６実施例 図１０は、本発明の第６実施例の構成を示す図であり、
回折格子付き光導波路部１４３と第一の光増幅部１４
２、光検出素子列１４１、第二の光増幅部１４６の配置
を示している。回折格子付き光導波路部１４３及び第
一、第二の光増幅部１４２、１４６では、ｎ−ＧａＡｓ
基板１３２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１
３３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ＜１）光導波層１
３４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層１３５、ｐ−
ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１３６、ｐ−ＡｌzＧａ
1-zＡｓ（０＜ｚ＜１）コンタクト層１３７が、導波路
の長手方向を、基板１３２端面の法線方向に対して垂直
ではない或る角度に設定して、形成されている。ｎ型基
板１３２の反対側にはｎ型電極１３１が形成されてい
る。回折格子付き光導波路部１４３には、回折光出射用
窓１４０が形成された上部ｐ型電極１３９が形成されて
おり、光増幅部１４２、１４６には各々上部ｐ型電極１
３８、１４７が形成されている。
回折格子付き光導波路部１４３と第一の光増幅部１４
２、光検出素子列１４１、第二の光増幅部１４６の配置
を示している。回折格子付き光導波路部１４３及び第
一、第二の光増幅部１４２、１４６では、ｎ−ＧａＡｓ
基板１３２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１
３３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ＜１）光導波層１
３４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層１３５、ｐ−
ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１３６、ｐ−ＡｌzＧａ
1-zＡｓ（０＜ｚ＜１）コンタクト層１３７が、導波路
の長手方向を、基板１３２端面の法線方向に対して垂直
ではない或る角度に設定して、形成されている。ｎ型基
板１３２の反対側にはｎ型電極１３１が形成されてい
る。回折格子付き光導波路部１４３には、回折光出射用
窓１４０が形成された上部ｐ型電極１３９が形成されて
おり、光増幅部１４２、１４６には各々上部ｐ型電極１
３８、１４７が形成されている。
【００５１】また、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層１３４内
部もしくはそれを含む導波路から光の波長範囲内の位置
に、回折格子１４４が形成されている。３個の光検出素
子列１４１は、回折格子付き光導波路１４３の回折光出
射用窓１４０の真上に配置されている。次に、本実施例
の動作について説明する。導波路の端面を導波路の長手
方向に垂直ではない或る角度にすることで、端面での反
射を抑え、光増幅部１４２の発振しきい電流を大きな値
にすることができる。電極１３８より発振しきい電流以
下の電流を注入した状態で、無反射コーティングを通し
て入射された光は、光増幅部１４２を通ることで増幅さ
れ、回折格子１４４によって回折光が導波路上面に出射
される。この時、出射される回折光の強度は、光増幅部
１４２、１４６があることで、第１実施例などにおける
回折光の強度よりも強いものとすることができる。光増
幅部１４２では、信号光の増幅とともに自然放出光が重
畳されるが、光検出は、各波長に分岐して行うので、Ｓ
／Ｎ比は大幅に改善できる。
部もしくはそれを含む導波路から光の波長範囲内の位置
に、回折格子１４４が形成されている。３個の光検出素
子列１４１は、回折格子付き光導波路１４３の回折光出
射用窓１４０の真上に配置されている。次に、本実施例
の動作について説明する。導波路の端面を導波路の長手
方向に垂直ではない或る角度にすることで、端面での反
射を抑え、光増幅部１４２の発振しきい電流を大きな値
にすることができる。電極１３８より発振しきい電流以
下の電流を注入した状態で、無反射コーティングを通し
て入射された光は、光増幅部１４２を通ることで増幅さ
れ、回折格子１４４によって回折光が導波路上面に出射
される。この時、出射される回折光の強度は、光増幅部
１４２、１４６があることで、第１実施例などにおける
回折光の強度よりも強いものとすることができる。光増
幅部１４２では、信号光の増幅とともに自然放出光が重
畳されるが、光検出は、各波長に分岐して行うので、Ｓ
／Ｎ比は大幅に改善できる。
【００５２】また、第二の光増幅部１４６によって、透
過光のグレーティング１４４による損失分が補われ、入
射光と同じ強度の透過光が得られる。導波路の構造は、
第８実施例と同様、光増幅部１４２、１４６および回折
格子付き光導波路部１４３とも同一の構成をとっている
ので、製造工程が簡易になる。また、両者間の光軸合わ
せをする必要がなく、結合損を考慮する必要がなくな
る。
過光のグレーティング１４４による損失分が補われ、入
射光と同じ強度の透過光が得られる。導波路の構造は、
第８実施例と同様、光増幅部１４２、１４６および回折
格子付き光導波路部１４３とも同一の構成をとっている
ので、製造工程が簡易になる。また、両者間の光軸合わ
せをする必要がなく、結合損を考慮する必要がなくな
る。
【００５３】第７実施例 上記実施例では、入射光の波長に、回折格子のブラッグ
波長を近づけるために、回折格子付き光導波路に電流注
入や電界印加が出来るように構成されている。しかしな
がら、上記実施例では、光検出装置を立上げた際、入射
光の波長と回折格子付き光導波路のブラッグ波長が大き
く異なっている状態では、ブラッグ波長を入射光の波長
にチューニングするのに多少時間がかかってしまう。
波長を近づけるために、回折格子付き光導波路に電流注
入や電界印加が出来るように構成されている。しかしな
がら、上記実施例では、光検出装置を立上げた際、入射
光の波長と回折格子付き光導波路のブラッグ波長が大き
く異なっている状態では、ブラッグ波長を入射光の波長
にチューニングするのに多少時間がかかってしまう。
【００５４】第７実施例はこの問題点を解決するもので
ある。本実施例によれば、光導波路の外部に出射される
回折光を受光するための複数の光検出器が、導波路方向
に短かい受光面を持つ光検出器と、同方向に長い受光面
を持つ光検出器で構成されていることにより、回折格子
のブラッグ波長から、かなり離れた波長の入射光も検出
できるため、迅速な波長チューニングが可能になる。ま
た、波長多重された信号光の中から特定の複数の波長の
光信号を同時に分波検出することも可能になる。
ある。本実施例によれば、光導波路の外部に出射される
回折光を受光するための複数の光検出器が、導波路方向
に短かい受光面を持つ光検出器と、同方向に長い受光面
を持つ光検出器で構成されていることにより、回折格子
のブラッグ波長から、かなり離れた波長の入射光も検出
できるため、迅速な波長チューニングが可能になる。ま
た、波長多重された信号光の中から特定の複数の波長の
光信号を同時に分波検出することも可能になる。
【００５５】図１１は、第７実施例の特徴を最もよく表
わす構成図であり、回折格子付き光導波路と光検出器列
の配置を示している。回折格子付き光導波路は、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板６２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉込め層
６３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ＜１）光導波層６
４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋込み層６５、ｐ−Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ光閉込め層６６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０＜ｚ＜１）コンタクト層６７、回折光出射用窓６９
が形成された上部ｐ型電極６８が形成されており、ｎ−
ＧａＡｓ基板６２の反対側はｎ型電極６１が形成されて
いる。また、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層６４内部もしく
は導波層６４を含む導波路から光の波長範囲内の位置
に、回折格子が形成されている。５個の光検出器７１〜
７５は、導波路に沿う方向で、回折光出射窓６９の真上
に一列に配置されている。
わす構成図であり、回折格子付き光導波路と光検出器列
の配置を示している。回折格子付き光導波路は、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板６２上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉込め層
６３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ＜１）光導波層６
４、高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋込み層６５、ｐ−Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ光閉込め層６６、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０＜ｚ＜１）コンタクト層６７、回折光出射用窓６９
が形成された上部ｐ型電極６８が形成されており、ｎ−
ＧａＡｓ基板６２の反対側はｎ型電極６１が形成されて
いる。また、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層６４内部もしく
は導波層６４を含む導波路から光の波長範囲内の位置
に、回折格子が形成されている。５個の光検出器７１〜
７５は、導波路に沿う方向で、回折光出射窓６９の真上
に一列に配置されている。
【００５６】導波路に光が入射すると、回折格子により
回折光が導波路上面に出射される。この回折光のファー
フィールドパターン（ＦＦＰ）は、前述したように、導
波路に沿う方向（θｐ）で〜０．２°、導波路を横切る
方向（θｔ）で〜１５°である。また、回折光の出射角
θ（垂直方向からの傾斜角）と、入射光の波長と回折格
子のブラッグ波長との差異Δλの関係は、およそΔθ／
Δλ≒−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍで表わされる。
したがって、波長分解能〜０．５ｎｍを得るためには、
導波路に沿う方向の受光面の長さを、ＦＦＰのビーム径
程度にしなければならない。
回折光が導波路上面に出射される。この回折光のファー
フィールドパターン（ＦＦＰ）は、前述したように、導
波路に沿う方向（θｐ）で〜０．２°、導波路を横切る
方向（θｔ）で〜１５°である。また、回折光の出射角
θ（垂直方向からの傾斜角）と、入射光の波長と回折格
子のブラッグ波長との差異Δλの関係は、およそΔθ／
Δλ≒−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍで表わされる。
したがって、波長分解能〜０．５ｎｍを得るためには、
導波路に沿う方向の受光面の長さを、ＦＦＰのビーム径
程度にしなければならない。
【００５７】一方、入射光の波長が、回折格子のブラッ
グ波長から１０ｎｍ離れていても、回折光の出射角θの
Δλ依存性は、ほとんど変化しないので、この場合、出
射角は〜３°程度になる。つまり、１例として、光検出
器列７１〜７５と導波路の距離を１０ｍｍとすると、波
長分解能〜０．５ｎｍを得るためには、中央に配置され
た検出器７２、７３、７４の導波路に沿う方向の受光面
の長さは〜３０μｍ以下が必要であり、又、ブラッグ波
長から１０ｎｍ離れた光までを検出するためには、端に
配置された検出器７１、７５の導波路に沿う方向の受光
面の長さは、〜０．５ｍｍ程度必要となる。
グ波長から１０ｎｍ離れていても、回折光の出射角θの
Δλ依存性は、ほとんど変化しないので、この場合、出
射角は〜３°程度になる。つまり、１例として、光検出
器列７１〜７５と導波路の距離を１０ｍｍとすると、波
長分解能〜０．５ｎｍを得るためには、中央に配置され
た検出器７２、７３、７４の導波路に沿う方向の受光面
の長さは〜３０μｍ以下が必要であり、又、ブラッグ波
長から１０ｎｍ離れた光までを検出するためには、端に
配置された検出器７１、７５の導波路に沿う方向の受光
面の長さは、〜０．５ｍｍ程度必要となる。
【００５８】一方、ブラッグ波長の変化は、回折格子付
き光導波路に電流注入、又は電界印加することによる実
効屈折率の増大によって得られるものである。したがっ
て、入射光の波長は、電流注入がない場合、又は電界印
加がない場合のブラッグ波長１８より、常に短波長側に
設定される必要がある。しかし、回折格子付き光導波路
の温度が上昇すれば、ブラッグ波長は温度に対し〜０．
０７ｎｍ／ｄｅｇの依存性で、長波長側にシフトするの
で、ペルチェ素子による温度制御を追加すれば、ブラッ
グ波長の長波長側への変化も可能である。
き光導波路に電流注入、又は電界印加することによる実
効屈折率の増大によって得られるものである。したがっ
て、入射光の波長は、電流注入がない場合、又は電界印
加がない場合のブラッグ波長１８より、常に短波長側に
設定される必要がある。しかし、回折格子付き光導波路
の温度が上昇すれば、ブラッグ波長は温度に対し〜０．
０７ｎｍ／ｄｅｇの依存性で、長波長側にシフトするの
で、ペルチェ素子による温度制御を追加すれば、ブラッ
グ波長の長波長側への変化も可能である。
【００５９】第７実施例はこのような構成を有するの
で、入射光がブラッグ波長から相当に離れていても、端
に配置された検出器７１、７５でこの差が検出され、有
効に波長トラッキングができる。動作は実質的に第１実
施例と同じである。
で、入射光がブラッグ波長から相当に離れていても、端
に配置された検出器７１、７５でこの差が検出され、有
効に波長トラッキングができる。動作は実質的に第１実
施例と同じである。
【００６０】第８実施例 図１２は、波長多重された入射光から特定の２波の光信
号を分波検出するための、光検出器列の構成図である。
他の部分は上記第７実施例と同じである。光検出器列
は、導波路に沿う方向に受光面の長い第１光検出器８１
と、これより多少離れて、導波路に沿う方向に受光面の
短い複数の光検出素子より成る第２光検出器８２、８
３、８４により構成されている。一方、入射光は、λ1
とλ2i（ｉ＝１，２，…ｎ）で構成されており、λ1は
波長多重通信の為の制御信号を含むため、常時受信する
必要があり、かつ、帯域も広いので、波長のトラッキン
グを必要としない。λ2iはλ1の波長とは充分離れてお
り、波長多重度を上げるため、各々の帯域は狭いので波
長トラッキングを必要とする。上記の入射光が、回折格
子付き光導波路に入射するとλ1の光信号は、第１検出
器８１により常時受信される。一方、λ2iの光信号のう
ち、特定の信号λ2kが第２検出器８２〜８４で受信出来
るように、回折格子のブラッグ波長を注入電流や印加電
圧により変化させるとともに、受信を継続するための波
長トラッキングを第２検出器８２〜８４で行なう。この
動作は第１実施例と同じである。
号を分波検出するための、光検出器列の構成図である。
他の部分は上記第７実施例と同じである。光検出器列
は、導波路に沿う方向に受光面の長い第１光検出器８１
と、これより多少離れて、導波路に沿う方向に受光面の
短い複数の光検出素子より成る第２光検出器８２、８
３、８４により構成されている。一方、入射光は、λ1
とλ2i（ｉ＝１，２，…ｎ）で構成されており、λ1は
波長多重通信の為の制御信号を含むため、常時受信する
必要があり、かつ、帯域も広いので、波長のトラッキン
グを必要としない。λ2iはλ1の波長とは充分離れてお
り、波長多重度を上げるため、各々の帯域は狭いので波
長トラッキングを必要とする。上記の入射光が、回折格
子付き光導波路に入射するとλ1の光信号は、第１検出
器８１により常時受信される。一方、λ2iの光信号のう
ち、特定の信号λ2kが第２検出器８２〜８４で受信出来
るように、回折格子のブラッグ波長を注入電流や印加電
圧により変化させるとともに、受信を継続するための波
長トラッキングを第２検出器８２〜８４で行なう。この
動作は第１実施例と同じである。
【００６１】検出器列の受光面の長さや配置は、回折格
子の特性、導波路と検出器列との距離、入力光の波長成
分に大きく依存するが、回折格子の特性を第７実施例程
度とし、入力光の構成は、λ1とλ2iの中心波長の差は
２０ｎｍ、λ1の波長変動は±１ｎｍ以内、λ2iの各波
長は０．５ｎｍづつはなれて４波多重されていて、導波
路と検出器列の垂直方向の距離を１０ｍｍとすると、λ
1とλ2iの回折光の出射角θ1、θ2の差はは〜６°程度
異なり、第１検出器８１がλ1を常時受信するために
は、（λ1の波長変動幅）プラス（ブラッグ波長の可変
幅）のλ1±２ｎｍの波長帯域を検出する必要がある。
出射角にすると、λ2iの光から５．４°〜６．６°の光
を検出すればよいので第２検出器８２〜８４から、導波
路に沿う方向に１ｍｍ程度離れて、導波路に沿う方向の
受光面の長さが０．２ｍｍ以上の検出器８１を配置すれ
はよい。一方、第２検出器８２〜８４は、０．５ｎｍ離
れた２つの信号を分離する必要があるので、各検出素子
８２、８３、８４の受光面の長さは、〜１０μｍ程度が
必要である。この際、波長トラッキングが行なわれると
きに、波長λ1の制御信号の出射角も多少変化するが、
これは第１検出器８１が十分長く形成されているので問
題にならない。
子の特性、導波路と検出器列との距離、入力光の波長成
分に大きく依存するが、回折格子の特性を第７実施例程
度とし、入力光の構成は、λ1とλ2iの中心波長の差は
２０ｎｍ、λ1の波長変動は±１ｎｍ以内、λ2iの各波
長は０．５ｎｍづつはなれて４波多重されていて、導波
路と検出器列の垂直方向の距離を１０ｍｍとすると、λ
1とλ2iの回折光の出射角θ1、θ2の差はは〜６°程度
異なり、第１検出器８１がλ1を常時受信するために
は、（λ1の波長変動幅）プラス（ブラッグ波長の可変
幅）のλ1±２ｎｍの波長帯域を検出する必要がある。
出射角にすると、λ2iの光から５．４°〜６．６°の光
を検出すればよいので第２検出器８２〜８４から、導波
路に沿う方向に１ｍｍ程度離れて、導波路に沿う方向の
受光面の長さが０．２ｍｍ以上の検出器８１を配置すれ
はよい。一方、第２検出器８２〜８４は、０．５ｎｍ離
れた２つの信号を分離する必要があるので、各検出素子
８２、８３、８４の受光面の長さは、〜１０μｍ程度が
必要である。この際、波長トラッキングが行なわれると
きに、波長λ1の制御信号の出射角も多少変化するが、
これは第１検出器８１が十分長く形成されているので問
題にならない。
【００６２】第９実施例 上記実施例では、複数の光検出器ないし素子は、導波路
に沿う方向に１列に配置されていた。しかしながら、光
検出器を１列に配置した場合、表面電極や素子分離のた
め、受光面を連続にすることは不可能であった。このた
め、光検出器と光導波路の距離を縮めて、光検出装置全
体をコンパクト化したり、光検出器の受光面の導波路に
沿う方向の長さを短くすることによる波長分解能の向上
には限界があった。そこで、第９実施例によれば、複数
の光検出器を、導波路に沿って複数列、しかも、その受
光面が導波路に沿う方向で、総合的に見て、連続するよ
うに配置することにより、光検出装置全体をコンパクト
にしたり、受光面の導波路方向の長さを短くして、光検
出装置の波長分解能を向上させることが可能になった。
に沿う方向に１列に配置されていた。しかしながら、光
検出器を１列に配置した場合、表面電極や素子分離のた
め、受光面を連続にすることは不可能であった。このた
め、光検出器と光導波路の距離を縮めて、光検出装置全
体をコンパクト化したり、光検出器の受光面の導波路に
沿う方向の長さを短くすることによる波長分解能の向上
には限界があった。そこで、第９実施例によれば、複数
の光検出器を、導波路に沿って複数列、しかも、その受
光面が導波路に沿う方向で、総合的に見て、連続するよ
うに配置することにより、光検出装置全体をコンパクト
にしたり、受光面の導波路方向の長さを短くして、光検
出装置の波長分解能を向上させることが可能になった。
【００６３】図１３は第９実施例の特徴を最もよく表わ
す概念図であり、複数の光検出器は回折格子付き光導波
路に沿う方向に２列で、しかも、受光面が導波路方向で
連続となるように、２列の検出器は千鳥に配置されてい
る。
す概念図であり、複数の光検出器は回折格子付き光導波
路に沿う方向に２列で、しかも、受光面が導波路方向で
連続となるように、２列の検出器は千鳥に配置されてい
る。
【００６４】各検出器の受光面９１、９２、９３；１０
１、１０２、１０３はそれぞれ、表面電極や素子の電気
的分離のため、光を検知しない領域（不図示）に囲まれ
ている。従って、この光を検知しない領域を互いに補う
ように２列の検出器の受光面が配置されている。
１、１０２、１０３はそれぞれ、表面電極や素子の電気
的分離のため、光を検知しない領域（不図示）に囲まれ
ている。従って、この光を検知しない領域を互いに補う
ように２列の検出器の受光面が配置されている。
【００６５】回折格子付き光導波路から、出射される回
折光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は、導波路
に沿う方向の広がり角（θｐ）が０．２度以下であり、
導波路を横切る方向の広がり角（θｔ）が１５度程度で
ある。従って、検出器の位置における回折光の照射領域
（図１３の斜線で示す）は、導波路に沿う方向に短く、
導波路を横切る方向に長い帯状になるので、２列の光検
出器は、上記のごとく配置すれば、互いの光検出器列の
光を検知しない領域をカバーすることが可能である。
折光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は、導波路
に沿う方向の広がり角（θｐ）が０．２度以下であり、
導波路を横切る方向の広がり角（θｔ）が１５度程度で
ある。従って、検出器の位置における回折光の照射領域
（図１３の斜線で示す）は、導波路に沿う方向に短く、
導波路を横切る方向に長い帯状になるので、２列の光検
出器は、上記のごとく配置すれば、互いの光検出器列の
光を検知しない領域をカバーすることが可能である。
【００６６】一方、検出される光の波長分解能は、回折
光の導波路方向の広がり角θｐと、回折光の出射角θの
変化Δθの、入射光とブラッグ波長の波長差Δλ依存性 Δθ／Δλ＝−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍ と、検出器の導波路に沿う方向の受光面の長さによって
決まる。
光の導波路方向の広がり角θｐと、回折光の出射角θの
変化Δθの、入射光とブラッグ波長の波長差Δλ依存性 Δθ／Δλ＝−０．３〜−０．４ｄｅｇ／ｎｍ と、検出器の導波路に沿う方向の受光面の長さによって
決まる。
【００６７】上記した如く、例えば、導波路に沿う方向
において検出器の受光面の長さを回折光のビーム径程度
とすると〜０．５ｎｍの分解能が得られる。この場合、
導波路と光検出器との距離を１０ｍｍとすると、有効受
光面の長さは、およそ３０μｍとなる。この時、隣りの
受光面との間にデッドスペースが存在すると、その分、
波長分解能が低下することになる。有効受光面の長さが
短くなるほど、デッドスペースの割合が多くなるので、
これを無くする本実施例は更に有効になる。更に、前記
受光面の長さを１／３程度にすれば、回折光のビーム強
度分布を検出できるため、分解能を、１／２〜１／３に
上げることが可能になるか、又は、分解能が同程度で充
分であれば、導波路と光検出器の距離を近づけることに
より、装置全体をコンパクトにできる。
において検出器の受光面の長さを回折光のビーム径程度
とすると〜０．５ｎｍの分解能が得られる。この場合、
導波路と光検出器との距離を１０ｍｍとすると、有効受
光面の長さは、およそ３０μｍとなる。この時、隣りの
受光面との間にデッドスペースが存在すると、その分、
波長分解能が低下することになる。有効受光面の長さが
短くなるほど、デッドスペースの割合が多くなるので、
これを無くする本実施例は更に有効になる。更に、前記
受光面の長さを１／３程度にすれば、回折光のビーム強
度分布を検出できるため、分解能を、１／２〜１／３に
上げることが可能になるか、又は、分解能が同程度で充
分であれば、導波路と光検出器の距離を近づけることに
より、装置全体をコンパクトにできる。
【００６８】また、回折光のファーフィールドパターン
（ＦＦＰ）の導波路に沿う方向の広がり角（θｐ）は、
現在０．２度程度であるが、回折格子の形状、光導波路
の損失、長さ等を最適化することにより、０．１度以下
に出来るので、本実施例を用いることにより、分解能を
〜０．１ｎｍ以下にまで向上させることが可能である。
本実施例では、例えば、各光検出器の受光量を検出する
ことで入射光の波長の変化と方向が分かり、この結果に
従って、回折格子のブラッグ波長を適当にシフトさせる
ことで入射光の波長トラッキングが可能となる。その他
の点については、上記実施例と同じである。
（ＦＦＰ）の導波路に沿う方向の広がり角（θｐ）は、
現在０．２度程度であるが、回折格子の形状、光導波路
の損失、長さ等を最適化することにより、０．１度以下
に出来るので、本実施例を用いることにより、分解能を
〜０．１ｎｍ以下にまで向上させることが可能である。
本実施例では、例えば、各光検出器の受光量を検出する
ことで入射光の波長の変化と方向が分かり、この結果に
従って、回折格子のブラッグ波長を適当にシフトさせる
ことで入射光の波長トラッキングが可能となる。その他
の点については、上記実施例と同じである。
【００６９】第１０実施例 図１４は、本発明に基づく３電極分布反射（ＤＢＲ）型
波長可変半導体レーザ部と波長および出力を検出するモ
ニター部の導波路部分をモノリシックに形成した第１０
実施例の構成図である。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基
板１５２上に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め
層１５３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層１５４（０≦ｙ＜
ｘ＜１）となっている。これにより光閉じ込め層１５３
のエネルギーギャップの方が光導波層１５４のそれより
大きくなって、屈折率が小さくなり光閉じ込め機能を果
たす。）、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１５５、
ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層１５７（０＜ｚ＜
１）が形成される。コンタクト層１５７のＡｌ組成ｚ
は、発振波長に対し、吸収が少なくなるように選択され
ている。横方向の閉じ込めは、エッチング後の再成長で
積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層１５６で
行なわれる。ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波路層１５４におい
ては、これを含む導波路から光の波長範囲内の位置に、
レーザ部の活性領域では活性層１６１、ＤＢＲ領域では
分布反射ミラー用の回折格子１６２、またモニター部で
は回折格子１６３が形成されている。コンタクト層１５
７の上には、上部Ｐ型電極１５８、１７１、１７２、１
７３が形成され、またモニター部の電極１５８には、回
折光出射用窓１５９が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１５
２の裏面には、ｎ型電極１５１が形成されている。更
に、回折光出射用窓１５９の上方には、３個の素子ＰＤ
１、２、３から成る光検出素子列１６０が配置されてい
る。
波長可変半導体レーザ部と波長および出力を検出するモ
ニター部の導波路部分をモノリシックに形成した第１０
実施例の構成図である。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基
板１５２上に、順に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め
層１５３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波層１５４（０≦ｙ＜
ｘ＜１）となっている。これにより光閉じ込め層１５３
のエネルギーギャップの方が光導波層１５４のそれより
大きくなって、屈折率が小さくなり光閉じ込め機能を果
たす。）、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ光閉じ込め層１５５、
ｐ−ＡｌzＧａ1-zＡｓコンタクト層１５７（０＜ｚ＜
１）が形成される。コンタクト層１５７のＡｌ組成ｚ
は、発振波長に対し、吸収が少なくなるように選択され
ている。横方向の閉じ込めは、エッチング後の再成長で
積層された高抵抗ＡｌxＧａ1-xＡｓ埋め込み層１５６で
行なわれる。ＡｌyＧａ1-yＡｓ光導波路層１５４におい
ては、これを含む導波路から光の波長範囲内の位置に、
レーザ部の活性領域では活性層１６１、ＤＢＲ領域では
分布反射ミラー用の回折格子１６２、またモニター部で
は回折格子１６３が形成されている。コンタクト層１５
７の上には、上部Ｐ型電極１５８、１７１、１７２、１
７３が形成され、またモニター部の電極１５８には、回
折光出射用窓１５９が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１５
２の裏面には、ｎ型電極１５１が形成されている。更
に、回折光出射用窓１５９の上方には、３個の素子ＰＤ
１、２、３から成る光検出素子列１６０が配置されてい
る。
【００７０】以上の構成において、波長可変半導体レー
ザを発振させると、モニター部の導波路にレーザ光が入
射する。モニター部の回折格子１６３により回折光が導
波路上面に出射される。この時、入射光の波長が回折格
子１６３のブラッグ波長と一致していれば上記回折光は
導波路から垂直な方向に出射される。ここでの事情は、
第１実施例と同じである。
ザを発振させると、モニター部の導波路にレーザ光が入
射する。モニター部の回折格子１６３により回折光が導
波路上面に出射される。この時、入射光の波長が回折格
子１６３のブラッグ波長と一致していれば上記回折光は
導波路から垂直な方向に出射される。ここでの事情は、
第１実施例と同じである。
【００７１】図１５は、波長および出力モニター機能を
有する図１４の半導体レーザ装置用光検出装置を使用す
るための簡単なブロック図である。これは、基本的に
は、図２の構成と同じである。図１５において、先ず初
期設定として、波長可変レーザを発振させ、モニター部
に入射した光の回折光の強度分布の最強領域が光検出素
子列１６０の中央の素子ＰＤ２に入射される様に、光導
波路への注入電流をモニター部注入電流制御回路１８１
で制御して回折格子１６３のブラッグ波長を変化させ
る。この時、他の検出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量
は、等しいかゼロになる様に設定される。
有する図１４の半導体レーザ装置用光検出装置を使用す
るための簡単なブロック図である。これは、基本的に
は、図２の構成と同じである。図１５において、先ず初
期設定として、波長可変レーザを発振させ、モニター部
に入射した光の回折光の強度分布の最強領域が光検出素
子列１６０の中央の素子ＰＤ２に入射される様に、光導
波路への注入電流をモニター部注入電流制御回路１８１
で制御して回折格子１６３のブラッグ波長を変化させ
る。この時、他の検出素子ＰＤ１、ＰＤ３への入射光量
は、等しいかゼロになる様に設定される。
【００７２】この時、発振波長および光出力（ＰＤ２の
信号、又はＰＤ１、２、３の合計信号）が所望の値に達
していなければ、所望の値になるまで、上記操作をくり
返す。この状態で送信を開始し、送信中に入射光の波長
が長い方へ変化すると、検出素子ＰＤ２の入射光量が減
少すると共に、検出素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出
素子ＰＤ３の入射光量は減少するかゼロのままである。
比較回路１８２で、ＰＤ１（検出素子ＰＤ１の入射光
量）−ＰＤ３、及びＰＤ２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演
算することで、この入射光の波長の変化の量と方向が分
かる。そこで、比較回路１８２でレーザ部注入電流制御
回路１８３を制御して半導体レーザの電極１７１、１７
２、１７３（特に、電極１７３）への注入電流を変化さ
せて、発振波長を長波長側へシフトさせることにより、
回折光の最強領域が再び中央の検出素子ＰＤ２に入射さ
れる様になる。また、光出力は、ＰＤ１、２、３の出力
の合計が常に一定になるように、半導体レーザの電極１
７１、１７２、１７３（特に、電極１７１）への注入電
流を制御することにより、一定にされ、発振波長および
出力を常に所望の値に維持することが可能となる。こう
して、波長多重光通信における波長多重度の増大が可能
となった。本実施例において、レーザ部のＤＢＲ領域に
使用される回折格子１６２が２次のものであれば、モニ
ター部の回折格子１６３と同一ピッチで動作するため、
製造が簡単となる。
信号、又はＰＤ１、２、３の合計信号）が所望の値に達
していなければ、所望の値になるまで、上記操作をくり
返す。この状態で送信を開始し、送信中に入射光の波長
が長い方へ変化すると、検出素子ＰＤ２の入射光量が減
少すると共に、検出素子ＰＤ１の入射光量が増加し検出
素子ＰＤ３の入射光量は減少するかゼロのままである。
比較回路１８２で、ＰＤ１（検出素子ＰＤ１の入射光
量）−ＰＤ３、及びＰＤ２−ＰＤ１（又はＰＤ３）を演
算することで、この入射光の波長の変化の量と方向が分
かる。そこで、比較回路１８２でレーザ部注入電流制御
回路１８３を制御して半導体レーザの電極１７１、１７
２、１７３（特に、電極１７３）への注入電流を変化さ
せて、発振波長を長波長側へシフトさせることにより、
回折光の最強領域が再び中央の検出素子ＰＤ２に入射さ
れる様になる。また、光出力は、ＰＤ１、２、３の出力
の合計が常に一定になるように、半導体レーザの電極１
７１、１７２、１７３（特に、電極１７１）への注入電
流を制御することにより、一定にされ、発振波長および
出力を常に所望の値に維持することが可能となる。こう
して、波長多重光通信における波長多重度の増大が可能
となった。本実施例において、レーザ部のＤＢＲ領域に
使用される回折格子１６２が２次のものであれば、モニ
ター部の回折格子１６３と同一ピッチで動作するため、
製造が簡単となる。
【００７３】第１１実施例 図１６は、本発明の第１１実施例であり、ファブリペロ
ー半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ）部と波長および出力を検
出するモニター部の導波路部分をモノリシックに形成し
た構成図であり、図１４と同じ機能部は、同一番号で示
した。ＦＰ−ＬＤの共振器は、光出力側ヘキ開面と、モ
ニター側のエッチングで形成されたミラー面で形成され
ている。エッチングで形成されたミラー面からは一部が
透過光となり、モニター部の導波路に入射する。
ー半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ）部と波長および出力を検
出するモニター部の導波路部分をモノリシックに形成し
た構成図であり、図１４と同じ機能部は、同一番号で示
した。ＦＰ−ＬＤの共振器は、光出力側ヘキ開面と、モ
ニター側のエッチングで形成されたミラー面で形成され
ている。エッチングで形成されたミラー面からは一部が
透過光となり、モニター部の導波路に入射する。
【００７４】図１７は、本実施例を使用するための簡単
な制御ブロック図である。図１５と同じ機能部は、同一
番号で示した。ＦＰ−ＬＤ部の光出力の制御は、レーザ
部注入電流制御回路１８８による電極１７１への注入電
流制御で行ない、波長の制御は、ペルチェ制御回路１８
９により、ＦＰ−ＬＤ部の温度をペルチェ素子（１）１
９０を通して制御することで行なうものである。ＦＰ−
ＬＤ部の発振波長の温度依存性は０．３ｎｍ／ｄｅｇと
比較的大きいので広帯域において使用可能である。モニ
ター部の温度はペルチェ素子（２）１９１を通して制御
される。
な制御ブロック図である。図１５と同じ機能部は、同一
番号で示した。ＦＰ−ＬＤ部の光出力の制御は、レーザ
部注入電流制御回路１８８による電極１７１への注入電
流制御で行ない、波長の制御は、ペルチェ制御回路１８
９により、ＦＰ−ＬＤ部の温度をペルチェ素子（１）１
９０を通して制御することで行なうものである。ＦＰ−
ＬＤ部の発振波長の温度依存性は０．３ｎｍ／ｄｅｇと
比較的大きいので広帯域において使用可能である。モニ
ター部の温度はペルチェ素子（２）１９１を通して制御
される。
【００７５】第１０、および第１１実施例では、半導体
レーザ部とモニター部の導波路をモノリシックに構成し
た形態を示したが、それぞれを個別素子で構成し、導波
路間をレンズやファイバ等で結合する形態も可能であ
る。また、半導体レーザ単体として、波長可変機能を持
たない分布帰還型レーザや分布反射型レーザも利用出来
る。
レーザ部とモニター部の導波路をモノリシックに構成し
た形態を示したが、それぞれを個別素子で構成し、導波
路間をレンズやファイバ等で結合する形態も可能であ
る。また、半導体レーザ単体として、波長可変機能を持
たない分布帰還型レーザや分布反射型レーザも利用出来
る。
【００７６】第１２実施例 図１８に本発明の光検出装置を備えた光通信システムの
第１２実施例を示す。図１８において、２００は送信端
局、２５０、３００は分岐合流器、４００は受信端局、
５００は光ファイバ等の光伝送路である。送信端局２０
０は、夫々、信号処理部と電気−光変換部である第１０
実施例等の半導体レーザを備えた光検出装置を含む光送
信部などより構成される。受信端局４００は、夫々、上
記第１実施例などの光検出装置４１０と信号処理部４２
０などより構成されている。
第１２実施例を示す。図１８において、２００は送信端
局、２５０、３００は分岐合流器、４００は受信端局、
５００は光ファイバ等の光伝送路である。送信端局２０
０は、夫々、信号処理部と電気−光変換部である第１０
実施例等の半導体レーザを備えた光検出装置を含む光送
信部などより構成される。受信端局４００は、夫々、上
記第１実施例などの光検出装置４１０と信号処理部４２
０などより構成されている。
【００７７】図１８の構成の光通信システムにおいて、
Ｎ個の送信端局２００からは夫々異なる波長λ1、・・
・λNの光信号が送出されており、それらは分岐合流器
２５０にて波長多重されて、光伝送路５００に送出され
る。光伝送路５００を伝送されてきた光信号は、分岐合
流器３００でＭ個に分岐され、Ｍ個の受信端局４００に
入力される。受信端局４００は、上記の光検出装置４１
０を制御して、Ｎ個の波長の信号が多重された光信号の
中から、必要な波長の光信号を選択して電気信号に変換
する。この電気信号は、更に、信号処理部４２０にて処
理されて、送信端局２００から受信端局４００への通信
が完了する。
Ｎ個の送信端局２００からは夫々異なる波長λ1、・・
・λNの光信号が送出されており、それらは分岐合流器
２５０にて波長多重されて、光伝送路５００に送出され
る。光伝送路５００を伝送されてきた光信号は、分岐合
流器３００でＭ個に分岐され、Ｍ個の受信端局４００に
入力される。受信端局４００は、上記の光検出装置４１
０を制御して、Ｎ個の波長の信号が多重された光信号の
中から、必要な波長の光信号を選択して電気信号に変換
する。この電気信号は、更に、信号処理部４２０にて処
理されて、送信端局２００から受信端局４００への通信
が完了する。
【００７８】本実施例では複数の送信端局から複数の受
信端局へ片方向に伝送する例を示したが、分岐合流器３
００を省略し受信端局を１つにした構成や、分岐合流器
２５０および３００に夫々複数の送信端局と１つ以上の
受信端局を接続し、双方向に伝送する構成も考えられ
る。あるいは、ネットワークの構成として、光伝送路に
分岐合流器等を介して送信受信端局をバス型に接続した
構成、スターカプラ等を介して送信受信端局をスター型
に接続した構成、ループ状ネットワークに分岐合流器等
を介して送信受信端局を接続した構成においても、異な
る波長の光信号を送出する複数の送信端局（または送信
部）と少なくとも１つの上記実施例の光検出装置を搭載
した受信端局（または受信部）がネットワークに接続さ
れていれば上記と同様の通信が可能である。
信端局へ片方向に伝送する例を示したが、分岐合流器３
００を省略し受信端局を１つにした構成や、分岐合流器
２５０および３００に夫々複数の送信端局と１つ以上の
受信端局を接続し、双方向に伝送する構成も考えられ
る。あるいは、ネットワークの構成として、光伝送路に
分岐合流器等を介して送信受信端局をバス型に接続した
構成、スターカプラ等を介して送信受信端局をスター型
に接続した構成、ループ状ネットワークに分岐合流器等
を介して送信受信端局を接続した構成においても、異な
る波長の光信号を送出する複数の送信端局（または送信
部）と少なくとも１つの上記実施例の光検出装置を搭載
した受信端局（または受信部）がネットワークに接続さ
れていれば上記と同様の通信が可能である。
【００７９】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明では、回折格
子を形成した半導体導波路から導波路の外部に出射され
る回折光を受光できる位置に光検出手段を配置して、例
えば、導波路のブラッグ波長をここへの注入電流または
印加電圧の制御により変化させて、常に光検出手段の所
定部分に回折光が入射される様に構成すれば、入射光の
波長トラッキングが可能となる。
子を形成した半導体導波路から導波路の外部に出射され
る回折光を受光できる位置に光検出手段を配置して、例
えば、導波路のブラッグ波長をここへの注入電流または
印加電圧の制御により変化させて、常に光検出手段の所
定部分に回折光が入射される様に構成すれば、入射光の
波長トラッキングが可能となる。
【００８０】また、本発明では、回折格子を形成した、
１層以上の量子井戸を含む量子井戸構造を用いる半導体
導波路から導波路の外部に出射される回折光を受光でき
る位置に光検出手段を配置して、例えば、導波路のブラ
ッグ波長をここへの印加電圧の制御により変化させて、
常に光検出手段の所定部分に回折光が入射される様に構
成すれば、入射光の波長トラッキングが広い波長帯域に
おいて可能となる。この構成では、波長可変時の応答特
性が改善される。
１層以上の量子井戸を含む量子井戸構造を用いる半導体
導波路から導波路の外部に出射される回折光を受光でき
る位置に光検出手段を配置して、例えば、導波路のブラ
ッグ波長をここへの印加電圧の制御により変化させて、
常に光検出手段の所定部分に回折光が入射される様に構
成すれば、入射光の波長トラッキングが広い波長帯域に
おいて可能となる。この構成では、波長可変時の応答特
性が改善される。
【００８１】また、本発明では、回折格子を形成した、
２層以上の量子井戸とその間の障壁層を含む超格子構造
を用いる半導体導波路から導波路の外部に出射される回
折光を受光できる位置に光検出手段を配置して、例え
ば、導波路の障壁層に印加される電界を制御することで
量子井戸間の結合状態を変化させ、これに伴い屈折率を
大きく変化させ、ブラッグ波長を拡大した可変幅で制御
して常に光検出手段の所定部分に回折光が入射される様
に構成すれば、入射光の波長トラッキングが更に広い波
長帯域トラッキング幅において可能となる。この構成で
は、導波路光損失は増大せず、波長可変時の応答特性が
改善される。
２層以上の量子井戸とその間の障壁層を含む超格子構造
を用いる半導体導波路から導波路の外部に出射される回
折光を受光できる位置に光検出手段を配置して、例え
ば、導波路の障壁層に印加される電界を制御することで
量子井戸間の結合状態を変化させ、これに伴い屈折率を
大きく変化させ、ブラッグ波長を拡大した可変幅で制御
して常に光検出手段の所定部分に回折光が入射される様
に構成すれば、入射光の波長トラッキングが更に広い波
長帯域トラッキング幅において可能となる。この構成で
は、導波路光損失は増大せず、波長可変時の応答特性が
改善される。
【００８２】また、本発明では、回折格子付き光導波路
と複数の光検出器で構成される光検出装置において、検
出器の受光面が導波路に沿う方向に長い検出器を光検出
器列の端に、連続的または分離して、配置することによ
り、迅速な波長チューニングまたは波長多重光信号内か
らの特定の波長の複数の信号の同時検出などが可能にな
る。
と複数の光検出器で構成される光検出装置において、検
出器の受光面が導波路に沿う方向に長い検出器を光検出
器列の端に、連続的または分離して、配置することによ
り、迅速な波長チューニングまたは波長多重光信号内か
らの特定の波長の複数の信号の同時検出などが可能にな
る。
【００８３】また、本発明では、回折格子付き導波路と
複数の光検出器で構成される光検出装置において、前記
複数の光検出器が導波路に沿う方向に複数列配置されて
おり、かつ導波路方向において、総合的に見て、受光面
が連続していることにより、光検出装置の波長分解能が
向上し、より精密な波長トラッキングなどが可能とな
る。
複数の光検出器で構成される光検出装置において、前記
複数の光検出器が導波路に沿う方向に複数列配置されて
おり、かつ導波路方向において、総合的に見て、受光面
が連続していることにより、光検出装置の波長分解能が
向上し、より精密な波長トラッキングなどが可能とな
る。
【００８４】また、本発明では、回折格子付き光導波路
において、該導波路の一部を光増幅部とすることで、回
折光強度を強くすること、及び透過光を著しく減衰させ
ないことが可能となる。また、同一の機能を個別素子の
組み合わせで実現する場合に比べて、その製造工程を簡
単にし、光損失を抑えている。
において、該導波路の一部を光増幅部とすることで、回
折光強度を強くすること、及び透過光を著しく減衰させ
ないことが可能となる。また、同一の機能を個別素子の
組み合わせで実現する場合に比べて、その製造工程を簡
単にし、光損失を抑えている。
【００８５】また、本発明では、回折格子を持つ半導体
導波路から導波路の外部に出射される回折光を受光でき
る位置に光検出手段を配置して、半導体レーザの波長お
よび／または光出力をモニターし、その信号を半導体レ
ーザにフィードバックすることにより、常に波長および
／または光出力を一定に保つことが可能になる。
導波路から導波路の外部に出射される回折光を受光でき
る位置に光検出手段を配置して、半導体レーザの波長お
よび／または光出力をモニターし、その信号を半導体レ
ーザにフィードバックすることにより、常に波長および
／または光出力を一定に保つことが可能になる。
【００８６】また、本発明の光通信ネットワークでは、
上記の光検出装置を受信端局に、または上記半導体レー
ザ用の光検出装置を送信端局に備えることにより、各信
号の波長間隔を狭くできるので波長多重度を増した波長
多重通信が可能となる。
上記の光検出装置を受信端局に、または上記半導体レー
ザ用の光検出装置を送信端局に備えることにより、各信
号の波長間隔を狭くできるので波長多重度を増した波長
多重通信が可能となる。
【図１】本発明を実施した回折格子付き光導波路と光検
出手段で構成された光検出装置の第１実施例の全体構成
図である。
出手段で構成された光検出装置の第１実施例の全体構成
図である。
【図２】第１実施例の波長トラッキング機能を持たせる
為の構成のブロック図である。
為の構成のブロック図である。
【図３】本発明を実施した回折格子付き光導波路と光検
出手段で構成された光検出装置の第２実施例の構成図で
ある。
出手段で構成された光検出装置の第２実施例の構成図で
ある。
【図４】本発明を実施した回折格子付き光導波路と光検
出手段で構成された光検出装置の第３実施例の半分を示
す断面構成図である。
出手段で構成された光検出装置の第３実施例の半分を示
す断面構成図である。
【図５】本発明を実施した回折格子付き光導波路と光検
出手段で構成された光検出装置の第４実施例の半分を示
す断面構成図である。
出手段で構成された光検出装置の第４実施例の半分を示
す断面構成図である。
【図６】導波路の障壁ポテンシャルが傾斜している例の
模式図である。
模式図である。
【図７】導波路の障壁ポテンシャルの傾斜を階段状で構
成した例の模式図である。
成した例の模式図である。
【図８】導波路の障壁を更に短周期の超格子構造で構成
した例のポテンシャルの模式図である。
した例のポテンシャルの模式図である。
【図９】本発明を実施した増幅部を有する光検出装置の
第５実施例の構成を示す図である。
第５実施例の構成を示す図である。
【図１０】本発明を実施した増幅部を有する光検出装置
の第６実施例の構成を示す図である。
の第６実施例の構成を示す図である。
【図１１】本発明を実施した回折格子付き光導波路と光
検出手段で構成された光検出装置の第７実施例の全体構
成図である。
検出手段で構成された光検出装置の第７実施例の全体構
成図である。
【図１２】波長多重された光信号から同時に特定の２波
を検出できる第８実施例の光検出装置を説明する図であ
る。
を検出できる第８実施例の光検出装置を説明する図であ
る。
【図１３】本発明を実施した千鳥に配列された光検出器
を有する光検出装置の第９実施例の構成図である。
を有する光検出装置の第９実施例の構成図である。
【図１４】本発明を実施した波長可変半導体レーザと波
長および光出力のモニター部の導波路部分をモノリシッ
クに形成した第１０実施例の構成を示す図である。
長および光出力のモニター部の導波路部分をモノリシッ
クに形成した第１０実施例の構成を示す図である。
【図１５】第１０実施例を制御するための構成を示す制
御ブロック図である。
御ブロック図である。
【図１６】ファブリペロー半導体レーザとモニター部の
導波路部分をモノリシックに形成した第１１実施例の構
成を示す図である。
導波路部分をモノリシックに形成した第１１実施例の構
成を示す図である。
【図１７】第１１実施例を制御するための構成を示す制
御ブロック図である。
御ブロック図である。
【図１８】本発明による光検出装置を光通信システムに
用いた第１２実施例を示す図である。
用いた第１２実施例を示す図である。
１，２１，４１，６１，１１１，１３１，１５１ ｎ型
電極 ２，２２，４２，６２，１１２，１３２，１５２ ｎ−
ＧａＡｓ基板 ３，２３，４３，６３，１１３，１３３，１５３ 下部
光閉じ込め層（クラッド層） ４，６４，１１４，１３４，１５４ 光導
波路層 ５，２５，４５，６５，１１５，１３５，１５６ 高抵
抗埋め込み層 ６，２６，４６，６６，１１６，１３６，１５５ 上部
光閉じ込め層（クラッド層） ７，２７，４７，６７，１１７，１３７，１５７ コン
タクト層 ８，２８，４８，６８，１５８ ｐ型
電極 ９，２９，４９，６９，１２０，１４０，１５９ 回折
光出射用窓 １１，１２１，１４１，１６０ 光検
出素子列 １２ シリ
ンドリカルレンズ １５ 注入
電流制御回路 １６，１８２ 比較
回路 ２４，４４ 超格
子導波路層 ３１，５１ 井戸
層 ３２，５２ 障壁
層 ３３，５３，１２４，１４４ 回折
格子 ７１，７５，８１ 導波
路方向に長い受光面を持つ光検出器 ７２，７３，７４，８２，８３，８４ 導波
路方向に短い受光面を持つ光検出器 ９１〜９３，１０１〜１０３ 個々
の光検出器の受光面 １１８，１３８ 光増
幅部ｐ型電極、 １１９，１３９ 回折
格子部ｐ型電極 １２２，１４２ 光増
幅部 １２３，１４３ 回折
格子部 １２５ 無反
射コーティング １４６ 第二
の光増幅部 １４７ 第二
の光増幅部のｐ型電極 １６１ 活性
層 １６２ 半導
体レーザ部の分布反射器を形成する回折格子 １６３ モニ
ター部の回折格子 １７１ 活性
領域のｐ型電極 １７２ 位相
調整領域のｐ型電極 １７３ ＤＢ
Ｒ領域のｐ型電極 １８１ モニ
ター部注入電流制御回路 １８３，１８８ レー
ザ部注入電流制御回路 １８９ ペル
チェ制御回路 １９０，１９１ ペル
チェ素子 ２００ 送信
端局 ２５０，３００ 分岐
合流素子 ４００ 受信
端局 ４１０ 光検
出装置 ４２０ 信号
処理部 ５００ 光伝
送路
電極 ２，２２，４２，６２，１１２，１３２，１５２ ｎ−
ＧａＡｓ基板 ３，２３，４３，６３，１１３，１３３，１５３ 下部
光閉じ込め層（クラッド層） ４，６４，１１４，１３４，１５４ 光導
波路層 ５，２５，４５，６５，１１５，１３５，１５６ 高抵
抗埋め込み層 ６，２６，４６，６６，１１６，１３６，１５５ 上部
光閉じ込め層（クラッド層） ７，２７，４７，６７，１１７，１３７，１５７ コン
タクト層 ８，２８，４８，６８，１５８ ｐ型
電極 ９，２９，４９，６９，１２０，１４０，１５９ 回折
光出射用窓 １１，１２１，１４１，１６０ 光検
出素子列 １２ シリ
ンドリカルレンズ １５ 注入
電流制御回路 １６，１８２ 比較
回路 ２４，４４ 超格
子導波路層 ３１，５１ 井戸
層 ３２，５２ 障壁
層 ３３，５３，１２４，１４４ 回折
格子 ７１，７５，８１ 導波
路方向に長い受光面を持つ光検出器 ７２，７３，７４，８２，８３，８４ 導波
路方向に短い受光面を持つ光検出器 ９１〜９３，１０１〜１０３ 個々
の光検出器の受光面 １１８，１３８ 光増
幅部ｐ型電極、 １１９，１３９ 回折
格子部ｐ型電極 １２２，１４２ 光増
幅部 １２３，１４３ 回折
格子部 １２５ 無反
射コーティング １４６ 第二
の光増幅部 １４７ 第二
の光増幅部のｐ型電極 １６１ 活性
層 １６２ 半導
体レーザ部の分布反射器を形成する回折格子 １６３ モニ
ター部の回折格子 １７１ 活性
領域のｐ型電極 １７２ 位相
調整領域のｐ型電極 １７３ ＤＢ
Ｒ領域のｐ型電極 １８１ モニ
ター部注入電流制御回路 １８３，１８８ レー
ザ部注入電流制御回路 １８９ ペル
チェ制御回路 １９０，１９１ ペル
チェ素子 ２００ 送信
端局 ２５０，３００ 分岐
合流素子 ４００ 受信
端局 ４１０ 光検
出装置 ４２０ 信号
処理部 ５００ 光伝
送路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０４Ｊ 14/04
Claims (27)
- 【請求項１】 光が入力される半導体光導波路と、該導
波路に形成された回折格子と、該導波路に電流を注入す
るかまたは電圧を印加する為の電極と、該導波路の外部
に出射される回折光を検出する為の複数部分から成る光
検出手段とを有することを特徴とする光検出装置。 - 【請求項２】 前記光検出手段は、複数の光検出素子か
ら成る光検出素子列である請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項３】 前記導波路と光検出手段の間に、外部に
出射される回折光の該導波路を横切る方向の集光を行な
う為の集光手段が配置されている請求項１記載の光検出
装置。 - 【請求項４】 前記集光手段はシリンドリカルレンズで
ある請求項３記載の光検出装置。 - 【請求項５】 前記導波路において、前記回折格子が形
成された領域から光波長以内の距離に、少なくとも１層
の厚さがドブロイ波長以下の量子井戸が形成されている
請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項６】 前記回折格子が形成された領域から光波
長以内の距離の前記導波路の部分に、少なくとも２層の
量子井戸とその間の障壁層を含む層が形成され、該障壁
層は、該導波路に印加する電圧の変化によって、量子井
戸間の結合状態を変化可能な厚さ、ポテンシャル形状に
形成されている請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項７】前記量子井戸がｐ型及びｎ型の一方の導電
型に形成され、該障壁層が高抵抗層で形成されている請
求項６記載の光検出装置。 - 【請求項８】前記障壁層が短周期の超格子で形成されて
いる請求項６記載の光検出装置。 - 【請求項９】前記障壁層のポテンシャルがフラットバン
ド状態で傾斜している様に形成されている請求項６記載
の光検出装置。 - 【請求項１０】前記量子井戸がＡｌxＧａ1-xＡｓ、前記
障壁層がＡｌyＧａ1 -yＡｓ（０≦ｘ＜ｙ≦１）で形成さ
れ、そして該障壁層の厚さが３ｎｍ以上、１５ｎｍ以下
である請求項６記載の光検出装置。 - 【請求項１１】前記導波路の一部に、電流注入により入
射光を増幅する少なくとも１個の光増幅部を更に有する
請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項１２】前記光増幅部は、前記回折格子が形成さ
れた導波路の部分の光入射側に設けられている請求項１
１記載の光検出装置。 - 【請求項１３】前記光増幅部は、前記回折格子が形成さ
れた導波路の部分を挟んで、光入射側と光透過側に設け
られている請求項１１記載の光検出装置。 - 【請求項１４】前記光検出手段が、前記導波路方向に短
かい受光面を持つ光検出部と、同方向に長い受光面を持
つ光検出部で構成されている請求項１記載の光検出装
置。 - 【請求項１５】前記導波路方向に短かい受光面を持つ光
検出部と、同方向に長い受光面を持つ光検出部とが、該
導波路方向に、実質的に連続的に配列されている請求項
１４記載の光検出装置。 - 【請求項１６】前記導波路方向に短かい受光面を持つ光
検出部と、同方向に長い受光面を持つ光検出部とが、該
導波路方向に、分離して配列されている請求項１４記載
の光検出装置。 - 【請求項１７】前記光検出手段の複数部分が、前記導波
路に沿う方向に複数列配置されており、且つ該導波路方
向において、それら複数列の受光面が総合的に見て連続
している請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項１８】前記光検出手段の複数部分が、前記導波
路に沿う方向に、千鳥に配置されている請求項１７記載
の光検出装置。 - 【請求項１９】更に半導体レーザを有し、前記回折格子
が形成された導波路は、該半導体レーザの光軸上に設け
られ、前記光検出手段で検出された信号は半導体レーザ
の波長および出力の少なくとも１つの制御の為に用いら
れる請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項２０】前記半導体レーザと前記回折格子が形成
された導波路とが、同一基板上にモノリシックに形成さ
れている請求項１９記載の光検出装置。 - 【請求項２１】前記半導体レーザは波長可変半導体レー
ザである請求項１９記載の光検出装置。 - 【請求項２２】前記半導体レーザは分布反射型半導体レ
ーザである請求項１９記載の光検出装置。 - 【請求項２３】前記半導体レーザはファブリペロー型半
導体レーザである請求項１９記載の光検出装置。 - 【請求項２４】前記ファブリペロー型半導体レーザの光
出力の制御は該半導体レーザへの注入電流を制御して行
ない、波長の制御は該半導体レーザの温度をペルチェ素
子を通して制御して行なう請求項２３記載の光検出装
置。 - 【請求項２５】前記光検出手段で検出された信号は、波
長トラッキングの為に前記電極を介する注入電流または
印加電圧の制御に用いる請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項２６】異なる波長の光信号を送出する少なくと
も１つの送信端局と複数の波長の光信号を受信する受信
端局が、光伝送路で接続された光通信ネットワークにお
いて、少なくとも１つの受信端局に請求項２５記載の光
検出装置を備えたことを特徴とする光通信ネットワー
ク。 - 【請求項２７】異なる波長の光信号を送出する少なくと
も１つの送信端局と複数の波長の光信号を受信する受信
端局が、光伝送路で接続された光通信ネットワークにお
いて、少なくとも１つの送信端局に請求項１９記載の半
導体レーザを有する光検出装置を備えたことを特徴とす
る光通信ネットワーク。
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