JPH07181528A - 光ノード素子 - Google Patents
光ノード素子Info
- Publication number
- JPH07181528A JPH07181528A JP32667393A JP32667393A JPH07181528A JP H07181528 A JPH07181528 A JP H07181528A JP 32667393 A JP32667393 A JP 32667393A JP 32667393 A JP32667393 A JP 32667393A JP H07181528 A JPH07181528 A JP H07181528A
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- JP
- Japan
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- optical
- waveguide
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- waveguides
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長分割多重光ネットワークにおいて、各チ
ャンネルに対して瞬断を与えることなく光信号のアッド
／ドロップを行うことを可能にする。 【構成】 ２本の平行な光道波路２、４は光結合を生じ
ないように伝搬定数を違えている。例えば周期的に設け
た高抵抗層６を利用して周期的な電流注入を行うことで
周期的な屈折率変化を得る。この時２本の導波路は光結
合状態（グレーティング結合型カップラー）を構成す
る。即ち電流注入しないときはスルー状態、電流を注入
したときはクロス状態となる。
ャンネルに対して瞬断を与えることなく光信号のアッド
／ドロップを行うことを可能にする。 【構成】 ２本の平行な光道波路２、４は光結合を生じ
ないように伝搬定数を違えている。例えば周期的に設け
た高抵抗層６を利用して周期的な電流注入を行うことで
周期的な屈折率変化を得る。この時２本の導波路は光結
合状態（グレーティング結合型カップラー）を構成す
る。即ち電流注入しないときはスルー状態、電流を注入
したときはクロス状態となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光信号のアッド／ドロッ
プ機能を有する光ノード素子に関する。
プ機能を有する光ノード素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】高度情報化に伴い光ＬＡＮやオフィス内
光ネットワークの本格的導入の時期を迎えている。これ
らのシステムでは光ファイバ内を、波長分割または時分
割多重されて伝送されてきた光信号のうち必要な情報の
みを抜き出し（ドロップ）たり、また送りたい情報を光
ファイバ内に送り込む（アッド）機能が各ノードで必要
となる。こうした機能をもつデバイスとして研究されて
いるものにグレーテイング結合型カップラがフォトニク
ス・テクノロジー・レター（Ｚ．Ｍ．Ｃｈｕａｎｇ ｅ
ｔ ａｌ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｐｐ．７−
９，１９９３）に記載されている。
光ネットワークの本格的導入の時期を迎えている。これ
らのシステムでは光ファイバ内を、波長分割または時分
割多重されて伝送されてきた光信号のうち必要な情報の
みを抜き出し（ドロップ）たり、また送りたい情報を光
ファイバ内に送り込む（アッド）機能が各ノードで必要
となる。こうした機能をもつデバイスとして研究されて
いるものにグレーテイング結合型カップラがフォトニク
ス・テクノロジー・レター（Ｚ．Ｍ．Ｃｈｕａｎｇ ｅ
ｔ ａｌ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｐｐ．７−
９，１９９３）に記載されている。
【０００３】このカップラの基本的な断面構造を図３に
示す。半導体基板１の上に第一の光導波路２と第二の光
導波路４がスペーサ層３を挟んで平行に存在する。導波
路４の層厚は周期Λで変調されており、その上にクラッ
ド層７がある。導波路２と４は光の伝搬定数β1とβ2が
異なる様に設計されている。β1≠β2の時一般には二つ
の導波路間での光学的結合は生じない。しかし一方の導
波路の層厚を周期的に変えて、屈折率の周期的摂動を加
えることにより下記の条件を満たす波長で導波路間の完
全結合が得られる。
示す。半導体基板１の上に第一の光導波路２と第二の光
導波路４がスペーサ層３を挟んで平行に存在する。導波
路４の層厚は周期Λで変調されており、その上にクラッ
ド層７がある。導波路２と４は光の伝搬定数β1とβ2が
異なる様に設計されている。β1≠β2の時一般には二つ
の導波路間での光学的結合は生じない。しかし一方の導
波路の層厚を周期的に変えて、屈折率の周期的摂動を加
えることにより下記の条件を満たす波長で導波路間の完
全結合が得られる。
【０００４】β1−β2＝Λ／２π 図４にポートＡ1から入力しポートＢ1及びポートＢ2に
抜ける光の透過スペクトルを示す。上記の条件を満たす
波長λ0の光のみがポートＢ2に抜け、その他の波長の光
はポートＢ1にスルーされる。また、ポートＡ2からの光
入力に対してはポートＢ1とＢ2に対する透過スペクトル
は反転する。即ち波長λ0の光に対してアッド／ドロッ
プの機能を持つことになる。更に一方の導波路に電流注
入を行ない屈折率を変えることで結合波長をチューニン
グすることができる。例えばλ1の波長の光をアッド／
ドロップしたいときは電流注入により結合波長をλ0か
らλ1に変えることで実現できる。
抜ける光の透過スペクトルを示す。上記の条件を満たす
波長λ0の光のみがポートＢ2に抜け、その他の波長の光
はポートＢ1にスルーされる。また、ポートＡ2からの光
入力に対してはポートＢ1とＢ2に対する透過スペクトル
は反転する。即ち波長λ0の光に対してアッド／ドロッ
プの機能を持つことになる。更に一方の導波路に電流注
入を行ない屈折率を変えることで結合波長をチューニン
グすることができる。例えばλ1の波長の光をアッド／
ドロップしたいときは電流注入により結合波長をλ0か
らλ1に変えることで実現できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この素子の問題点はオ
フ状態にあっても、ある波長において完全結合状態が維
持されるため、光信号の全ての情報をスルー状態にでき
ないことと、予め波長λ0で完全結合状態にあり、波長
λ1の光に対してアッド／ドロップさせるためチューニ
ングしたとき、完全結合状態が波長λ0とλ1の間を通過
するため、この間の波長の情報が出力ポート側Ｂ1 側で
瞬断されることである。
フ状態にあっても、ある波長において完全結合状態が維
持されるため、光信号の全ての情報をスルー状態にでき
ないことと、予め波長λ0で完全結合状態にあり、波長
λ1の光に対してアッド／ドロップさせるためチューニ
ングしたとき、完全結合状態が波長λ0とλ1の間を通過
するため、この間の波長の情報が出力ポート側Ｂ1 側で
瞬断されることである。
【０００６】本発明の目的はこれらの問題点を解決する
光ノード素子を提供することにある。
光ノード素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による光ノード素
子の特徴は、半導体基板上に伝搬定数の等しくない２本
の光導波路を有し、その一部において伝搬する光のフィ
ールドの一部が他方の導波路にしみだす程度に両者が平
行にかつ接近しており、少なくとも一方の光導波路に周
期的な電流注入または電界印加を行なう手段を備えたこ
とである。前記光ノード素子の一方の光導波路の一方の
端に半導体レーザを含む光源が集積化され、他方の端に
受光器が集積化されていてもよい。
子の特徴は、半導体基板上に伝搬定数の等しくない２本
の光導波路を有し、その一部において伝搬する光のフィ
ールドの一部が他方の導波路にしみだす程度に両者が平
行にかつ接近しており、少なくとも一方の光導波路に周
期的な電流注入または電界印加を行なう手段を備えたこ
とである。前記光ノード素子の一方の光導波路の一方の
端に半導体レーザを含む光源が集積化され、他方の端に
受光器が集積化されていてもよい。
【０００８】また本発明の光結合方法は、少なくとも一
部が互いの平行な２本の光導波路の少なくとも一方の光
導波路に周期的に電流注入又は電界印加を行うことによ
って周期的屈折率変化を与えそれにより前記２つの光導
波路を光学的に結合させることを特徴とする光結合方法
である。
部が互いの平行な２本の光導波路の少なくとも一方の光
導波路に周期的に電流注入又は電界印加を行うことによ
って周期的屈折率変化を与えそれにより前記２つの光導
波路を光学的に結合させることを特徴とする光結合方法
である。
【０００９】
【作用】上記の問題点を解決するには、通常は（オフ
時）二つの導波路間での結合がなく、全ての光信号をス
ルーさせ、必要な時だけグレーテイング結合カップラを
形成しある波長でもって完全結合を得る必要がある。こ
の様な素子は導波路に対して作り付けのグレーテイング
を形成するのではなく、電気的に、即ち周期的な電流注
入によって屈折率の周期的摂動を与えることで実現でき
る。
時）二つの導波路間での結合がなく、全ての光信号をス
ルーさせ、必要な時だけグレーテイング結合カップラを
形成しある波長でもって完全結合を得る必要がある。こ
の様な素子は導波路に対して作り付けのグレーテイング
を形成するのではなく、電気的に、即ち周期的な電流注
入によって屈折率の周期的摂動を与えることで実現でき
る。
【００１０】ダブルヘテロ構造の導波路に電流注入する
とプラズマ効果により約１％の屈折率変化が生じる。こ
の変化量はグレーテイング結合カップラを構成するには
十分である。電流注入を行わない場合には周期的摂動が
ないためスルー状態となる。電流注入時にはアッド／ド
ロップ機能が可能になる。但しこの光ノード素子の場合
は、完全結合波長をチューニングすることはほとんどで
きない。しかし、各ノードに特定の波長が割与えられた
システムでは問題なく使用できる。
とプラズマ効果により約１％の屈折率変化が生じる。こ
の変化量はグレーテイング結合カップラを構成するには
十分である。電流注入を行わない場合には周期的摂動が
ないためスルー状態となる。電流注入時にはアッド／ド
ロップ機能が可能になる。但しこの光ノード素子の場合
は、完全結合波長をチューニングすることはほとんどで
きない。しかし、各ノードに特定の波長が割与えられた
システムでは問題なく使用できる。
【００１１】また、注入電流又は印加電流の強さを制御
することによりアッド／ドロップする波長をコントロー
ルできる。
することによりアッド／ドロップする波長をコントロー
ルできる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例である光ノード素子を図面を
用いて詳細に説明する。
用いて詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明の第１の実施例である光ノー
ド素子の断面構造である。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に波長
組成１．１５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる第１の
導波路２（層厚０．３μｍ）、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３
（層厚０．６μｍ）、波長組成１．４μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰからなる第２の導波路４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ
-−ＩｎＰカバー層５（厚さ０．１μｍ）が順に形成さ
れている。その上に約１５μｍの周期で高抵抗ＩｎＰ層
６が形成されている。ひとつの高抵抗層６の長さは約
７．５μｍとなる。その上にｐ−ＩｎＰクラッド層７
（厚さ２μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８
（厚さ０．２μｍ）が形成されている。そして半導体の
上下の面に電極９、１０がある。素子長は約１ｍｍであ
る。
ド素子の断面構造である。ｎ−ＩｎＰ基板１の上に波長
組成１．１５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる第１の
導波路２（層厚０．３μｍ）、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３
（層厚０．６μｍ）、波長組成１．４μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰからなる第２の導波路４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ
-−ＩｎＰカバー層５（厚さ０．１μｍ）が順に形成さ
れている。その上に約１５μｍの周期で高抵抗ＩｎＰ層
６が形成されている。ひとつの高抵抗層６の長さは約
７．５μｍとなる。その上にｐ−ＩｎＰクラッド層７
（厚さ２μｍ）、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８
（厚さ０．２μｍ）が形成されている。そして半導体の
上下の面に電極９、１０がある。素子長は約１ｍｍであ
る。
【００１４】この素子では電流注入により第２の導波路
の屈折率は周期的な摂動を受け、ある波長において２つ
の導波路間で完全結合が得られる。完全結合に必要な電
流は１００ｍＡである。完全結合波長は電流注入の周期
で決定され、この場合は波長１．５５２μｍである。電
流を注入しない場合には全ての光はスルー状態になる。
の屈折率は周期的な摂動を受け、ある波長において２つ
の導波路間で完全結合が得られる。完全結合に必要な電
流は１００ｍＡである。完全結合波長は電流注入の周期
で決定され、この場合は波長１．５５２μｍである。電
流を注入しない場合には全ての光はスルー状態になる。
【００１５】図２に本発明の第２の実施例である光ノー
ド素子の構造図を示す。図は素子を半導体基板の上から
見た図である。第１の実施例では２本の導波路が縦方向
に配置された素子を示したが、実施例２では横方向に配
置されている。この方が光の入力、出力部において２本
の導波路間隔を広げることができるので光ファイアバ等
との光結合が容易であったり、他の光デバイスを集積化
し易いという利点がある。
ド素子の構造図を示す。図は素子を半導体基板の上から
見た図である。第１の実施例では２本の導波路が縦方向
に配置された素子を示したが、実施例２では横方向に配
置されている。この方が光の入力、出力部において２本
の導波路間隔を広げることができるので光ファイアバ等
との光結合が容易であったり、他の光デバイスを集積化
し易いという利点がある。
【００１６】ｎ−ＩｎＰ半導体基板１の上に第１の導波
路２１と第２の導波路２２が配置されており、両者は基
板１の中央付近の結合部２３で接近している。結合部２
３における導波路間隔は１μｍである。光導波路２１、
２２は波長組成１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込
め層の上に形成されたリッジ型の導波路であり、結合部
２３において伝搬定数が異なるように僅かに導波路の幅
が変えられている。導波路幅は３μｍであるが、結合部
２３において一方が２．５μｍと狭くなっている。結合
部２３の長さは１．２ｍｍである。そして結合部２３に
おいて第２の導波路２２の上には電極２４が周期的（周
期１５μｍ）に形成されており、導波路２２への電流注
入が可能になっている。約１５０ｍＡの電流注入時に波
長１．５５２μｍの光に対して完全結合状態になる。
路２１と第２の導波路２２が配置されており、両者は基
板１の中央付近の結合部２３で接近している。結合部２
３における導波路間隔は１μｍである。光導波路２１、
２２は波長組成１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込
め層の上に形成されたリッジ型の導波路であり、結合部
２３において伝搬定数が異なるように僅かに導波路の幅
が変えられている。導波路幅は３μｍであるが、結合部
２３において一方が２．５μｍと狭くなっている。結合
部２３の長さは１．２ｍｍである。そして結合部２３に
おいて第２の導波路２２の上には電極２４が周期的（周
期１５μｍ）に形成されており、導波路２２への電流注
入が可能になっている。約１５０ｍＡの電流注入時に波
長１．５５２μｍの光に対して完全結合状態になる。
【００１７】また第２の導波路２２の一方の端には発振
波長１．５５２μｍの分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レー
ザ２５が、また他方の端には受光器が集積されている。
本素子ではポートＡ1 から入った光信号は、電流注入し
ない状態ではポートＢ1にスルーされる。電流注入時に
はポートＡ1からの入力光信号のうち波長１．５５２μ
ｍの光信号がポートＢ2側にドロップされ、受光器２６
により受光される。同時に半導体レーザ２５を変調すれ
ば新たな光信号をポートＡ1側の出力に加えることがで
きる。
波長１．５５２μｍの分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レー
ザ２５が、また他方の端には受光器が集積されている。
本素子ではポートＡ1 から入った光信号は、電流注入し
ない状態ではポートＢ1にスルーされる。電流注入時に
はポートＡ1からの入力光信号のうち波長１．５５２μ
ｍの光信号がポートＢ2側にドロップされ、受光器２６
により受光される。同時に半導体レーザ２５を変調すれ
ば新たな光信号をポートＡ1側の出力に加えることがで
きる。
【００１８】第２の実施例では半導体レーザ２５および
受光器２６を集積化したが、もちろん本発明は集積型で
ない結合器２３だけからなる素子であってもよい。
受光器２６を集積化したが、もちろん本発明は集積型で
ない結合器２３だけからなる素子であってもよい。
【００１９】本発明の実施例では電流を均一に注入する
構造について述べたが、電流は均一に注入する必要は必
ずしもない。均一注入の場合は透過スペクトルにおいて
完全結合波長の近くにサイドローブがでやすい。そこで
このサイドローブを小さくするように電流注入分布を最
適化することもできる。
構造について述べたが、電流は均一に注入する必要は必
ずしもない。均一注入の場合は透過スペクトルにおいて
完全結合波長の近くにサイドローブがでやすい。そこで
このサイドローブを小さくするように電流注入分布を最
適化することもできる。
【００２０】本発明の実施例では電流注入領域と非注入
領域の長さを同じとしたが、これは同じである必要はな
い。重要なのはその周期である。本発明の実施例では屈
折率の周期的摂動を電流注入により与えたが、電界印加
によっても屈折率変化は得られるため、電極にはｐ−ｎ
接合に対し逆バイアスとなる電圧を印加してもよい。半
導体材料はここで示したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系でな
くてもよい。
領域の長さを同じとしたが、これは同じである必要はな
い。重要なのはその周期である。本発明の実施例では屈
折率の周期的摂動を電流注入により与えたが、電界印加
によっても屈折率変化は得られるため、電極にはｐ−ｎ
接合に対し逆バイアスとなる電圧を印加してもよい。半
導体材料はここで示したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系でな
くてもよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明による光ノード素子は以下の利点
を有している。従来の素子と異なり、オフ状態において
は全ての波長の光信号に対しスルー状態にできる。ま
た、オフからオン状態にする時、伝送されてきた他のチ
ャンネルを瞬断させることなく動作できる。屈折率の周
期的摂動を作り付けではなく、電流注入で与えるためそ
の摂動のパターンに自由度ができる。そのため、透過ス
ペクトルのサイドローブのレベルを低く抑えるための電
流注入分布の最適化等が容易に行える。
を有している。従来の素子と異なり、オフ状態において
は全ての波長の光信号に対しスルー状態にできる。ま
た、オフからオン状態にする時、伝送されてきた他のチ
ャンネルを瞬断させることなく動作できる。屈折率の周
期的摂動を作り付けではなく、電流注入で与えるためそ
の摂動のパターンに自由度ができる。そのため、透過ス
ペクトルのサイドローブのレベルを低く抑えるための電
流注入分布の最適化等が容易に行える。
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す上面図。
【図３】従来の光ノード素子の構造概念図。
【図４】光ノード素子の各ポート間の透過スペクトルを
示す図。
示す図。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ 第１の光導波路 ３ ｎ−ＩｎＰスペーサ層 ４ 第２の光導波路 ５ ｐ-−ＩｎＰカバー層 ６ 高抵抗ＩｎＰ層 ７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ８ ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層 ９、１０ 電極 ２１、２２ 光導波路 ２３ 結合部 ２４ 電極 ２５ ＤＦＢレーザ ２６ 受光器
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板上に伝搬定数の異なる２本の光
導波路を有し、前記光導波路の少なくとも一部が互いに
平行にかつ接近しており、少なくとも一方の光導波路に
周期的な電流注入または電界印加を行なう手段を備えた
ことを特徴とする光ノード素子。 - 【請求項２】一方の光導波路の一方の端に半導体レーザ
を含む光源が集積化され、他方の端に受光器が集積化さ
れたことを特徴とする請求項１記載の光ノード素子。 - 【請求項３】少なくとも一部が互いの平行な２本の光導
波路の少なくとも一方の光導波路に周期的に電流注入又
は電界印加を行うことによって周期的屈折率変化を与え
それにより前記２つの光導波路を光学的に結合させるこ
とを特徴とする光結合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32667393A JPH07181528A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光ノード素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32667393A JPH07181528A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光ノード素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181528A true JPH07181528A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18190389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32667393A Pending JPH07181528A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光ノード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07181528A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013021120A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Anritsu Corp | 半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57158616A (en) * | 1981-03-25 | 1982-09-30 | Ricoh Co Ltd | Optical coupler |
| JPH02269324A (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-02 | Ricoh Co Ltd | 半導体光スイッチ |
| JPH05160790A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-06-25 | Canon Inc | 光ノードおよびそれを用いた光通信ネットワーク |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32667393A patent/JPH07181528A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57158616A (en) * | 1981-03-25 | 1982-09-30 | Ricoh Co Ltd | Optical coupler |
| JPH02269324A (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-02 | Ricoh Co Ltd | 半導体光スイッチ |
| JPH05160790A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-06-25 | Canon Inc | 光ノードおよびそれを用いた光通信ネットワーク |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013021120A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Anritsu Corp | 半導体光反射器及び半導体レーザ、並びにそれらの駆動方法及び装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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