JPH1093201A - 半導体光増幅器 - Google Patents

半導体光増幅器

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JPH1093201A
JPH1093201A JP9241484A JP24148497A JPH1093201A JP H1093201 A JPH1093201 A JP H1093201A JP 9241484 A JP9241484 A JP 9241484A JP 24148497 A JP24148497 A JP 24148497A JP H1093201 A JPH1093201 A JP H1093201A
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JP
Japan
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segment
amplification
optical amplifier
attenuation
semiconductor optical
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JP9241484A
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Inventor
Thomas Ducellier
トマ・デユセリエ
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Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の転写装置として使用される場合に動作
速度の向上を可能にする光増幅器を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ型半導体光
増幅器は、第一増幅セグメント（Ｇ１）と第二増幅セグ
メント（Ｇ２）との間に直列に挿入された減衰セグメン
ト（Ａ）を集積された形で含む。本発明は特に、光通信
システムにおいて有利に使用することのできる高速波長
変換器の実現を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体光増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光増幅器は、振幅変調の形で光波
によって搬送される信号を、他の光波によって搬送した
いときにある特定の応用に使用され、この信号の転写
（ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）を構成する。したがっ
て転写装置を使用し、この装置中に同時に二つの波を注
入する。第一波は転写すべき信号によって変調される。
この装置はこの信号を第二波に書き込む。
【０００３】このような装置は特に波長の変換を実施す
るために使用することができ、周波数多重化通信網にお
いて、信号は第一スペクトルチャンネルにおけるネット
ワークのノードによって受信され、第一スペクトルチャ
ンネルとは異なってもよい第二スペクトルチャンネルに
おけるネットワークの次のノードに伝送される。したが
って第二波は装置の入口においていかなる変調も受けな
い。
【０００４】このような装置はまた、時間分割デマルチ
プレクシングまたは全光学式クロックの回復を実施する
ために特に使用することができる。
【０００５】このような適用では、望まれる動作速度は
非常に速い。この速度は代表的には１０ＧＨｚ台の通過
帯域に相当する。
【０００６】このような転写装置を飽和近くで動作する
ＩＩＩ−Ｖ型半導体増幅器によって実現することは、周
知であり経済的に有利である。第一波の振幅変調は、こ
の増幅器における電荷キャリア密度の変調を誘発する。
この密度変調は、第二光波のためにこの増幅器によって
示される利得に対応する変調を引き起こす。この変調は
第一波の変調の補足的な振幅変調をこの第二波に加え
る。これによって所望の転写を実現することができる。
【０００７】上述の適用例の場合には、周知の装置の動
作速度が望ましいほどの大きさにはならず、また増幅器
媒質における電荷キャリアの寿命によってのみならず、
飽和に近いこの媒質の動作状態によっても制限されるこ
とが明らかになった。この状態は増幅器の導波層の長さ
にわたる電荷キャリアの分布の不均一性の結果であり、
この不均一性は光出力の長手方向の分布の不均一性に関
係する。このキャリアに関係する速度の固有の制限から
解放されるために、次の二つの解決法が考えられた。
【０００８】周知の第一の解決法は、キャリアの減少に
よって誘導される利得変調を使用せず、（ＭＺ−ＳＯＡ
型の）干渉計測装置における位相変調を使用するもので
ある。この解決法には、少なくとも二つの半導体増幅器
を含む集積された干渉計を作ることが必要である。この
解決法は技術的に複雑である。この解決法は本質的には
構成部分を改善せず、より速い他の物理的効果を利用し
ている。この解決法は、T.Durhuus他の報告「Penalty f
ree All-optical wavelength conversion by SOAs in M
ach-Zehnder Configuration」（Ecoc'93 paper Tu C5.2
pp129-132)に記載されている。
【０００９】周知の第二の解決法は、さらに速くキャリ
アの平衡密度に達するように、増幅器媒質を非常に強く
光学的にポンピングするものである。この方法は有効で
あるが、費用のかかる強力な第三のビーム（Holding be
am）の使用を必要とする。この方法は、Manning他の論
文「Enhanced recovery rates in semiconductor laser
amplifiers using optical pumping」（Elec.Lett.第3
0巻第10号 pp787-788、1994年）に記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は特に、信号の
転写装置として使用される場合に動作速度の向上を可能
にする光増幅器を実現することを目的とする。
【００１１】本発明はより一般には、特にこの導波路を
構成する媒質が飽和状態の近くで動作しなければならな
いときに、電荷キャリアの密度の長手方向分布または増
幅器の光導波路における光パワー密度の長手方向分布も
しくはその両方が、この増幅器を使用する以前よりも、
良く適合するような半導体光増幅器を実現することを目
的とする。
【００１２】本発明はまた、簡単で安価な方式の集積さ
れた形の前記のような半導体光増幅器を実現することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、半導体光増幅器は、第一増幅セグメントと第二
増幅セグメントとの間に直列に挿入された線形応答減衰
セグメントを集積された形で含む。
【００１４】本発明によればさらに、この増幅器の用途
に応じて、下記の二つの特徴のいずれか一つまたは両方
を有利に採用することができる。すなわち、 − 減衰セグメントの減衰が、第二増幅セグメントの利
得の飽和を避けるのに十分でありながら第一増幅セグメ
ントの利得より小さい。
【００１５】− 減衰セグメントの減衰が０．５ｄＢま
たは１ｄＢと２０ｄＢとの間にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態につい
て、添付の二つの図を参照して、例として以下により詳
細に記載する。
【００１７】これらの図によれば、一例として挙げた増
幅器は単結晶半導体ウェハ２を含む。このウェハは全体
としての屈折率を有する。このウェハは下から上へ下記
の層または重なり合う層の集合体を備えている。すなわ
ち、 − 例えばｎ型である第一導電型の下部閉じ込め層４。
【００１８】− 光波ＷＡ、ＷＢの経路を形成する導波
セグメントを構成するために、減少した屈折率、すなわ
ち前記全体としての屈折率より小さな屈折率を有する連
続する複数の長手方向のセグメントを含む導波構造６。
代表的には、１５１０ｎｍから１５８０ｎｍの範囲にあ
る波長を有する二つの光波が問題となる。光波の経路は
減衰セグメントＡと増幅セグメントＧ１、Ｇ２とを含
む。
【００１９】− 最後に、例えばｐ型であり、第一型に
対して反対の第二導電型の上部閉じ込め層８。
【００２０】第一導電型の層と第二導電型の層から増幅
セグメント中に前記電荷キャリアを注入する供給電流を
このウェハ中に通すために、電極Ｅ１、Ｅ２、Ｍがウェ
ハ２の上面１２と下面１０に形成されている。これらの
電流は、第一増幅セグメントＧ１と第二増幅セグメント
Ｇ２の前記利得を実現するのに適した強度を有する電流
源Ｑによって供給される。
【００２１】さらに詳しくは、導波構造６は、 − 下部導波層１４、 − 前記第一導電型の中間閉じ込め層１６、および − 上部導波層１８を含む。
【００２２】中間閉じ込め層の厚さは、下部導波層と上
部導波層の間の消失波による光結合を可能にするのに十
分に小さい。下部導波層は長手方向に連続して、 − 導波する第一接続セグメントＲ１、 − 非導波第一区間Ｈ１、 − 前記減衰セグメントＡ， − 非導波第二区間Ｈ２、および − 導波する第二接続セグメントＲ２を含む。
【００２３】上部導波層は長手方向に連続して、 − 第一接続セグメントＲ１に重ねられた非導波第一区
間Ｋ１、 − 下部導波層の非導波第一区間Ｈ１に重ねられた前記
第一増幅セグメントＧ１、 − 減衰セグメントＡに重ねられた非導波第二区間Ｋ
２、 − 下部導波層の非導波第二区間Ｈ２に重ねられた前記
第二増幅セグメントＧ２、および − 第二接続セグメントＲ２に重ねられた非導波第三区
間Ｋ３を含む。
【００２４】こうして前記光波の経路は、下部導波層１
４と上部導波層１８の間の消失波による結合によって実
現される。これは第一接続セグメントＲ１、第一増幅セ
グメントＧ１、減衰セグメントＡ、第二増幅セグメント
Ｇ２、および第二接続セグメントＲ２によって構成され
る連続する複数の導波セグメントを含む。
【００２５】増幅セグメントはその機能に適合した幅を
有する。この幅は、光ファイバなどの外部構成部分と損
失の少ない結合部の実現を可能にすべき接続セグメント
の幅より小さい。周知の方法で、Ｔで示すような遷移構
造部が連続する二つの導波セグメントを結合させる前記
結合部の各々に設けられている。これらの二つの導波セ
グメントは、１４で示すような二つの導波層の一つに属
するＲ１のような上流セグメントと、１８で示すような
二つの導波層の他の一つに属するＧ１のような下流セグ
メントである。この遷移構造部は前記二つの導波セグメ
ントに共通の遷移セグメントを占有する。ここで、この
遷移構造部は、下流セグメント幅の長手方向の漸進的増
加を伴う上流セグメント幅の長手方向の漸進的減少によ
って実現される。
【００２６】図２では、減少した屈折率ゾーンが点線で
示されている。図１によれば、ウェハ２の３で示すよう
な二つの端面は、導波セグメントの方向である長手方向
に対して傾斜している。この傾斜は周知のように増幅器
の寄生光振動を排除する。
【００２７】さまざまな周知の手段によって、各減衰セ
グメントにおける望みの減衰を達成することができる。
このような手段は例えば、結晶格子中への転位を誘発さ
せる陽子のインプランテーションである。これらの転位
を図１では逆Ｖ符号のパターンで表す。
【００２８】ウェハ２は、例えば燐化インジウムをベー
スとして構成される。周知のように、導波セグメントを
構成するために三成分または四成分の合金が使用され
る。
【００２９】たとえ上記の実施の形態が有利のように見
えても、増幅セグメントと減衰セグメントは同じ導波層
の内部に置くことができ、また増幅器は二つあるいはそ
れ以上の減衰セグメント、また三つあるいはそれ以上の
増幅セグメントを含むことができることを理解された
い。
【００３０】全ての場合について、各減衰セグメントが
すぐ前の増幅セグメントの利得を部分的に補償し、この
利得は、次の増幅セグメントも誘導される光波に出力利
得をもたらすことができるように例えば第一利得を構成
し、この出力利得は例えば第二利得を構成することが望
ましい。この第二利得によって、第一増幅セグメントで
先に行われた第一転写を補足する第一波から第二波への
信号の第二転写が可能になる。この第二転写は転写の通
過帯域の上限を上げることが判明した。これは、第一波
から第二波への信号の転写が低域通過フィルタに相当す
ることの結果であると言える。第一増幅セグメントは、
これについては、第一波によって搬送される信号のため
の高域通過フィルタに相当する。したがって第二転写の
ときには、第二波によって搬送される信号に対するこの
第二転写によって作動する低域通過フィルタ機能と、第
一波によって搬送される信号に対する第一増幅セグメン
トによって作動された高域通過フィルタ機能との間に、
部分的な補償が生ずる。
【００３１】本発明によって、少なくともＩＩＩ−Ｖ型
の材料で構成された周知の半導体増幅器の場合には、第
一転写は第一利得が十分な値を有する条件においてのみ
適切に行われ、またこの第一利得の十分な値は、この値
が減衰のない場合に適用すると、第二増幅セグメントの
入力への光波出力がこのセグメントを飽和させるような
値であったことが判明した。この第二セグメントの利得
は排除されよう。全域的転写の通過帯域については、第
二転写の利益を消失させることになる。
【００３２】一般的に本発明は、各減衰セグメントの減
衰の選択、および各増幅セグメントの供給電流またはこ
れらのセグメントのその他のパラメータ、特にセグメン
トの寸法と構成の選択とを可能にする。こうして本発明
は、各増幅セグメントにおける増幅器の望ましい使用に
最も適切な電荷キャリア密度と光パワー密度の実現を可
能にする。
【００３３】その上、第二増幅セグメントの利得スペク
トル曲線が、第一増幅セグメントの利得スペクトル曲線
に対するスペクトルの変位を表すことができると有利で
ある。このような変位は５ｎｍから５０ｎｍの範囲にあ
ることが一般的である。これは例えば３０ｎｍの値であ
る。これによって、増幅器の全体の利得スペクトル曲線
を平らにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による増幅器の導波構造の上面図であ
る。
【図２】図１の増幅器の長手方向の垂直面ＩＩ−ＩＩに
沿った断面図である。
【符号の説明】
２ ウェハ ４ 下部閉じ込め層 ６ 導波構造 ８ 上部閉じ込め層 １０ 下面 １２ 上面 １４ 下部導波層 １６ 中間閉じ込め層 １８ 上部導波層 Ａ 線形応答減衰セグメント Ｅ１、Ｅ２ 電極 Ｇ１ 第一増幅セグメント Ｇ２ 第二増幅セグメント Ｈ１、Ｋ１ 非導波第一区間 Ｈ２、Ｋ２ 非導波第二区間 Ｍ 電極 Ｑ 電流源 Ｒ１ 導波第一接続セグメント Ｒ２ 導波第二接続セグメント Ｔ 遷移構造部 ＷＡ、ＷＢ 光波

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一増幅セグメント（Ｇ１）と第二増幅
    セグメント（Ｇ２）との間に直列に挿入された線形応答
    減衰セグメント（Ａ）を、集積された形で含むことを特
    徴とする半導体光増幅器。
  2. 【請求項２】 前記減衰セグメント（Ａ）の減衰が、前
    記第二増幅セグメント（Ｇ２）の利得の飽和を避けるの
    に十分でありながら、前記第一増幅セグメント（Ｇ１）
    の利得より小さい、請求項１に記載の半導体光増幅器。
  3. 【請求項３】 前記減衰セグメント（Ａ）の減衰が０．
    ５ｄＢと２０ｄＢとの間に含まれる、請求項１に記載の
    半導体光増幅器。
  4. 【請求項４】 前記減衰が１ｄＢ以上である、請求項３
    に記載の半導体光増幅器。
  5. 【請求項５】 全体としての屈折率を有する単結晶半導
    体ウェハ（２）を含む半導体光増幅器であって、このウ
    ェハは、 下面（１０）と、 第一導電型（ｎ）の下部閉じ込め層（４）と、 光波（ＷＡ、ＷＢ）のための経路を形成する導波セグメ
    ントを構成するために、減少した屈折率を有する連続す
    る複数の長手方向のセグメントを含み、前記光波の経路
    が前記減衰セグメント（Ａ）と増幅セグメント（Ｇ１、
    Ｇ２）とを直列に含み、該増幅セグメントが電荷キャリ
    アの再結合による前記光波の増幅の実現に適し、該増幅
    は前記キャリアの局部的密度に比例する局部的利得によ
    って実現される、導波構造（６）と、 第一型とは反対の第二導電型（Ｐ）の上部閉じ込め層
    （８）と、 上面（１２）とを含み、前記増幅器がさらに、 前記第一導電型の層と第二導電型の層から前記増幅セグ
    メントの中に前記電荷キャリアを注入する供給電流を前
    記ウェハに通すために、前記ウェハ（２）の前記下面
    （１０）と上面（１２）に形成された電極（Ｅ１、Ｅ
    ２、Ｍ）と、 前記第一増幅セグメントと第二増幅セグメント（Ｇ１、
    Ｇ２）の前記利得を実現するのに適した強度を有する前
    記供給電流を供給するための電流源（Ｑ）とを含む、請
    求項２に記載の半導体光増幅器。
  6. 【請求項６】 前記導波構造（６）が、 下部導波層（１４）と、 前記第一導電型（ｎ）の中間閉じ込め層（１６）と、 上部導波層（１８）とを含み、前記中間閉じ込め層の厚
    さは、前記下部導波層と前記上部導波層の間の光結合を
    可能にするのに十分に小さく、前記下部導波層は長手方
    向に連続して、 導波第一接続セグメント（Ｒ１）と、 非導波第一区間（Ｈ１）と、 前記減衰セグメント（Ａ）と、 非導波第二区間（Ｈ２）と、 導波第二接続セグメント（Ｒ２）とを含み、 前記上部導波層は長手方向に連続して、 前記第一接続セグメント（Ｒ１）に重ねられた非導波第
    一区間（Ｋ１）と、 前記下部導波層の非導波第一区間（Ｈ１）に重ねられた
    前記第一増幅セグメント（Ｇ１）と、 前記減衰セグメント（Ａ）に重ねられた非導波第二区間
    （Ｋ２）と、 前記下部導波層の非導波第二区間（Ｈ２）に重ねられた
    前記第二増幅セグメント（Ｇ２）と、 前記光波経路が前記下部導波層（１４）と上部導波層
    （１８）の間の結合によって実現され、前記第一接続セ
    グメント（Ｒ１）、前記第一増幅セグメント（Ｇ１）、
    前記減衰セグメント（Ａ）、前記第二増幅セグメント
    （Ｇ２）、および前記第二接続セグメント（Ｒ２）によ
    って構成される連続する複数の導波セグメントを含むよ
    うに、前記第二接続セグメントに重ねられた非導波第三
    区間（Ｋ３）を含み、 前記増幅セグメントは、前記接続セグメントと前記減衰
    セグメントよりも小さい幅を有し、 前記導波セグメントの一つから構成され二つの前記導波
    層（１４）の一つに所属する上流セグメント（Ｒ１）
    と、次の前記導波セグメントから構成され二つの前記導
    波層の他の一つ（１８）に所属する下流セグメント（Ｇ
    １）との間の結合ごとに遷移部（Ｔ）が設けられ、該遷
    移部は、前記下流セグメント幅の長手方向の漸進的増加
    を伴う前記上流セグメント幅の長手方向の漸進的減少に
    よって実現される、請求項５に記載の半導体光増幅器。
  7. 【請求項７】 第二増幅セグメントの利得スペクトル曲
    線が、第一増幅セグメントの利得スペクトル曲線に対す
    るスペクトルの変位を有すことを特徴とする請求項１に
    記載の半導体光増幅器。
  8. 【請求項８】 前記スペクトルの変位が５ｎｍと５０ｎ
    ｍの間にある、請求項７に記載の半導体光増幅器。
  9. 【請求項９】 少なくとも信号によって振幅変調される
    第一光波と、第二光波とを受信し、該第二光波に前記信
    号を転写するための光信号転写装置を構成する請求項１
    に記載の半導体光増幅器であって、該半導体光増幅器に
    おける電荷キャリア密度の変調が、前記第二光波のため
    に前記半導体光増幅器によって示される利得の相当する
    変調を引き起こすように、第一波の振幅変調が前記半導
    体光増幅器における電荷キャリア密度の変調を促進し、
    こうして前記第二波に前記第一波の変調の補足的な振幅
    変調を加えるような、請求項１に記載の半導体光増幅
    器。
  10. 【請求項１０】 波長変換器を構成する請求項９に記載
    の半導体光増幅器。
JP9241484A 1996-09-06 1997-09-05 半導体光増幅器 Pending JPH1093201A (ja)

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FR9610898 1996-09-06

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JP9241484A Pending JPH1093201A (ja) 1996-09-06 1997-09-05 半導体光増幅器

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US (1) US6040938A (ja)
EP (1) EP0828325A1 (ja)
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