JPH07168215A - 波長選択光スイッチ - Google Patents

波長選択光スイッチ

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JPH07168215A
JPH07168215A JP31680793A JP31680793A JPH07168215A JP H07168215 A JPH07168215 A JP H07168215A JP 31680793 A JP31680793 A JP 31680793A JP 31680793 A JP31680793 A JP 31680793A JP H07168215 A JPH07168215 A JP H07168215A
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JP
Japan
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waveguide
light
wavelength
grating
optical switch
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JP31680793A
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English (en)
Inventor
Hajime Sakata
肇 坂田
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高密度波長多重に対応でき、広帯域同調が可
能な波長選択光スイッチを単一の素子でコンパクトに実
現することを目的とする。 【構成】 2つの導波モードをグレーティング結合し
て、ある程度のスペクトル幅をもった波長を選択すると
同時に2層導波路間で共振させ、該共振の縦モードスペ
クトルと重畳して強く共振する光を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光波長分割多重システム
において、任意の信号の分岐/挿入を行うための波長選
択光スイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信において、広い波長の帯
域を有効に利用し、伝送容量の飛躍的拡大が期待できる
方式として、波長分割多重システム(以下、WDMシス
テム)の開発が盛んに行われている。このようなWDM
システムにおいて、任意の波長信号光を空間的に分離あ
るいは合流でき、且つ、広い範囲にわたって、その波長
を同調可能な波長選択光スイッチは重要な役割を担って
おり、その高性能化が期待されている。従来、波長選択
光スイッチとしては、電子情報通信学会秋季大会予稿集
B−599(1991)に記載されているように、音響
光学型TE/TMモード変換器と偏波モードスプリッタ
から構成されていた。あるいは、電子情報通信学会秋季
大会予稿集SB−7−3(1992)に記載されている
ように、ファブリペローフィルタと光サーキュレータの
組み合わせで構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、い
ずれも複数部品の光学的アライメントが必要であり、装
置が大型化する難点があった。且つ、音響光学型では、
同調範囲は広いものの選択波長間隔が広いため波長多重
度の高密度化に難があり、ファブリペロー型では、逆に
同調範囲がフリースペクトルレンジ内に限定される難点
があり、いずれも波長多重度を上げることが難しかっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、グレー
ティングを介して順方向結合された2つの導波モードを
有する2層導波路構造からなる波長選択光スイッチにお
いて、該2層導波路のうち、光が入力する導波路の入射
端は導波光を反射させる構造、出射端は導波光を反射し
ないで透過させる構造となっていて、且つ、該2層導波
路のうち、もう一方の導波路の出射端が導波光を反射さ
せる構造となっていることにより、選択された波長の光
は該2つの導波モード間で共振され、且つ、非選択波長
の光は共振されずに該入力導波路の出射端から射出され
ることにより、広帯域同調が可能で、高密度波長多重が
可能な波長選択光スイッチを単一の素子でコンパクトに
実現することができる。
【0005】
【実施例】
(実施例1)図1〜図3は本発明の第1の実施例を示し
ている。図1は本発明による波長選択光スイッチの基本
構造を示すものであり、図中11は光が入力され伝送さ
れる第1導波路であり、12は選択波長光を分岐/挿入
するための第2導波路である。グレーティング13は、
上記2層導波路に存在する2つの導波モードが相互に順
方向性結合するように形成されている。本発明では、図
1に示すように第1導波路を伝搬する導波モード1がこ
のグレーティングにより、順方向性結合を受け、図2の
ようなモード間結合効率で第2導波路を伝搬する導波モ
ード2へ変換される。このとき、グレーティング周期を
Λ、各導波モードのモード屈折率をn1、n2 とすれ
ば、選択される中心の波長λc は、以下のように表され
る。
【0006】λc =|n1 −n2 |Λ (1) このグレーティング結合によるスペクトル幅は通常数n
mと比較的広い。さらに、グレーティング結合による同
調波長範囲δλT =は、以下のように表され、一般には
数10nm程度になる。
【0007】 δλT =δnλc /|ng1−ng2| (2) ここで、δnはモード屈折率の変化分、ng1、ng2はモ
ード群屈折率である。モード群屈折率ng はnc (λ)
を波長λでのモード屈折率として
【0008】
【外1】 で表される。ここで、図1に示すようにグレーティング
13を介して結合移行した光は、第1導波路の入射端面
14と第2導波路の出射端面15との間で共振されるた
め、図3のようなファブリエタロンで規定される狭線幅
な縦モードで強い透過を生じる。ファブリペロエタロン
の縦モード間隔ΔλFSR は、ある波長λoに対して以下
のように表され、一般に数Å程度の値をとる。
【0009】 ΔλFSR =λ0 2 /(n1 +n2 )L (4) ここで、Lはグレーティングによる結合長である。グレ
ーティングを含む導波路構造に電流を注入して、第1、
又は、第2の導波路の屈折率を変化させることにより、
図2のグレーティング結合スペクトルの中心波長はシフ
トし、図3の縦モードスペクトルと重畳する波長で強い
共振が起きるため、ほぼ縦モードのスペクトル幅で、且
つ、グレーティング順方向結合特有の広い同調範囲を持
つフィルタ応答特性が実現される。本発明では、導波光
が導波路1の出射端16で反射されず、透過するような
構成となっている。そのため、入力された光のうち、グ
レーティング結合で選択されなかった波長の光は出射端
16から射出される。したがって、第1導波路より入射
した光のうち、選択された波長の光のみが2導波路間で
共振されて、第2の導波路から出射される。共振器内に
光増幅作用があれば、さらに選択波長が強調されるた
め、非選択波長とのクロストーク抑圧比の向上が図れ
る。光増幅は、共振に関わる導波路の一部に光増幅領域
を設けるか、あるいは、グレーティング領域に光増幅作
用を持たせることにより行う。第2導波路出射光の第1
導波路との空間的分離は、例えば、曲がり導波路あるい
は放射グレーティングの構成による。
【0010】図4を用いて実施例の具体的説明を行う。
(a)は光の進行方向と平行に切った断面図。(b)は
上面図である。素子は、InP基板41上にまず、In
P下層クラッド42を1.5μmの厚さに、InGaA
sP(λg =1.3μm)からなる第1導波路43を
0.2μmの厚さに成長した後、第1導波路43の上部
をグレーティングとしてエッチングする。グレーティン
グ47はまず、レジストを用いたフォトマスクでパター
ンを書き込んだあと、反応性イオンビームエッチングに
よりエッチングする。グレーティング周期は10μmで
あり、グレーティング領域の長さは約1mmである。第
1導波路は、グレーティング領域を除いて、出射端側で
図4(b)に示すような曲がり導波路401にエッチン
グされ、側面をInPクラッド402でうめこまれてい
る。続いて、InP中間層クラッド44を1.4μmの
厚さに、InGaAsP(λg =1.57μm)からな
る第2導波路45を0.3μmの厚さに、InP上層ク
ラッド46を1.5μm成長する。第2導波路は直線状
にエッチングされ、側面をInPクラッド402でうめ
こまれている。第2導波路層のみが1部除去され、図の
ように光の入力が第1導波路に限定されている。出力側
は第1と第2の導波路に空間的に分離されている。第1
導波路は、出射端面に対して、反射が起こらないようブ
ルースタ角θBをなしている。ブルースタ角とは屈折率
の異なる界面で全透過となる角のことである。本実施例
では、ブルースタ角を利用しているため、導波モードが
TE方向に限定される。電極48は、グレーティング領
域に対応して形成されている。波長同調と光利得を両立
させるため、2電極以上の構成としてもよい。外部共振
器型の波長可変レーザからの光を第1導波路に入力し、
第2導波路からの出力光スペクトルを測定した。電流注
入量を制御することにより、グレーティング順方向結合
される波長が変化し、ファブリペロモードで共振される
出力光スペクトルのピーク波長が変化した。その結果、
不連続ながら広帯域にわたって波長変化が確認された。
選択されない波長の光は、第1導波路を伝搬し、斜めに
カットされた出射端面から出射される。すべての波長を
選択しない場合は、グレーティング結合共振される波長
を、伝送波長範囲から外すことにより、第2導波路から
の出力を行わずに第1導波路を透過して出力させる。ま
た設計によって選択される波長の光の一部のみを第2導
波路から出力し、残りを非選択波長の光と共に第1導波
路から出力することも可能である。
【0011】(実施例2)図5を用いて本実施例の説明
をする。図5(a)は本実施例の素子の断面図であり、
(b)はその第2導波路の出射端を斜めに加工した場合
を示す図である。前記実施例1と異なる点は、第2導波
路の出射側がエッチドファセト加工されている。エッチ
ドファセトとはエッチングにより端面を形成することで
ある。そして、第1導波路の出射端は反射防止コーティ
ング51がなされている。また、グレーティングは第2
導波路上部に形成されている。曲がり導波路の加工がな
いため、導波路の横閉じ込め加工はすべての層構成が成
長された後に行われる。その他の作製手順は、前記実施
例と同様である。第1導波路に入力された光は、グレー
ティング結合が起こる波長で、第2導波路のエッチドフ
ァセト49と第1導波路の入力端面との間でファブリペ
ロ共振を起こし、エッチドファセト49から出射され
る。その他の波長の光は第1導波路の出射端から反射を
受けずに出力される。エッチドファセト49からの出射
光は、例えば、図5(b)のように斜めに加工した反射
面を利用して、上方向に取り出すこともできる。
【0012】(実施例3)図6は、本発明による第3の
実施例を説明する図である。本実施例では、第1導波路
が上層に形成され、第2導波路が下層に形成されてい
る。第2導波路は、入力側が除去されている。第1導波
路の出射側には、放射出力用の細かい周期のグレーティ
ングが形成されている。作製は、InP基板61上にま
ず、InP下層クラッド62を1.5μmの厚さに、I
nGaAsP(λg =1.52μm)からなる第2導波
路63を0.3μmの厚さに、InGaAsP(λg
1.57μm)からなる活性層64を0.05μmの厚
さに、InGaAsP(λg =1.45μm)からなる
グレーティング層65を0.1μmの厚さに成長する。
グレーティング結合領域601以外を活性層までエッチ
ングした後、グレーティング結合領域601をグレーテ
ィング66としてエッチングし、入力側を一部除去した
後、InP中間層クラッド67を1.4μmの厚さに、
InGaAsP(λg =1.3μm)からなる第1導波
路68を0.15μmの厚さに成長する。グレーティン
グ領域601の外側に非選択波長の光を放射出力するた
めのグレーティング結合器602を同様に作製する。こ
のグレーティング周期は、2次回折光が発生せず、1次
回折光が導波路から離れて出射するように周期を0.4
5μmとしている。さらに、上方向のみに出射するよう
にグレーティング602をブレーズドグレーティングと
してもよい。放射用グレーティング602の長さは数百
μm程度で十分である。続いて、InP上層クラッド6
9を全体に1.5μm、さらに、導波路の側面はInP
でうめこまれている。第2導波路層のみが1部除去さ
れ、図のように、入力側が第1導波路に限定されてい
る。選択された波長の光は第2導波路の出射端面から、
その他の波長の光は、第1導波路に形成されたグレーテ
ィング放射器により、空間的に分離される。電極60
3、604は2電極構成で、波長制御と光利得制御にそ
れぞれ対応している。第1実施例と同様の評価により、
光スペクトルを測定した。2電極への電流注入量を制御
することにより、順方向性結合共振される波長が変化
し、且つ、出力光利得を一定にして、出力光スペクトル
のピーク波長を変化させることができた。
【0013】(実施例4)図7は、本発明の波長選択光
スイッチをバス型の通信網に使用する例である。図中7
1はバスライン、72、73は光リピータ、74〜77
は光ノード、78、79、701、702はOE、EO
変換部を含んだ端末である。光ノードには、本発明によ
る波長選択光スイッチが含まれている。また、光ノード
にOE、EO変換部を含めてもよい。光リピータは伝送
損失、分岐損失を補償するために設けられている。光ノ
ード内で、例えば、波長選択光スイッチが上記損失を補
う構成も無論ある。伝送線路を通ってくる信号/データ
のうち所望の波長チャネルに波長選択光スイッチを同調
することにより、該所望の光のみを分岐させ端末へ伝送
する。また、逆に、端末から信号/データを送出する場
合は、その波長に波長選択光スイッチを同調させること
により、伝送線路に分岐損失を与えることなく、伝送線
路に信号を載せることができる。
【0014】(実施例5)図8は、本発明の光スイッチ
をループ状ネットワークに使用する例である。図中81
は光伝送路、82〜87は光ノード、88、89はルー
プ外との伝送を行うための光ノードである。801〜8
06は端末である。光ノード82〜87には、本発明に
よる波長選択光スイッチが含まれている。光ノードまた
は端末にOE、EO変換部が含まれている。本実施例で
は、光ノード内で波長選択光スイッチが伝送損失を補償
している。端末からの波長信号の送受信における波長選
択光スイッチの役割は、前記実施例と同様である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、グレーティングを
介して順方向結合された2つの導波モードを有する2層
導波路のうち、光が入力する導波路の入射端は導波光を
反射させる構造、出射端は導波光を反射しないで透過さ
せる構造となっていて、且つ、該2層導波路のうち、も
う一方の導波路の出射端が導波光を反射させる構造とな
っていることにより、順方向性結合共振型波長選択光ス
イッチを構成することにより、非常に小さい素子サイズ
で、高密度波長多重システムに対応可能な広帯域波長選
択光スイッチを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の波長選択スイッチの概念を示す断面
図。
【図2】グレーティングによる順方向結合における波長
と結合効率の関係を示す図。
【図3】ファブリペロエタロンにおける波長と透過率の
関係を示す図。
【図4】実施例1の波長選択光スイッチの断面図及び第
1の導波路の一部のみを透視させた上面図。
【図5】実施例2の波長選択光スイッチの断面図。
【図6】実施例3の波長選択光スイッチの断面図。
【図7】実施例4の光バスシステムの構成を示す図。
【図8】実施例5の光ループシステムの構成を示す図。
【符号の説明】
11、43、68 第1導波路 12、45、63 第2導波路 14 入射端 15 反射端 16 無反射端 13、47、65 順方向結合グレーティング 401 曲がり導波路 402 埋め込み層 48、603、604 電極 42、44、46、62、67、69 クラッド 41、61 基板 49 エッチドファセト 51 反射防止膜 602 放射用グレーティング 64 活性層 71、81 光伝送路 74、75、76、77、82、83、84、85、8
6、87、88、89光ノード 78、79、701、702、801、802、80
3、804、805、806 端末 72、73 光リピータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グレーティングを介して順方向結合され
    た、2つの導波モードを有する2層導波路構造からなる
    波長選択光スイッチにおいて、該2層導波路のうち、光
    が入力する導波路の入射端は導波光を反射させる構造、
    出射端は導波光を反射しないで透過させる構造となって
    いて、かつもう一方の導波路の出射端が導波光を反射さ
    せる構造となっていることを特徴とする波長選択光スイ
    ッチ。
  2. 【請求項2】 前記2層導波路のうち、光が入力する導
    波路の出射端の出射角がブルースタ角になっていること
    を特徴とする請求項1記載の波長選択スイッチ。
  3. 【請求項3】 前記2層導波路のうち、光が入力する導
    波路の出射端に反射防止膜が形成されていることを特徴
    とする請求項1記載の波長選択スイッチ。
  4. 【請求項4】 前記2層導波路のうち、光が入力する導
    波路の出射端側に放射グレーティングが形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の波長選択スイッチ。
JP31680793A 1993-12-16 1993-12-16 波長選択光スイッチ Withdrawn JPH07168215A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005327881A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変半導体レーザ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005327881A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変半導体レーザ
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