JPH07199239A - 非線形光学素子 - Google Patents
非線形光学素子Info
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- JPH07199239A JPH07199239A JP33430993A JP33430993A JPH07199239A JP H07199239 A JPH07199239 A JP H07199239A JP 33430993 A JP33430993 A JP 33430993A JP 33430993 A JP33430993 A JP 33430993A JP H07199239 A JPH07199239 A JP H07199239A
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- light
- electric field
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御光吸収によるバンドフィリング効果と静
電界印加によるキャリア掃引を利用して高速の光−光制
御を行う非線形光学素子において、不要なノンドープ層
またはｐｎ接合層を除去することで容量増大化をはか
り、キャリア掃引の際の電界スクリーニングを抑制して
高速動作を可能にする。 【構成】 電極１、９間には逆バイアス電圧が印加さ
れ、ＧａＡｓコア層４には静電界が印加されている。制
御光パルスがＧａＡｓコア層で吸収され、キャリアが生
成されて屈折率変化が生じ、光導波部を伝搬する信号光
が位相変調される。ノンドープ層４、５は、光導波部を
含む幅１０μｍの部分を残して除去されている。これに
よって素子容量が増大化され、キャリアが掃引される際
の印加静電界のスクリーニングが抑制されて高速動作が
可能になる。
電界印加によるキャリア掃引を利用して高速の光−光制
御を行う非線形光学素子において、不要なノンドープ層
またはｐｎ接合層を除去することで容量増大化をはか
り、キャリア掃引の際の電界スクリーニングを抑制して
高速動作を可能にする。 【構成】 電極１、９間には逆バイアス電圧が印加さ
れ、ＧａＡｓコア層４には静電界が印加されている。制
御光パルスがＧａＡｓコア層で吸収され、キャリアが生
成されて屈折率変化が生じ、光導波部を伝搬する信号光
が位相変調される。ノンドープ層４、５は、光導波部を
含む幅１０μｍの部分を残して除去されている。これに
よって素子容量が増大化され、キャリアが掃引される際
の印加静電界のスクリーニングが抑制されて高速動作が
可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学素子に関
し、特に光ファイバ通信や光情報処理等の分野で光制御
素子として用いられる非線形光学素子に関する。
し、特に光ファイバ通信や光情報処理等の分野で光制御
素子として用いられる非線形光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムや光情報処理シ
ステムの高速化には、光制御を行う素子の動作の高速化
が必要不可欠である。従来、光制御素子においては電気
信号により光制御を行う方法（電気−光制御）がとられ
てきたが、近年、より高速の動作が期待される方法とし
て、光により光制御を行う方法（光−光制御）が注目さ
れている。
ステムの高速化には、光制御を行う素子の動作の高速化
が必要不可欠である。従来、光制御素子においては電気
信号により光制御を行う方法（電気−光制御）がとられ
てきたが、近年、より高速の動作が期待される方法とし
て、光により光制御を行う方法（光−光制御）が注目さ
れている。
【０００３】例えば、当社開発例として特願平４−３４
１８６３号明細書には、光吸収により非線形屈折率変化
を示す光導波部に静電界を印加する手段を有する非線形
光学素子が記載されている。この素子の光導波部では、
制御光が吸収され、励起されたキャリアによるバンドフ
ィリング効果によって非線形屈折率変化が引き起こされ
る。この非線形屈折率変化により、光導波部を伝搬する
信号光が位相変調される。バンドフィリング効果による
非線形屈折率変化の場合、その発現に要する時間は非常
に短い（１ｐｓ以下）が、消失に要する時間は、励起さ
れたキャリアの寿命（通常１ｎｓ以上）によって定ま
り、素子の高速動作を妨げる。そこで、前述の特願平４
−３４１８６３号に記載の素子では、光導波部に静電界
を印加し励起されたキャリアを光導波部外に掃引するこ
とにより、非線形屈折率変化の回復を高速化している。
素子の動作速度は、光導波部内に励起されたキャリアが
静電界によって光導波部外へ走行するのに要する時間で
律速されることになる。ところが、キャリアが掃引され
る際には、空間的に分離された電子と正孔によって印加
静電界が多少なりともスクリーニングされ、電界強度が
低下する。この印加静電界強度の低下は、キャリアの走
行速度を低下させ、素子の高速動作を妨げる。そこで、
前述の特願平４−３４１８６３号に記載の素子では、電
界印加に用いる電極の面積を大きくし素子の電気容量を
大きくすることによって、キャリア掃引の際の電界スク
リーニングによる印加静電界強度の低下を抑制してい
る。
１８６３号明細書には、光吸収により非線形屈折率変化
を示す光導波部に静電界を印加する手段を有する非線形
光学素子が記載されている。この素子の光導波部では、
制御光が吸収され、励起されたキャリアによるバンドフ
ィリング効果によって非線形屈折率変化が引き起こされ
る。この非線形屈折率変化により、光導波部を伝搬する
信号光が位相変調される。バンドフィリング効果による
非線形屈折率変化の場合、その発現に要する時間は非常
に短い（１ｐｓ以下）が、消失に要する時間は、励起さ
れたキャリアの寿命（通常１ｎｓ以上）によって定ま
り、素子の高速動作を妨げる。そこで、前述の特願平４
−３４１８６３号に記載の素子では、光導波部に静電界
を印加し励起されたキャリアを光導波部外に掃引するこ
とにより、非線形屈折率変化の回復を高速化している。
素子の動作速度は、光導波部内に励起されたキャリアが
静電界によって光導波部外へ走行するのに要する時間で
律速されることになる。ところが、キャリアが掃引され
る際には、空間的に分離された電子と正孔によって印加
静電界が多少なりともスクリーニングされ、電界強度が
低下する。この印加静電界強度の低下は、キャリアの走
行速度を低下させ、素子の高速動作を妨げる。そこで、
前述の特願平４−３４１８６３号に記載の素子では、電
界印加に用いる電極の面積を大きくし素子の電気容量を
大きくすることによって、キャリア掃引の際の電界スク
リーニングによる印加静電界強度の低下を抑制してい
る。
【０００４】図２に、参考例として上記の特徴を有する
非線形光学素子の一例を示す。Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドー
ピングしたＧａＡｓ基板２上に、Ｓｉを１０18ｃｍ-3ド
ーピングした厚さ２μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝
０．０４）下部クラッド層３、ノンドーピングで厚さ１
μｍのＧａＡｓコア層４、ノンドーピングで厚さ０．２
μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッ
ド層５、Ｂｅを１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．６
μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッ
ド層６、Ｂｅを１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．２
μｍのＧａＡｓキャップ層７が順に積層されている。さ
らに、エッチングプロセスにより高さ０．９μｍ、幅３
μｍのストリップが形成され、これによって、ＧａＡｓ
コア層のストリップ装荷部が光導波部となる。素子表面
には厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 絶縁膜８と電極９が積層
され、電極９はＧａＡｓキャップ層７にオーミック接触
している。また、基板２の裏面にもオーミック電極１が
形成されている。素子長は５００μｍ、電極９の幅は１
ｍｍである。
非線形光学素子の一例を示す。Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドー
ピングしたＧａＡｓ基板２上に、Ｓｉを１０18ｃｍ-3ド
ーピングした厚さ２μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝
０．０４）下部クラッド層３、ノンドーピングで厚さ１
μｍのＧａＡｓコア層４、ノンドーピングで厚さ０．２
μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッ
ド層５、Ｂｅを１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．６
μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッ
ド層６、Ｂｅを１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．２
μｍのＧａＡｓキャップ層７が順に積層されている。さ
らに、エッチングプロセスにより高さ０．９μｍ、幅３
μｍのストリップが形成され、これによって、ＧａＡｓ
コア層のストリップ装荷部が光導波部となる。素子表面
には厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 絶縁膜８と電極９が積層
され、電極９はＧａＡｓキャップ層７にオーミック接触
している。また、基板２の裏面にもオーミック電極１が
形成されている。素子長は５００μｍ、電極９の幅は１
ｍｍである。
【０００５】電極１、９の間には、逆バイアス電圧が印
加されており、これによってＧａＡｓコア層４に静電界
が印加される。この素子に、光導波部で吸収される制御
光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射される。制
御光パルスが吸収されることにより光導波部にキャリア
が生成され、非線形屈折率変化が引き起こされる。生成
されたキャリアは、光導波部に印加された静電界により
光導波部外へ掃引される。すなわち、電子および正孔は
それぞれ下部クラッドと上部クラッドへ掃引される。こ
の結果、非線形屈折率変化は消失する。信号光はこの屈
折率の変化によって位相変調される。以上のような一連
の動作によって高速の光制御が行われる。
加されており、これによってＧａＡｓコア層４に静電界
が印加される。この素子に、光導波部で吸収される制御
光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射される。制
御光パルスが吸収されることにより光導波部にキャリア
が生成され、非線形屈折率変化が引き起こされる。生成
されたキャリアは、光導波部に印加された静電界により
光導波部外へ掃引される。すなわち、電子および正孔は
それぞれ下部クラッドと上部クラッドへ掃引される。こ
の結果、非線形屈折率変化は消失する。信号光はこの屈
折率の変化によって位相変調される。以上のような一連
の動作によって高速の光制御が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】既に述べたように、素
子の動作速度は光導波部内に励起されたキャリアが静電
界によって光導波部外へ走行するのに要する時間で律速
されるため、動作の高速化のためにはキャリア掃引の際
の印加静電界のスクリーニングを抑制することが必要と
なる。この電界スクリーニングは、素子容量を大きくす
ることによって抑制することが可能である。すなわち、
素子の電気容量をＣ、１個の制御光パルスで生成され掃
引される電気量をΔＱ、これによる電圧低下をΔＶとす
ると、ΔＶ＝ΔＱ／Ｃとなることから、Ｃを大きくすれ
ばΔＶを小さくすることが可能となる。
子の動作速度は光導波部内に励起されたキャリアが静電
界によって光導波部外へ走行するのに要する時間で律速
されるため、動作の高速化のためにはキャリア掃引の際
の印加静電界のスクリーニングを抑制することが必要と
なる。この電界スクリーニングは、素子容量を大きくす
ることによって抑制することが可能である。すなわち、
素子の電気容量をＣ、１個の制御光パルスで生成され掃
引される電気量をΔＱ、これによる電圧低下をΔＶとす
ると、ΔＶ＝ΔＱ／Ｃとなることから、Ｃを大きくすれ
ばΔＶを小さくすることが可能となる。
【０００７】ストリップ装荷型光導波路の場合、コア層
自体が加工されることなく光導波部が形成されることに
より、導波される光の損失が抑えられることを特徴とす
る。しかし、図２に示した非線形光学素子の場合、光導
波部以外の大半のノンドープＧａＡｓ層４およびノンド
ープＡｌＧａＡｓ層５は不要であり、むしろ、素子容量
の減少を招いているに過ぎない。したがって、これらを
除去すれば、導波光損失を増加させることなく一層の容
量増大化が図れることになる。
自体が加工されることなく光導波部が形成されることに
より、導波される光の損失が抑えられることを特徴とす
る。しかし、図２に示した非線形光学素子の場合、光導
波部以外の大半のノンドープＧａＡｓ層４およびノンド
ープＡｌＧａＡｓ層５は不要であり、むしろ、素子容量
の減少を招いているに過ぎない。したがって、これらを
除去すれば、導波光損失を増加させることなく一層の容
量増大化が図れることになる。
【０００８】本発明の目的は、電界が印加される半導体
部のうちで不要な部分を除去し一層の容量増大化をはか
ることにより、制御光吸収によって生じたキャリアの掃
引の際の電界スクリーニングを抑制して、高速動作の可
能な非線形光学素子を提供することにある。
部のうちで不要な部分を除去し一層の容量増大化をはか
ることにより、制御光吸収によって生じたキャリアの掃
引の際の電界スクリーニングを抑制して、高速動作の可
能な非線形光学素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の非線形光学素子
は、光吸収により非線形屈折率変化を生ずる半導体材料
で成るコア層と該コア層に接合するクラッド層とで層に
垂直な方向の光閉じ込め構造を成し、さらに層に平行な
方向の光閉じ込め構造およびコアに静電界を印加する手
段を有する非線形光学素子であり、光導波部以外のノン
ドープ層またはｐｎ接合部を除去したことを特徴とす
る。
は、光吸収により非線形屈折率変化を生ずる半導体材料
で成るコア層と該コア層に接合するクラッド層とで層に
垂直な方向の光閉じ込め構造を成し、さらに層に平行な
方向の光閉じ込め構造およびコアに静電界を印加する手
段を有する非線形光学素子であり、光導波部以外のノン
ドープ層またはｐｎ接合部を除去したことを特徴とす
る。
【００１０】
【実施例】図１に本発明による非線形光学素子の一実施
例の構造を示す。Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドーピングしたＧ
ａＡｓ基板２上に、Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドーピングした
厚さ２μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）下部
クラッド層３、ノンドーピングで厚さ１μｍのＧａＡｓ
コア層４、ノンドーピングで厚さ０．２μｍのＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッド層５、Ｂｅを
１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．６μｍのＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッド層６、Ｂｅを
１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．２μｍのＧａＡｓ
キャップ層７が順に積層されている。さらに、エッチン
グプロセスにより高さ０．９μｍ、幅３μｍのストリッ
プが形成され、これによって、ＧａＡｓコア層のストリ
ップ装荷部が光導波部となる。また、この光導波部を含
む幅１０μｍの部分を残して、ノンドープＧａＡｓ層
４、ノンドープＡｌＧａＡｓ層５が除去されている。素
子表面には厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 絶縁膜８と電極９
が積層され、電極９はＧａＡｓキャップ層７にオーミッ
ク接触している。また、基板２の裏面にもオーミック電
極１が形成されている。素子長は５００μｍ、電極９の
幅は１ｍｍである。
例の構造を示す。Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドーピングしたＧ
ａＡｓ基板２上に、Ｓｉを１０18ｃｍ-3ドーピングした
厚さ２μｍのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）下部
クラッド層３、ノンドーピングで厚さ１μｍのＧａＡｓ
コア層４、ノンドーピングで厚さ０．２μｍのＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッド層５、Ｂｅを
１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．６μｍのＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０４）上部クラッド層６、Ｂｅを
１０18ｃｍ-3ドーピングした厚さ０．２μｍのＧａＡｓ
キャップ層７が順に積層されている。さらに、エッチン
グプロセスにより高さ０．９μｍ、幅３μｍのストリッ
プが形成され、これによって、ＧａＡｓコア層のストリ
ップ装荷部が光導波部となる。また、この光導波部を含
む幅１０μｍの部分を残して、ノンドープＧａＡｓ層
４、ノンドープＡｌＧａＡｓ層５が除去されている。素
子表面には厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 絶縁膜８と電極９
が積層され、電極９はＧａＡｓキャップ層７にオーミッ
ク接触している。また、基板２の裏面にもオーミック電
極１が形成されている。素子長は５００μｍ、電極９の
幅は１ｍｍである。
【００１１】電極１、９の間には、逆バイアス電圧が印
加されており、これによってＧａＡｓコア層４に静電界
が印加される。この素子に、光導波部で吸収される制御
光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射される。制
御光が吸収されることにより光導波部にキャリアが生成
され、非線形屈折率変化が引き起こされる。生成された
キャリアは、光導波部に印加された静電界により光導波
部外へ掃引される。すなわち、電子および正孔はそれぞ
れ下部クラッドと上部クラッドへ掃引される。この結
果、非線形屈折率変化は消失する。信号光はこの屈折率
の変化によって位相変調される。以上のような一連の動
作によって高速の光制御が行われる。
加されており、これによってＧａＡｓコア層４に静電界
が印加される。この素子に、光導波部で吸収される制御
光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射される。制
御光が吸収されることにより光導波部にキャリアが生成
され、非線形屈折率変化が引き起こされる。生成された
キャリアは、光導波部に印加された静電界により光導波
部外へ掃引される。すなわち、電子および正孔はそれぞ
れ下部クラッドと上部クラッドへ掃引される。この結
果、非線形屈折率変化は消失する。信号光はこの屈折率
の変化によって位相変調される。以上のような一連の動
作によって高速の光制御が行われる。
【００１２】図１に示した本発明による非線形光学素子
の容量は４４ｐＦ程度となり、図２に示した素子と光導
波部の構造および表面の電極の面積は同一であるにもか
かわらず、容量は２倍程度になっている。すなわち、不
要な光導波部以外のノンドープＧａＡｓ層４およびノン
ドープＡｌＧａＡｓ層５を除去することによって、一層
の容量増大化が図られている。したがって、キャリア掃
引の際の印加静電界のスクリーニングが抑制され、高速
動作が可能となる。また、光導波部周辺の幅１０μｍの
部分にはＧａＡｓコア層が残っており、それ以外のＧａ
Ａｓコア層を除去したことによる信号光損失の増加は小
さい。
の容量は４４ｐＦ程度となり、図２に示した素子と光導
波部の構造および表面の電極の面積は同一であるにもか
かわらず、容量は２倍程度になっている。すなわち、不
要な光導波部以外のノンドープＧａＡｓ層４およびノン
ドープＡｌＧａＡｓ層５を除去することによって、一層
の容量増大化が図られている。したがって、キャリア掃
引の際の印加静電界のスクリーニングが抑制され、高速
動作が可能となる。また、光導波部周辺の幅１０μｍの
部分にはＧａＡｓコア層が残っており、それ以外のＧａ
Ａｓコア層を除去したことによる信号光損失の増加は小
さい。
【００１３】以上、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系材料を例
にとって説明したが、本発明は、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系材料などの他の半導体材料を用いた場合において
も、同様の効果が得られる。また、コアがバルクの場合
だけでなく、多重量子井戸構造とした場合においても同
様の効果が得られる。
にとって説明したが、本発明は、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系材料などの他の半導体材料を用いた場合において
も、同様の効果が得られる。また、コアがバルクの場合
だけでなく、多重量子井戸構造とした場合においても同
様の効果が得られる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非線形光
学素子では、不要なノンドープ層またはｐｎ接合層を除
去し一層の容量増大化をはかることにより、制御光吸収
によって生じたキャリアの掃引の際の電界スクリーニン
グが抑制され、高速の光−光制御が可能となる。
学素子では、不要なノンドープ層またはｐｎ接合層を除
去し一層の容量増大化をはかることにより、制御光吸収
によって生じたキャリアの掃引の際の電界スクリーニン
グが抑制され、高速の光−光制御が可能となる。
【図１】本発明の非線形光学素子の一実施例の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】参考例の非線形光学素子の構造を示す断面図で
ある。
ある。
１ 電極 ２ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ３ ＳｉドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ４ ノンドープＧａＡｓコア層 ５ ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ６ ＢｅドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ７ ＢｅドープＧａＡｓキャップ層 ８ ＳｉＯ2 絶縁膜 ９ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 光吸収により非線形屈折率変化を生ずる
半導体材料で成るコア層と該コア層に接合するクラッド
層とで層に垂直な方向の光閉じ込め構造を成し、さらに
層に平行な方向の光閉じ込め構造およびコアに静電界を
印加する手段を有する非線形光学素子において、光導波
部以外のノンドープ層またはｐｎ接合部を除去したこと
を特徴とする非線形光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33430993A JPH07199239A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非線形光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33430993A JPH07199239A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非線形光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07199239A true JPH07199239A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18275914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33430993A Pending JPH07199239A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 非線形光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07199239A (ja) |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33430993A patent/JPH07199239A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971028 |