JPH09244075A - 光リミッタ素子 - Google Patents
光リミッタ素子Info
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- JPH09244075A JPH09244075A JP4763796A JP4763796A JPH09244075A JP H09244075 A JPH09244075 A JP H09244075A JP 4763796 A JP4763796 A JP 4763796A JP 4763796 A JP4763796 A JP 4763796A JP H09244075 A JPH09244075 A JP H09244075A
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- optical
- light
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- limiter element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導波波長帯域が広く超高速で動作する光リミ
ッタ素子を提供する。 【解決手段】 二つの光反射手段（１１、１２）の間に
可飽和吸収材料（１３）を配置し、その反射率および可
飽和吸収材料の吸収率を適切に選択する。
ッタ素子を提供する。 【解決手段】 二つの光反射手段（１１、１２）の間に
可飽和吸収材料（１３）を配置し、その反射率および可
飽和吸収材料の吸収率を適切に選択する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は入射光強度がある光
強度範囲のときにその入射光強度の増加にしたがって反
射率が減少する光リミッタ素子に関する。
強度範囲のときにその入射光強度の増加にしたがって反
射率が減少する光リミッタ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来例の光リミッタ素子の構造
を断面図により示す。この従来例は、Olof Sahlen et a
l., "Optical bistability and gating in metalorgani
c vapor phase epitaxy grown GaAs etalons operating
in reflection", Applied Physics Letters Vol.50, N
o.22 (1987),pp1559-1561 に示されたものであり、Ｍｎ
Ｓ／ＭｎＦ2 を３周期積層した誘電体ミラー層２１と、
ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓを４０周期積層したミラー層２
２と、これらの間に配置されたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
を６７周期積層した多重量子井戸光非線形層２３とを備
え、これらがＧａＡｓ半導体基板２４上に形成されてい
る。
を断面図により示す。この従来例は、Olof Sahlen et a
l., "Optical bistability and gating in metalorgani
c vapor phase epitaxy grown GaAs etalons operating
in reflection", Applied Physics Letters Vol.50, N
o.22 (1987),pp1559-1561 に示されたものであり、Ｍｎ
Ｓ／ＭｎＦ2 を３周期積層した誘電体ミラー層２１と、
ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓを４０周期積層したミラー層２
２と、これらの間に配置されたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
を６７周期積層した多重量子井戸光非線形層２３とを備
え、これらがＧａＡｓ半導体基板２４上に形成されてい
る。
【０００３】この光リミッタ素子はいわゆる非線形エタ
ロン型の光ゲート素子であり、二つのミラーの間に非線
形材料が配置されたものである。非線形エタロンでは、
動作する光強度を下げるために共振器のフィネスを高く
し、共振器の光強度を増加させる設計がなされる。この
ため、できる限り損失の少ない非線形材料が用いられ
る。すなわち、二つのミラーの反射率は９０％以上で、
非線形材料での損失は１０％以下である必要がある。ま
た、共振器として機能するために、二つのミラー間の光
学的距離Ｌは、入射光波長λに対して、 Ｌ≒ｍλ／２（ｍ＝０、１、２、…） を満たす必要がある。
ロン型の光ゲート素子であり、二つのミラーの間に非線
形材料が配置されたものである。非線形エタロンでは、
動作する光強度を下げるために共振器のフィネスを高く
し、共振器の光強度を増加させる設計がなされる。この
ため、できる限り損失の少ない非線形材料が用いられ
る。すなわち、二つのミラーの反射率は９０％以上で、
非線形材料での損失は１０％以下である必要がある。ま
た、共振器として機能するために、二つのミラー間の光
学的距離Ｌは、入射光波長λに対して、 Ｌ≒ｍλ／２（ｍ＝０、１、２、…） を満たす必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】非線形エタロンを反射
型の素子として用いると、入射光強度を増加するにした
がって反射率が減少する光リミッタ素子として機能す
る。しかし、共振効果を利用しているため狭帯域であ
り、動作する波長の条件も厳しい。また、光非線形材料
中の生成キャリアの緩和時間が一般に数ｎｓ以上で、繰
り返し動作速度を１Ｇｂｉｔ／ｓ以上にすることはでき
なかった。
型の素子として用いると、入射光強度を増加するにした
がって反射率が減少する光リミッタ素子として機能す
る。しかし、共振効果を利用しているため狭帯域であ
り、動作する波長の条件も厳しい。また、光非線形材料
中の生成キャリアの緩和時間が一般に数ｎｓ以上で、繰
り返し動作速度を１Ｇｂｉｔ／ｓ以上にすることはでき
なかった。
【０００５】本発明は、このような課題を解決し、動作
波長帯域が広く超高速で動作する光リミッタ素子を提供
することを目的とする。
波長帯域が広く超高速で動作する光リミッタ素子を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光リミッタ素子
は、二つの光反射手段の間に入射光強度に対して吸収率
が飽和する可飽和吸収材料が配置された光ゲート素子に
おいて、二つの光反射手段のうち光入出力側に配置され
た光反射手段の反射率をＲ１、他方の反射率をＲ２、可
飽和吸収材料の吸収率をＡ０とするとき、 Ｒ１−Ｒ２（１−Ａ２）2 ＞０ を満たすように二つの光反射手段および可飽和吸収材料
が設定されたことを特徴とする。
は、二つの光反射手段の間に入射光強度に対して吸収率
が飽和する可飽和吸収材料が配置された光ゲート素子に
おいて、二つの光反射手段のうち光入出力側に配置され
た光反射手段の反射率をＲ１、他方の反射率をＲ２、可
飽和吸収材料の吸収率をＡ０とするとき、 Ｒ１−Ｒ２（１−Ａ２）2 ＞０ を満たすように二つの光反射手段および可飽和吸収材料
が設定されたことを特徴とする。
【０００７】二つの光反射手段の間の光学的距離Ｌが、
入射光波長λに対して、 （１／４＋ｍ）λ／２＜Ｌ＜（３／４＋ｍ）λ／２（ｍ
＝０、１、２、…） の関係を満たすように配置されることが望ましい。
入射光波長λに対して、 （１／４＋ｍ）λ／２＜Ｌ＜（３／４＋ｍ）λ／２（ｍ
＝０、１、２、…） の関係を満たすように配置されることが望ましい。
【０００８】可飽和吸収材料としては、１５０℃ないし
４００℃で低温成長され、かつドーパントとしてｐ型元
素またはＢｅのドーパントが１０17ｃｍ-3以上添加され
た多重量子井戸層を用いることがよい。また、ドーパン
トとして水素、炭素、酸素、窒素、Ｂｅまたはｐ型元素
をイオン注入法によって注入した多重量子井戸層を用い
てもよい。
４００℃で低温成長され、かつドーパントとしてｐ型元
素またはＢｅのドーパントが１０17ｃｍ-3以上添加され
た多重量子井戸層を用いることがよい。また、ドーパン
トとして水素、炭素、酸素、窒素、Ｂｅまたはｐ型元素
をイオン注入法によって注入した多重量子井戸層を用い
てもよい。
【０００９】本発明の光リミッタ素子は反射型の素子で
あり、この素子への光の入射およびこの素子からの反射
光の出力を行う光入出力手段を光リミッタ素子と同一の
モジュールに構成することが便利である。
あり、この素子への光の入射およびこの素子からの反射
光の出力を行う光入出力手段を光リミッタ素子と同一の
モジュールに構成することが便利である。
【００１０】この場合、光入出力手段は、第一のポート
からの入射光を第二のポートに出力し、この第二のポー
トからの入射光を第一のポートとは異なる第二のポート
に出力する第一の光学手段と、第二のポートからの出力
光を前記光リミッタ素子に集光するとともにその反射光
を第二のポートに入射する第二の光学手段とを含むこと
が望ましい。
からの入射光を第二のポートに出力し、この第二のポー
トからの入射光を第一のポートとは異なる第二のポート
に出力する第一の光学手段と、第二のポートからの出力
光を前記光リミッタ素子に集光するとともにその反射光
を第二のポートに入射する第二の光学手段とを含むこと
が望ましい。
【００１１】第一の光学手段としては、光サーキュレー
タ、光カップラまたはハーフミラーを用いることができ
る。また、入射光用と反射光用とのラインを少しずらし
て構成を簡略化することもできる。
タ、光カップラまたはハーフミラーを用いることができ
る。また、入射光用と反射光用とのラインを少しずらし
て構成を簡略化することもできる。
【００１２】入射光が直線偏光の場合には、光入出力手
段として偏光ビームスプリッタを用い、この偏光ビーム
スプリッタと第二の光学手段との間に、直線偏光を円偏
光に変換する１／４波長板を備えることがよい。
段として偏光ビームスプリッタを用い、この偏光ビーム
スプリッタと第二の光学手段との間に、直線偏光を円偏
光に変換する１／４波長板を備えることがよい。
【００１３】第一の光学手段と第二の光学手段との間
に、光リミッタ素子への入射光を直交する二つの偏光に
分離する手段と、分離された二つの偏光の少なくとも一
方の偏光面を回転させてその二つの偏光の偏光面を一致
させる手段とを備えることもできる。また、光リミッタ
素子への入射光を直交する二つの偏光に分離する手段
と、分離された二つの偏光を同一の偏光状態の円偏光に
変換する手段とを備えることもできる。
に、光リミッタ素子への入射光を直交する二つの偏光に
分離する手段と、分離された二つの偏光の少なくとも一
方の偏光面を回転させてその二つの偏光の偏光面を一致
させる手段とを備えることもできる。また、光リミッタ
素子への入射光を直交する二つの偏光に分離する手段
と、分離された二つの偏光を同一の偏光状態の円偏光に
変換する手段とを備えることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態を示す図
であり、光リミッタ素子の構造を断面図により示す。こ
の光リミッタ素子は、二つの光反射手段としてＤＢＲ型
ミラー１１およびＡｕミラー層１２を備え、その間に、
可飽和吸収材料として量子井戸層１３を備える。Ａｕミ
ラー層１２と量子井戸層１３との間には位相調整層１４
が設けられる。さらに詳しく説明すると、この光リミッ
タ素子は、ＩｎＰ基板１０の一方の面に、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰのＤＢＲ型ミラー１１と、２００℃で低温成
長しドーパントとしてＢｅを５×１０17ｃｍ-3添加した
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸であり膜厚
が１ないし５ミクロン程度の量子井戸層１３と、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰの位相調整層１４と、Ａｕミラー層１
２とを積層し、ＩｎＰ基板１０の他方の面には低反射コ
ーティング１５を設け、Ａｕミラー層１２側をＩｎ半田
１６によりＣｕヒートシンク１７に取り付けた構造をも
つ。入射光は低反射コーティング１５側から入射する。
であり、光リミッタ素子の構造を断面図により示す。こ
の光リミッタ素子は、二つの光反射手段としてＤＢＲ型
ミラー１１およびＡｕミラー層１２を備え、その間に、
可飽和吸収材料として量子井戸層１３を備える。Ａｕミ
ラー層１２と量子井戸層１３との間には位相調整層１４
が設けられる。さらに詳しく説明すると、この光リミッ
タ素子は、ＩｎＰ基板１０の一方の面に、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰのＤＢＲ型ミラー１１と、２００℃で低温成
長しドーパントとしてＢｅを５×１０17ｃｍ-3添加した
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸であり膜厚
が１ないし５ミクロン程度の量子井戸層１３と、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰの位相調整層１４と、Ａｕミラー層１
２とを積層し、ＩｎＰ基板１０の他方の面には低反射コ
ーティング１５を設け、Ａｕミラー層１２側をＩｎ半田
１６によりＣｕヒートシンク１７に取り付けた構造をも
つ。入射光は低反射コーティング１５側から入射する。
【００１５】ここで、微弱な入射光に対するＤＢＲ型ミ
ラー１１の反射率Ｒ１、Ａｕミラー層１２の反射率Ｒ２
および量子井戸層１３の吸収率Ａ０に対し、Ｒ１−Ｒ２
（１−Ａ０）2 ＞０を満たすように、各反射率および量
子井戸層１３を設定する。
ラー１１の反射率Ｒ１、Ａｕミラー層１２の反射率Ｒ２
および量子井戸層１３の吸収率Ａ０に対し、Ｒ１−Ｒ２
（１−Ａ０）2 ＞０を満たすように、各反射率および量
子井戸層１３を設定する。
【００１６】図２および図３はこのような構造の光リミ
ッタ素子の動作を説明する図である。入射した光が可飽
和吸収材料（量子井戸層１３）で吸収されると、生成キ
ャリアによって位相空間が充填され、吸収係数が減少す
る。図２には、入射光強度に対するＤＢＲ型ミラー１１
およびＡｕミラー層１２の反射率の依存性を示す。入射
光はＤＢＲ型ミラー１１およびＡｕミラー層１２から反
射されるが、入射光の光強度が弱い場合は、反射光は主
としてＤＢＲ型ミラー１１からのものとなる。入射光強
度が高まるにつれて可飽和吸収材料での吸収が少なくな
るので、Ａｕミラー層１２からの反射が強くなる。とこ
ろが、ＤＢＲ型ミラー１１とＡｕミラー層１２との光学
距離Ｌを入射光波長λに対して（１／４＋ｍ）λ／２＜
Ｌ＜（３／４＋ｍ）λ／２（ｍ＝０、１、２、…）とな
るように設定すると、Ａｕミラー層１２からの反射光と
ＤＢＲ型ミラー１１からの反射光とが干渉し、部分的に
打ち消し合うようになる。Ｌ＝（３／４＋ｍ）λ／２の
場合にはほぼ完全に打ち消し合う。図３には、光リミッ
タ素子の干渉後の反射率の入射光強度依存性を示す。光
リミッタ素子は、比較的低強度の入射光に対してＲ１−
Ｒ２（１−Ａ０）2＞０を満たすので、入射光強度が強
くなるにつれて反射率が低下する光リミッタ動作をす
る。
ッタ素子の動作を説明する図である。入射した光が可飽
和吸収材料（量子井戸層１３）で吸収されると、生成キ
ャリアによって位相空間が充填され、吸収係数が減少す
る。図２には、入射光強度に対するＤＢＲ型ミラー１１
およびＡｕミラー層１２の反射率の依存性を示す。入射
光はＤＢＲ型ミラー１１およびＡｕミラー層１２から反
射されるが、入射光の光強度が弱い場合は、反射光は主
としてＤＢＲ型ミラー１１からのものとなる。入射光強
度が高まるにつれて可飽和吸収材料での吸収が少なくな
るので、Ａｕミラー層１２からの反射が強くなる。とこ
ろが、ＤＢＲ型ミラー１１とＡｕミラー層１２との光学
距離Ｌを入射光波長λに対して（１／４＋ｍ）λ／２＜
Ｌ＜（３／４＋ｍ）λ／２（ｍ＝０、１、２、…）とな
るように設定すると、Ａｕミラー層１２からの反射光と
ＤＢＲ型ミラー１１からの反射光とが干渉し、部分的に
打ち消し合うようになる。Ｌ＝（３／４＋ｍ）λ／２の
場合にはほぼ完全に打ち消し合う。図３には、光リミッ
タ素子の干渉後の反射率の入射光強度依存性を示す。光
リミッタ素子は、比較的低強度の入射光に対してＲ１−
Ｒ２（１−Ａ０）2＞０を満たすので、入射光強度が強
くなるにつれて反射率が低下する光リミッタ動作をす
る。
【００１７】図４は光パルスに対するリミッタ動作を説
明する図であり、入射光パルス波形、反射率の変化およ
び反射パルス波形を並べて示す。入射パルスが弱い場合
には波形はほとんど変化せず、入射パルス強度を増大す
ると反射率が低減して波高値がリミットされる。ただ
し、入射パルス強度がさらに増大すると、反射率が反転
し、パルスが二つのパルスに分離してしまう。したがっ
て、この素子は、光強度が反射率の反転を起こさない範
囲で光リミッタ動作する。
明する図であり、入射光パルス波形、反射率の変化およ
び反射パルス波形を並べて示す。入射パルスが弱い場合
には波形はほとんど変化せず、入射パルス強度を増大す
ると反射率が低減して波高値がリミットされる。ただ
し、入射パルス強度がさらに増大すると、反射率が反転
し、パルスが二つのパルスに分離してしまう。したがっ
て、この素子は、光強度が反射率の反転を起こさない範
囲で光リミッタ動作する。
【００１８】本実施形態は、非線形エタロンと異なり、
二つの光反射手段から構成される共振器の反共振条件波
長で用いること、および共振器内損失が大きいことか
ら、動作帯域は極めて広くなる。具体的には、３０〜５
０ｎｍの光波長帯域で動作可能である。動作信号帯域は
ほぼ二つの光反射手段からの反射光の位相遅れがパルス
幅に対して無視できる範囲であり、可飽和吸収材料が厚
さ４μｍの素子では５００ＧＨｚ程度である。この値は
材料の応答時間に比較して短いので、素子の動作帯域は
主として材料のキャリア緩和時間で定まり、最大２００
ＧＨｚが期待される。
二つの光反射手段から構成される共振器の反共振条件波
長で用いること、および共振器内損失が大きいことか
ら、動作帯域は極めて広くなる。具体的には、３０〜５
０ｎｍの光波長帯域で動作可能である。動作信号帯域は
ほぼ二つの光反射手段からの反射光の位相遅れがパルス
幅に対して無視できる範囲であり、可飽和吸収材料が厚
さ４μｍの素子では５００ＧＨｚ程度である。この値は
材料の応答時間に比較して短いので、素子の動作帯域は
主として材料のキャリア緩和時間で定まり、最大２００
ＧＨｚが期待される。
【００１９】本実施形態では可飽和吸収材料として低温
成長したＢｅドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系の
多重量子井戸層を用いたが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ（Ｇ
ａ）ＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ歪超格子系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ歪超格子系の多重量子井戸を用いても本発明を同様
に実施できる。また、高速の緩和時間を得るために、ド
ーパントとして、他のｐ型元素を１０17ｃｍ-3以上添加
してもよい。あるいは、低温成長をせずに、ドーパント
として水素、炭素、酸素、窒素、Ｂｅまたはｐ型元素を
イオン注入法によって注入してもよい。
成長したＢｅドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系の
多重量子井戸層を用いたが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ（Ｇ
ａ）ＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ歪超格子系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ歪超格子系の多重量子井戸を用いても本発明を同様
に実施できる。また、高速の緩和時間を得るために、ド
ーパントとして、他のｐ型元素を１０17ｃｍ-3以上添加
してもよい。あるいは、低温成長をせずに、ドーパント
として水素、炭素、酸素、窒素、Ｂｅまたはｐ型元素を
イオン注入法によって注入してもよい。
【００２０】本発明の光リミッタ素子は反射型の素子で
あり、光の入射方向と反射方向とが互いに重なってい
る。このため、入射光と反射光とを分離するための光入
出力手段が必要となるが、これを光リミッタ素子と同一
のモジュール内に設けておくことが望ましい。そのよう
なモジュール化された光リミッタ装置の例を以下に示
す。
あり、光の入射方向と反射方向とが互いに重なってい
る。このため、入射光と反射光とを分離するための光入
出力手段が必要となるが、これを光リミッタ素子と同一
のモジュール内に設けておくことが望ましい。そのよう
なモジュール化された光リミッタ装置の例を以下に示
す。
【００２１】図５はモジュール化された光リミッタ装置
の第一の構成例を示す。この装置は、入射用光ファイバ
から第一のポートに入射した光を第二のポートに出力し
第二のポートから入射した光を第三のポートから出力用
光ファイバに出力する光サーキュレータ２０１と、この
光サーキュレータ２０１の第二のポートに光ファイバを
介して接続されこの光ファイバとの間で光の入出力を行
うコリメータレンズ２０２と、コリメータレンズ２０２
からの光を光リミッタ素子１００に集光するとともにそ
の反射光をコリメータレンズ２０２に入射する集光レン
ズ２０３とにより構成される。この構成では、集光レン
ズ２０３により光を絞り込むことで、動作エネルギーを
低減できる。コリメータレンズ２０２および集光レンズ
２０３に替えて、多数のレンズを組み合わせた組レンズ
を用いることもできる。また、球面レンズ、非球面レン
ズ、フレネルレンズ、あるいはホログラムを用いること
もできる。光サーキュレータ２０１、コリメータレンズ
２０２、集光レンズ２０３を一体化することも可能であ
る。挿入損失は増大するが、光サーキュレータ２０１に
替えて光カップラあるいはハーフミラーを用いることも
できる。
の第一の構成例を示す。この装置は、入射用光ファイバ
から第一のポートに入射した光を第二のポートに出力し
第二のポートから入射した光を第三のポートから出力用
光ファイバに出力する光サーキュレータ２０１と、この
光サーキュレータ２０１の第二のポートに光ファイバを
介して接続されこの光ファイバとの間で光の入出力を行
うコリメータレンズ２０２と、コリメータレンズ２０２
からの光を光リミッタ素子１００に集光するとともにそ
の反射光をコリメータレンズ２０２に入射する集光レン
ズ２０３とにより構成される。この構成では、集光レン
ズ２０３により光を絞り込むことで、動作エネルギーを
低減できる。コリメータレンズ２０２および集光レンズ
２０３に替えて、多数のレンズを組み合わせた組レンズ
を用いることもできる。また、球面レンズ、非球面レン
ズ、フレネルレンズ、あるいはホログラムを用いること
もできる。光サーキュレータ２０１、コリメータレンズ
２０２、集光レンズ２０３を一体化することも可能であ
る。挿入損失は増大するが、光サーキュレータ２０１に
替えて光カップラあるいはハーフミラーを用いることも
できる。
【００２２】図６はモジュール化された光リミッタ装置
の第二の構成例を示す。この例は、光の入出射ラインを
少しずらしたものであり、入射用と反射光とで別々のコ
リメータレンズ３０１、３０２と、これらのコリメータ
レンズ３０１、３０２と光リミッタ素子１００との間に
配置された共通の集光レンズ３０３とを備える。この構
成もまた、集光レンズ３０３により光を絞り込むこと
で、動作エネルギーを低減できる。また、光サーキュレ
ータが不要なので、モジュールが簡易で低コストとな
る。
の第二の構成例を示す。この例は、光の入出射ラインを
少しずらしたものであり、入射用と反射光とで別々のコ
リメータレンズ３０１、３０２と、これらのコリメータ
レンズ３０１、３０２と光リミッタ素子１００との間に
配置された共通の集光レンズ３０３とを備える。この構
成もまた、集光レンズ３０３により光を絞り込むこと
で、動作エネルギーを低減できる。また、光サーキュレ
ータが不要なので、モジュールが簡易で低コストとな
る。
【００２３】図７はモジュール化された光リミッタ装置
の第三の構成例を示す。この例は、入射光が直線偏光で
ある場合に挿入損失を低減するための構成例であり、入
射用光ファイバからの入射光をコリメートするコリメー
タレンズ４０１と、コリメータレンズ４０１から入射す
る光の偏光を光リミッタ素子１００の方向に導く偏光ビ
ームスプリッタ４０２と、偏光ビームスプリッタ４０２
と光リミッタ素子１００との間に配置された１／４波長
板４０３および集光レンズ４０４と、出力用のコリメー
タレンズ４０５とを備える。この構成例もまた、集光レ
ンズ４０４により光を絞り込むことで、動作エネルギー
を低減できる。また、１／４波長板４０３により光リミ
ッタ素子１００に入射される偏光を円偏光とすることが
でき、可飽和吸収材料の励起準位の一方のスピンに対応
する励起準位のみを励起できるので、動作エネルギーを
半減できる。１／４波長板４０３については、第一およ
び第二のモジュール例の場合にも同様に利用できる。
の第三の構成例を示す。この例は、入射光が直線偏光で
ある場合に挿入損失を低減するための構成例であり、入
射用光ファイバからの入射光をコリメートするコリメー
タレンズ４０１と、コリメータレンズ４０１から入射す
る光の偏光を光リミッタ素子１００の方向に導く偏光ビ
ームスプリッタ４０２と、偏光ビームスプリッタ４０２
と光リミッタ素子１００との間に配置された１／４波長
板４０３および集光レンズ４０４と、出力用のコリメー
タレンズ４０５とを備える。この構成例もまた、集光レ
ンズ４０４により光を絞り込むことで、動作エネルギー
を低減できる。また、１／４波長板４０３により光リミ
ッタ素子１００に入射される偏光を円偏光とすることが
でき、可飽和吸収材料の励起準位の一方のスピンに対応
する励起準位のみを励起できるので、動作エネルギーを
半減できる。１／４波長板４０３については、第一およ
び第二のモジュール例の場合にも同様に利用できる。
【００２４】図８はモジュール化された光リミッタ装置
の第四の構成例を示す。この例は、第一の例と同様の光
サーキュレータ５０１、コリメータレンズ５０２および
集光レンズ５０６を備え、さらに、コリメータレンズ５
０２と集光レンズ５０６との間に、カルサイト結晶５０
３、１／２波長板５０４および位相調整板５０５を備え
る。この構成例もまた、集光レンズ５０６により光を絞
り込むことで、動作エネルギーを低減できる。この実施
例ではさらに、カルサイト結晶５０３により入射光を直
交する二つの偏光に分離し、１／２波長板５０４により
一方の偏光面を９０度回転させる。このため、光リミッ
タ素子１００への入射時に同一の偏光面の直線偏光とし
て入射されるので、可飽和吸収材料のスピン緩和時間が
光パルスに比較して長い場合でも、偏波依存性のない動
作が可能となる。位相調整板５０５は、分離された二つ
の偏光の光パルスがほぼ同時に光リミッタ素子１００に
到達するように位相を調整する。光リミッタ素子１００
から反射した光は、カルサイト結晶５０３によって再び
合波され、光サーキュレータ５０１を介して出力され
る。
の第四の構成例を示す。この例は、第一の例と同様の光
サーキュレータ５０１、コリメータレンズ５０２および
集光レンズ５０６を備え、さらに、コリメータレンズ５
０２と集光レンズ５０６との間に、カルサイト結晶５０
３、１／２波長板５０４および位相調整板５０５を備え
る。この構成例もまた、集光レンズ５０６により光を絞
り込むことで、動作エネルギーを低減できる。この実施
例ではさらに、カルサイト結晶５０３により入射光を直
交する二つの偏光に分離し、１／２波長板５０４により
一方の偏光面を９０度回転させる。このため、光リミッ
タ素子１００への入射時に同一の偏光面の直線偏光とし
て入射されるので、可飽和吸収材料のスピン緩和時間が
光パルスに比較して長い場合でも、偏波依存性のない動
作が可能となる。位相調整板５０５は、分離された二つ
の偏光の光パルスがほぼ同時に光リミッタ素子１００に
到達するように位相を調整する。光リミッタ素子１００
から反射した光は、カルサイト結晶５０３によって再び
合波され、光サーキュレータ５０１を介して出力され
る。
【００２５】図９はモジュール化された光リミッタ装置
の第五の構成例を示す。この例は、第四の例と同様の光
サーキュレータ６０１、コリメータレンズ６０２、カル
サイト結晶６０３、位相調整板６０６および集光レンズ
６０７を備え、１／２波長板の替わりに、二つの１／４
波長板６０４、６０５を備える。この構成例もまた、集
光レンズ６０７により光を絞り込むことで、動作エネル
ギーを低減できる。この実施例ではさらに、カルサイト
結晶６０３により入射光を直交する二つの偏光に分離
し、それぞれを１／４波長板６０４、６０５により偏光
にする。このため、光リミッタ素子１００への入射時に
同一の偏光状態の円偏光として入射されるので、可飽和
吸収材料のスピン緩和時間が光パルスに比較して長い場
合でも、偏波依存性のない動作が可能となる。さらに、
可飽和吸収材料の励起準位の一方のスピンに対応する励
起準位のみ励起できるので、動作エネルギーを半減でき
る。位相調整板６０６は、第四の例と同様に、分離され
た二つの偏光の光パルスがほぼ同時に光リミッタ素子１
００に到達するように位相を調整する。光リミッタ素子
１００から反射した光は、カルサイト結晶６０３によっ
て再び合波され、光サーキュレータ６０１を介して出力
される。
の第五の構成例を示す。この例は、第四の例と同様の光
サーキュレータ６０１、コリメータレンズ６０２、カル
サイト結晶６０３、位相調整板６０６および集光レンズ
６０７を備え、１／２波長板の替わりに、二つの１／４
波長板６０４、６０５を備える。この構成例もまた、集
光レンズ６０７により光を絞り込むことで、動作エネル
ギーを低減できる。この実施例ではさらに、カルサイト
結晶６０３により入射光を直交する二つの偏光に分離
し、それぞれを１／４波長板６０４、６０５により偏光
にする。このため、光リミッタ素子１００への入射時に
同一の偏光状態の円偏光として入射されるので、可飽和
吸収材料のスピン緩和時間が光パルスに比較して長い場
合でも、偏波依存性のない動作が可能となる。さらに、
可飽和吸収材料の励起準位の一方のスピンに対応する励
起準位のみ励起できるので、動作エネルギーを半減でき
る。位相調整板６０６は、第四の例と同様に、分離され
た二つの偏光の光パルスがほぼ同時に光リミッタ素子１
００に到達するように位相を調整する。光リミッタ素子
１００から反射した光は、カルサイト結晶６０３によっ
て再び合波され、光サーキュレータ６０１を介して出力
される。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光リミッ
タ素子は、超高速かつ広帯域で動作する。また、モジュ
ール化することで取り扱いが容易になり、低光強度で動
作が可能で偏波依存性を低減できる。
タ素子は、超高速かつ広帯域で動作する。また、モジュ
ール化することで取り扱いが容易になり、低光強度で動
作が可能で偏波依存性を低減できる。
【図１】本発明の実施形態を示す図。
【図２】光リミッタ素子の動作を説明する図であり、入
射光強度に対するＤＢＲ型ミラーおよびＡｕミラー層の
反射率の依存性を示す図。
射光強度に対するＤＢＲ型ミラーおよびＡｕミラー層の
反射率の依存性を示す図。
【図３】光リミッタ素子の動作を説明する図であり、干
渉後の反射率の入射光強度依存性を示す図。
渉後の反射率の入射光強度依存性を示す図。
【図４】光パルスに対するリミッタ動作を説明する図。
【図５】モジュール化された光リミッタ装置の第一の構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図６】モジュール化された光リミッタ装置の第二の構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図７】モジュール化された光リミッタ装置の第三の構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図８】モジュール化された光リミッタ装置の第四の構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図９】モジュール化された光リミッタ装置の第五の構
成例を示す図。
成例を示す図。
【図１０】従来例の光リミッタ素子を示す図。
１０ 基板 １１ ＤＢＲ型ミラー １２ Ａｕミラー層 １３ 量子井戸層 １４ 位相調整層 １５ 低反射コーティング １６ Ｉｎ半田 １７ Ｃｕヒートシンク ２１ 誘電体ミラー層 ２２ ミラー層 ２３ 多重量子井戸光非線形層 ２４ ＧａＡｓ半導体基板 １００ 光リミッタ素子 ２０１、５０１、６０１ 光サーキュレータ ２０２、３０１、３０２、４０１、４０５、５０２、６
０２ コリメータレンズ ２０３、３０３、４０４、５０６、６０７ 集光レンズ ４０２ 偏光ビームスプリッタ ４０３、６０４、６０５ １／４波長板 ５０３、６０３ カルサイト結晶 ５０４ １／２波長板 ５０５、６０６ 位相調整板
０２ コリメータレンズ ２０３、３０３、４０４、５０６、６０７ 集光レンズ ４０２ 偏光ビームスプリッタ ４０３、６０４、６０５ １／４波長板 ５０３、６０３ カルサイト結晶 ５０４ １／２波長板 ５０５、６０６ 位相調整板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年４月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光リミッタ素子
は、二つの光反射手段の間に入射光強度に対して吸収率
が飽和する可飽和吸収材料が配置された光ゲート素子に
おいて、二つの光反射手段のうち光入出力側に配置され
た光反射手段の反射率をＲ１、他方の反射率をＲ２、可
飽和吸収材料の吸収率をＡ０とするとき、 Ｒ１−Ｒ２（１−Ａ０）2 ＞０ を満たすように二つの光反射手段および可飽和吸収材料
が設定されたことを特徴とする。
は、二つの光反射手段の間に入射光強度に対して吸収率
が飽和する可飽和吸収材料が配置された光ゲート素子に
おいて、二つの光反射手段のうち光入出力側に配置され
た光反射手段の反射率をＲ１、他方の反射率をＲ２、可
飽和吸収材料の吸収率をＡ０とするとき、 Ｒ１−Ｒ２（１−Ａ０）2 ＞０ を満たすように二つの光反射手段および可飽和吸収材料
が設定されたことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】この場合、光入出力手段は、第一のポート
からの入射光を第二のポートに出力し、この第二のポー
トからの入射光を第一のポートとは異なる第三のポート
に出力する第一の光学手段と、第二のポートからの出力
光を前記光リミッタ素子に集光するとともにその反射光
を第二のポートに入射する第二の光学手段とを含むこと
が望ましい。
からの入射光を第二のポートに出力し、この第二のポー
トからの入射光を第一のポートとは異なる第三のポート
に出力する第一の光学手段と、第二のポートからの出力
光を前記光リミッタ素子に集光するとともにその反射光
を第二のポートに入射する第二の光学手段とを含むこと
が望ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (9)
- 【請求項１】 二つの光反射手段の間に入射光強度に対
して吸収率が飽和する可飽和吸収材料が配置された光ゲ
ート素子において、 前記二つの光反射手段のうち光入出力側に配置された光
反射手段の反射率をＲ１、他方の反射率をＲ２、前記可
飽和吸収材料の吸収率をＡ０とするとき、 Ｒ１−Ｒ２（１−Ａ２）2 ＞０ を満たすように前記二つの光反射手段および前記可飽和
吸収材料が設定されたことを特徴とする光リミッタ素
子。 - 【請求項２】 前記二つの光反射手段の間の光学的距離
Ｌが、入射光波長λに対して、 （１／４＋ｍ）λ／２＜Ｌ＜（３／４＋ｍ）λ／２（ｍ
＝０、１、２、…） の関係を満たすように配置された請求項１記載の光リミ
ッタ素子。 - 【請求項３】 前記可飽和吸収材料は１５０℃ないし４
００℃で低温成長された多重量子井戸層を含み、 この多重量子井戸層にはｐ型元素およびＢｅからなる群
より選択された一以上のドーパントが１０17ｃｍ-3以上
添加された請求項１または２記載の光リミッタ素子。 - 【請求項４】 前記可飽和吸収材料は多重量子井戸層を
含み、 この多重量子井戸層には、水素、炭素、酸素、窒素、Ｂ
ｅおよびｐ型元素からなる群より選択された一以上のド
ーパントがイオン注入法によって注入された請求項１ま
たは２記載の光リミッタ素子。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか記載の光リ
ミッタ素子と、この光リミッタ素子への光の入射および
この光リミッタ素子からの反射光の出力を行う光入出力
手段とを備え、これらが同一のモジュールとして構成さ
れた光リミッタ装置。 - 【請求項６】 前記光入出力手段は、第一のポートから
の入射光を第二のポートに出力し、この第二のポートか
らの入射光を前記第一のポートとは異なる第三のポート
に出力する第一の光学手段と、前記第二のポートからの
出力光を前記光リミッタ素子に集光するとともにその反
射光を前記第二のポートに入射する第二の光学手段とを
含む請求項５記載の光リミッタ装置。 - 【請求項７】 前記光入出力手段は偏光ビームスプリッ
タを含み、 この偏光ビームスプリッタと前記第二の光学手段との間
に、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板を備えた
請求項６記載の光リミッタ装置。 - 【請求項８】 前記第一の光学手段と前記第二の光学手
段との間に、前記光リミッタ素子への入射光を直交する
二つの偏光に分離する手段と、分離された二つの偏光の
少なくとも一方の偏光面を回転させてその二つの偏光の
偏光面を一致させる手段とを備えた請求項６記載の光リ
ミッタ装置。 - 【請求項９】 前記第一の光学手段と前記第二の光学手
段との間に、前記光リミッタ素子への入射光を直交する
二つの偏光に分離する手段と、分離された二つの偏光を
同一の偏光状態の円偏光に変換する手段とを備えた請求
項６記載の光リミッタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4763796A JPH09244075A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 光リミッタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4763796A JPH09244075A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 光リミッタ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09244075A true JPH09244075A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12780762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4763796A Pending JPH09244075A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 光リミッタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09244075A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6515793B2 (en) | 1999-12-27 | 2003-02-04 | Ddi Corporation | Optical waveform shaper |
| JP2005525588A (ja) * | 2002-01-22 | 2005-08-25 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク−セ・エン・エール・エス− | 可飽和吸収素子及び可飽和吸収素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-05 JP JP4763796A patent/JPH09244075A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6515793B2 (en) | 1999-12-27 | 2003-02-04 | Ddi Corporation | Optical waveform shaper |
| JP2005525588A (ja) * | 2002-01-22 | 2005-08-25 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク−セ・エン・エール・エス− | 可飽和吸収素子及び可飽和吸収素子の製造方法 |
| US7900810B2 (en) | 2002-01-22 | 2011-03-08 | Centre National De La Recherche Scientifique | Saturable absorber component and method for manufacturing a saturable absorber component |
| EP1470622B1 (fr) * | 2002-01-22 | 2017-05-03 | Centre National De La Recherche Scientifique | Composant a absorbant saturable et procede de fabrication de composant a absorbant saturable |
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