JPH07501628A - 集積可変波長光フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集積同調可変光フィルタ 技術背景 本発明は広範な同調可変範囲を有する、特に、改良型ＷＤＭ　（波長分割多重伝 送）用とか種々の光部品の分光試験に使用される、集積同調可変光フィルタに関 する。

広範に同調を可変とする光フィルタは光通信システムにおいては重要な構成部分 である。この種のフィルタにより達成すべき２つの課題がある。その１つは同調 範囲を広範なものにすることと、もう１つはスペクトル選択性を高いものにする ことである。しかしながら、従来知られているブレーナ集積光構造部品では上記 課題の一方のみしか達成し得なかった。

従来、同方向結合器として公知のフィルタ構造体は、“広範に同調可能なＩｎＧ ａＡｓＰ／ＩｎＰ（インジュウムガリウムヒ素すン／インジュウムリン）埋め込 みリブ状導波路垂直結合フィルタ”　（Ｒ，Ｃ，Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ、Ｌ、Ｌ。

Ｂｕｈｌ、Ｕ、ＫｏｒｅｎＳＢ、１．Ｍｉ　ｌ１ｅｒ、Ｍ、Ｇ、Ｙｏｕｎｇ、Ｔ 、Ｌ。

ＫｏｃｈｌＧ、Ａ、Ｂｕｒｒｕｓ、Ｇ、ａｙｂｏｎ）、Ａｐｐｌｙ、ｐｈｙｓ。

Ｌｅ　ｔ　ｔ、第６０巻第８号、１９９２年２月２４日に記述されている。この 公知の構造体は相異なった実効屈折率を有する２つの非対称の導波路部により構 成される。上導波路部に導入された光信号が下導波路部に射出され、上導波路部 に向けて選択的に反射される。上記導波路部のパラメータを適当に選定すれば、 この種の構造体は選択性フィルタとして作用させることができる。

この公知の構造体の利点は実際同調範囲が広範ではあるが、この反面、構造体の 全長を長くしないことには高選択性を得ることが困難でる。

一方、高選択性を有する半導体光フィルタが知られている。この公知の構造体は 上部にグレーティングを成長させた導波路部を利用するものであり、該グレーテ ィング部は周期的に欠損させられたものである。この種の構造は既に波長可変レ ーザに使用されティる（Ｖ、ＪａｙａｒａｍａｎｌＤ、Ａ、Ｃｏｈｅｎ、Ｌ、Ａ 。

Ｃｏ１ｄｒｅｎ、“１つのグレーティング例を用いた半導体レーザにおける同調 範囲の拡大化の実証例”　、Ａｐｐ　Ｉ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅ　ｔ　ｔ、第６０巻第 １９号、１９９２年５月１１日）。しかしながら、この種の構造体をフィルタ構 造体に使用されたものはこれまで存在しない。

この従来の構造体は櫛歯状反射スペクトルを提供する。その各パラメータは各ピ ーク間の間隔、櫛歯状スペクトルのエンベロープのスペクトル帯域幅、ピーク値 及び反射ピークの帯域幅等である。該構造体の選択性に影響を及ぼす、反射ピー ク帯域幅が最も重要なパラメータである。このパラメータは、非常に残念なこと に、該構造体の同調範囲を制限することとなっている。

本発明の要約 本発明の目的は広範な可変同調範囲を有すると同時に高選択性を有する、小型集 積部品を構成する光フィルタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は一方の面に共通電極を有する半導体基板によ り形成した集積光フィルタを提供するものであり、該半導体基板には第１導波路 部が設けられ、該導波路部の上方にグレーティングが成長させられている。該グ レーティングは大きい周期を有する第１部分と、周期的に欠損した小さい周期を 有する第２部分とを有する。上記半導体基板の第１部分において第１グレーティ ング部分から離間した頂部に同方向結合部を形成した第２導波路部が設けられる 。

上記第２導波路部は頂部に第２電極が取り付けられた半導体部分で被覆される。

第２導波路部の上方の半導体基板部分の頂部に第３電極が取り付けられる。上記 半導体基板の第１部分における両導波路部の屈折率は上記第２電極に沿って注入 される電流によって制御される。上記第２部分における導波路部の屈折率は第３ 電極に沿って注入される電流によって制御される。

図面の簡単な説明 本発明を以下の図面を参照して詳細に説明される。

第１図は本発明の機器の概略断面図である。

第２図〜第６図はそれぞれ第１図のフィルタ機器の動作を説明する代表的な動作 曲線をである。

発明の詳細な説明 第１図は本発明の光フィルタの構造を示す。この集積フィルタ機器は、半導体材 料、例えばＩｎＰ（インジュウムリン）から成る半導体基板により構成され、該 半導体基板１は第１部分２と第２部分３から構成される。上記半導体基板１に半 導体材料、例えばＩｎＧａＡｓＰ　（インジュウムガリュウムヒ素リン）により 複数の層が形成され、上方部にグレーティング４０が設けられた下導波路部４が 形成される。上記グレーティング４０は２つの相異なった形状寸法の構造部を形 成し、すなわち、上記第１部分２に長い繰り返し周期を有する第１リブ状構造部 ４１と上記第２部分３に周期的に欠損した鋸歯状又はストライブ状構造部４２と を形成している。上述の鋸歯状構造部４２は短い繰り返し周期のストライプ状構 造を有する。上記リブ状構造部４１の周期は代表的に１０〜５０μｍの範囲内の 大きさとされる。上記鋸歯状構造部４２の周期は代表的に１μｍ以下の大きさと される。

第１リブ状構造部４１の頂部で該第１リブ状構造部４１から離間して上導波路部 ５が設けられ、該上導波路部５は半導体基板１の第１部分２に同方向結合部を形 成する。上記半導体基板の第２部分３の頂部に第１電極６が設けられ、該第１電 極６を介して注入電流が上記第１部分２に結合可能とされる。また、第２部分３ の頂部に第２電極７が設けられ、該第２電極７を介して注入電流が上記第２部分 ３に結合可能とされる。上記半導体基板１の下面に共通背面電極８が設けられる 。

本発明の光フィルタは次の作用を行う。光信号が上導波路部５を通過させられる と、ある波長λで１００％の光パワーが下導波路部４を横切って結合される。

第２部分３における同方向結合部におけるスペクトル帯域幅は下記の関係式にし たがって第２部分３の長さＬｅａｄｌ＋、リブ状構造部４１の周期及び上記２つ の導波路部５．４の実効屈折率ｎ、、ｎ、によって決定される。

上記電極６．８間にある電圧を印加して注入される電流に基づき屈折率ｎ、、ｎ 、を変化させることにより上記波長は変化させられる。第２図は同方向結合部の ある濾過応答Ａを示し、第３図は電流注入により波長が移相された場合の同方向 結合部のある濾過応答Ａ−を示す。上記第１部分２における濾過応答は低選択性 を有することに注意しなければならない。

下導波路部４に結合された光信号は周期的に欠損した鋸歯状構造部４２に終結す る。該欠損した鋸歯状構造部４２の反射スペクトルは、第４図中、第１部分２の 濾過応答と一緒に、Ｂを付して示されるように櫛歯状のものとされる。この櫛歯 状スペクトルの各反射ピークは高選択性を有する。選択性は主に欠損した第２構 造部４２の周期数及び該構造部４２の結合部長さによって決定される。

櫛歯状スペクトルＢの各反射ピークは電極７．８間に電圧が印加された際、該第 ２部分３への注入電流によって幾らか変化させることができる。このようにして 、櫛歯状スペクトルは第５図中Ｂ′をもって示すように波長が幾らか変位させら れる。このようにして、反射ピークの１つの波長を第１部分２の中心結合波長に 正確に対応させることができる。

濾過応答Ｃが第６図に示すように非常に狭い帯域を有すると、その応答結果が上 導波路部５に表れ、該導波路部５の出力に供給される。

上記２つの部分２及び３の種々のパラメータは全体的に互いに独立的に選択不可 能であるが、少なくとも次の条件を満足しなければならない。この条件は同方向 結合部のスペクトル帯域幅と第２部分３の櫛歯状スペクトルにおける各ピーク間 における間隔との関係を確立する。この帯域幅は各ピーク間の間隔よりも小さく しなければならない： ここで、Δλ３．＠は同方向結合部のスペクトル帯域幅である：ここで、 λ　：　波長 Δ　；　第１部分におけるリブ状構造部の周期Ｌｅａｄｅｒ；　第１部分の長さ ｎｌ、ｎｂ；　第１部分における２つの導波路部の実効屈折率Ｌ１　：　第２部 分における繰り返し１鋸歯状グレ一テイング部の長さＬ２　；　第２部分におけ る繰り返しｌ非ストリップ部の長さｎ　；　第２部分における導波路部の実効屈 折率さらに、また、上記各パラメータの選定は上記グレーティング構造部わたっ て要求される特性によって制限される。２つの重要な特性は同調範囲の大きさと 選択性である。同調範囲は第１及び第２部分によって決定され、２つの変数、す なわち同方向結合部の同調範囲Δλ１及び第２部分３における櫛歯状スペクトル のエンベロープのスペクトル帯域幅Δλ２の最大値以下の大きさとされる。

上記実施例のＩｎＧａＡｓＰ基板における代表的な多値は次のとおりである二同 方向結合部 長さＬｃ、１．　９００μｍ 結合係数　１７．５Ｃｍ−’ 欠損鋸歯状構造部 長さ　９００μｍ Ｎ、、、　’３．　２４ Ｌ１　７５μｍ 基本周期Ａ　ｗ　＊　ｇ　ｖ　＋　ｔ　領　２４１３μｍ結合係数　１０ｃｍ− ’ 濾過応答 中心波長　λ＝１．５５０μｍ 同調範囲　５０ｎｍ 屈折率変化　Ｑ、３ｎｍ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．半導体材料製基板（１）からなる集積同調可変光フィルタにおいて、上記基 板（１）が第１部分（２）及び第２部分（３）を有し、該第１部分（２）に低選 択性を有する同調可変フィルタを形成するとともに該第２部分（３）に選択性反 射器を形成し、 上記第１部分（２）に電流を注入してその濾過選択波長を低下させる第１電流注 入手段を設けるとともに上記第２部分（３）に電流を注入してその反射スペクト ル波長の波長を微小に低下させる第２電流注入手段を設け、上記反射スペクトル の１つの反射ピークの波長を第１部分（２）の濾過選択波長と一致させることに より非常に狭い帯域フィルタ特性を呈するようにしたことを特徴とする、集積同 調可変光フィルタ。
2. ２．第１部分（２）に第１導波路部（４）及び第２導波路部（５）を設けるとと もにこれら両導波路部（４、５）間に第１リブ型光反射機構部（４１）を設け、 更に第１部分（２）の上面部に第１電極（６）と該第１部分（２）の下面部に背 面電極（８）を設けて同方向光結合器を形成した、第１項記載の光フィルタ。
3. ３．第１リブ型反射機構部（４１）のリブ間隔が１０〜５０μｍである、第２項 記載の光フィルタ。
4. ４．第２部分（３）に第１部分（２）の第１導波路部（４）と連結した導波路部 及び該導波路部の上方部に周期的に断続した鋸歯型光反射機構部（４２）を設け 、更に該第２部分（３）の上面部に第２電極（７）と該第２部分（３）の下面部 に背面電極（８）を設けた、第１項、第２項又は第３項に記載の光フィルタ。
5. ５．鋸歯型光反射機構部（４３）が第１部分（２）の第１リブ型光反射機構部（ ４１）の繰り返し周期よりも小さい繰り返し周期を有する鋸歯状部分（４３）に より構成された、第４項記載の光フィルタ。
6. ６．第１導波路部（４）及び第２部分（３）の導波路部が同一層部に形成された 、第４項又は第５項記載の光フィルタ。
7. ７．第１及び第２部分の下面部の背面電極（８）が共通の背面電極である、第２ 項〜第６項のいずれかに記載の光フィルタ。